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食品殺菌與消毒技術(shù)的進展
食品加工目的之一是保護與保存食品，殺死微生物，鈍化酶類等。食品腐敗變質(zhì)的主要原因是某些微生物和酶類的存在，滅菌是食品加工的必經(jīng)工序。然而傳統(tǒng)的熱力滅菌不能將食品中的微生物全部殺滅，特別是一些耐熱的芽孢桿菌；同時加熱會不同程度破壞食品中的營養(yǎng)成分和食品的天然特性。為了更大限度保持食品的天然色、香、味和一些生理活性成分，滿足現(xiàn)代人的生活要求，新型的滅菌技術(shù)應(yīng)運而生，本文主要介紹了當今世界食品領(lǐng)域的殺菌新技術(shù)及其在我國的發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀。
1 微波殺菌技術(shù)
1.1 微波殺菌的原理
微波與生物體的相互作用是一個極其復雜的過程，是生物體受到微波輻射時吸收微波后 所產(chǎn)生的綜合生物效應(yīng)的結(jié)果。多方面試驗結(jié)果表明，微波殺菌不僅具有因生物體吸收微波能量而轉(zhuǎn)換的熱效應(yīng)，而且還存在一種非熱效應(yīng)，這兩種效應(yīng)相互依存，相互加強[1] 。
1.1.1 熱效應(yīng)
熱效應(yīng)是指生物物體吸收微波的能量后，體溫升高，從而發(fā)生各種生物功能變化，目前這方面的研究工作及其應(yīng)用已基本完善。微波作用于食品時，食品表面和中心同時吸收微波 能，溫度升高。食品中的微生物細胞在微波場的作用下，其分子也被極化并作高頻振蕩，產(chǎn)生熱效應(yīng)，溫度升高。溫度的快速升高使其蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而失去生物活性，導致 微生物死亡或因受到嚴重干擾而無法繁殖。
1.1.2 非熱效應(yīng)
非熱效應(yīng)又稱生物效應(yīng)，是在電磁波的作用下，生物體內(nèi)不產(chǎn)生明顯的升溫，卻可以產(chǎn)生強烈的生物響應(yīng)，使生物體內(nèi)發(fā)生各種生理、生化和功能的變化。微波的作用會使微生物在其生命化學過程中所產(chǎn)生的大量電子、離子和其他帶電粒子的生物性排列組合狀態(tài)和運動規(guī)律發(fā)生改變，也就是使微生物的生理活性物質(zhì)發(fā)生變化。同時電場也會使細胞膜附近電荷分布改變，導致膜功能障礙，使細胞的正常代謝功能受到干擾破壞，使微生物細胞的生長受到抑制，甚至停止生長或使之死亡。微波還能使微生物細胞賴以生存的水分活度降低，破壞微生物的生存環(huán)境。另外微波還可以導致細胞DNA 和 RNA分子結(jié)構(gòu)中的氫鍵松弛、斷裂和重新組合，誘發(fā)基因突變，染色體畸變，從而中斷細胞的正常繁殖能力。
1.2微波殺菌在食品工業(yè)中的應(yīng)用
目前在食品工業(yè)中微波殺菌技術(shù)已得到較廣泛的應(yīng)用，尤其是在美國、歐洲、日本等發(fā)達國家和地區(qū)發(fā)展較快，殺菌產(chǎn)品涉及食品等諸多領(lǐng)域。瑞士某公司研制了一臺面包微波殺菌防霉裝置，其頻率為2450 MHz、功率80kW。面包片經(jīng)微波照射1～2min后，溫度由室溫上升到80℃，處理后的面包片保質(zhì)期由原來的3～4天延長到30-60天。意大利有用微波對生面條進行殺菌防霉的實例，設(shè)備頻率2450MHz，功率120kW，工作溫度85℃，保溫處理5-6min，處理過的產(chǎn)品與未處理的相比，口感和風味均良好?？梢娪梦⒉缑咕抢硐氲姆椒ㄖ?/span>[2] 。
我國食品工業(yè)微波應(yīng)用技術(shù)始于20世紀70年代初期，1975年上海兒童食品廠首先成功地應(yīng)用隧道式微波爐（2450 MHz，功率45kW）熱干燥兒童乳兒糕，將烘烤時間從6～8h，縮短為9 min，同時解決了產(chǎn)品易破碎、霉變等問題。有人在對醬油的微波實驗中證實，正是由于生物效應(yīng)的存在，使得微波幅射能在較低溫度和較短時間內(nèi)殺滅物料中的微生物。就醬油而言，適量的物料在1.5 kW 微波功率輻射下，65℃、1 min即可殺菌達標，而熱力殺菌則需要80℃、20 min以上。有人以葡萄糖酸——內(nèi)酯酸化后的蘑菇小包裝進行微波處理，證實可達到商業(yè)滅菌，且具有低溫短時的特點，對產(chǎn)品中VC等營養(yǎng)成分的保存、產(chǎn)品色澤及形態(tài)的保持極為有利。另外楊紅旗等（1998）在微波與紫外線協(xié)同作用研究中發(fā)現(xiàn) ，采用特殊的控制電路兼容微波良好的穿透性和紫外線的強滅菌性，可達到增強殺菌效果的目的。南京永青食品高新技術(shù)發(fā)展有限公司經(jīng)多年努力，在低溫肉禽制品保鮮技術(shù)的研究上獲重大突破，其研制成功的低溫肉禽制品微波殺菌綜合保鮮技術(shù)可使被處理的肉禽制品在常溫下保存3-6個月，且保持制品的色、香、味和組織狀態(tài)不變。著名的南京板鴨就是采用了微波殺菌處理，使保存期延長 7～15天。此外采用微波殺菌的產(chǎn)品有四川泡菜、魚片干、袋裝雪菜肉絲、方便面調(diào)料、快餐飯、豆制品等，均能較好地保證產(chǎn)品的衛(wèi)生質(zhì)量。
2 超高壓殺菌技術(shù)
2.1 超高壓殺菌的原理
超高壓能破壞氫鍵之類弱結(jié)合鍵，使基本物性變異，產(chǎn)生蛋白質(zhì)的壓力凝固及酶的失活；還能使菌體內(nèi)成分產(chǎn)生泄漏和細胞膜破裂等多種菌體損傷。高壓抑菌是由于主要酶類的變性，一般說來1000～3000atm 的壓力引起的酶變性是可逆的，而超過3000atm壓力引起的變性是不可逆的。酶失活的主要原因是酶分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞和活性部位上構(gòu)象的變化，這些效應(yīng)受pH值、底物濃度、酶中脂質(zhì)的性質(zhì)、酶亞單元結(jié)構(gòu)和溫度的影響[3]。
2.2 超高壓殺菌在食品工業(yè)上的應(yīng)用
超高壓殺菌主要是用于食品工業(yè)中的果汁、果醬等液體的殺菌。超高壓處理的新果汁，其顏色、風味、營養(yǎng)成分和未經(jīng)超高壓處理的新鮮果汁幾乎無任何差別。日本小川浩史等將柑桔類果汁（pH2.5～3.7）經(jīng)100～600MPa、5～10min加壓滅菌，實驗研究結(jié)果表明：細菌、酵母菌和霉菌總數(shù)均隨壓力增大而減少，酵母菌、霉菌和無芽孢細菌可以被完全殺死，但仍有棒桿菌、枯草桿菌等能形成耐熱性強的芽孢而有殘留。但如果加至600MPa再結(jié)合適當?shù)牡蜏丶訜幔?/span>47～57℃），則可以完全滅菌[4]。超高壓殺菌后的果汁其風味、化學組成成分均沒有發(fā)現(xiàn)變化。微生物檢驗可知，引起酸性果汁飲料腐敗變質(zhì)的主要菌是：酵母菌、霉菌和部分腐敗細菌，而耐熱性強的芽孢菌在此酸性條件下無法生長繁殖，因此采用超高壓殺菌最為合適，在400MPa下加壓10min，pH值在4以下的果汁即可到達商業(yè)無菌狀態(tài)，在室溫下放置幾個月甚至一年半無任何微生物引起的腐敗變質(zhì)現(xiàn)象。
3 高壓脈沖電場殺菌技術(shù)
首先要明確這種殺菌方法是一種非熱殺菌技術(shù)，高壓脈沖電場（High—voltage Pulsed Electric Fields）滅菌技術(shù)因安全無害，具有傳遞均勻、處理時間短、能耗低等特點，在果汁等液態(tài)食品的加工中已顯示出特有的優(yōu)越性，具有良好的前景。
3.1高壓脈沖電場的原理
Sale和Hamilton（1967）發(fā)現(xiàn)．當給細胞膜加上外加電場，細胞膜上的內(nèi)外電勢差（TMP）增大，當TMP達到1V左右時，細胞膜便失去功能。Zimmermann（1986）提出介電破壞理論，根據(jù)該理論細胞膜被視為電容，在高壓電脈沖作用下，膜兩側(cè)電位差進一步變大，由于電荷相反，它們相互吸引形成擠壓力，當TMP達到1V左右，擠壓力大于膜的恢復力時，膜就會破裂。Tsong（1991）從液態(tài)鑲嵌模型出發(fā)，提出電穿孔理論，該理論認為高壓電脈沖會改變脂肪的分子結(jié)構(gòu)和增大部分蛋白質(zhì)通道的開度，使細胞膜失去半滲透性質(zhì)，細胞膨脹而死。
3.2 高壓脈沖電場技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用
高壓脈沖電場技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用主要集中在滅菌、提高果汁出汁率和鈍化酶活性幾方面。Simpson等[5]用高壓脈沖電場技術(shù)對還原蘋果蔬汁進行處理，電場強度為50kV/cm，10次脈沖，脈寬為2s，處理溫度45℃，產(chǎn)品的貨架期為28d，處理前后Vc和糖分及感官沒有變化，而沒有經(jīng)過處理的鮮榨蘋果蔬汁貨架期只有7d。Vega-Mercado等[6]用高壓脈沖電場技術(shù)處理鮮蘋果蔬汁和還原蘋果蔬汁使產(chǎn)品的貨架期在22～25℃貯藏期分別提高到56d和32d，而感官和理化性質(zhì)沒有變化。Vega-Mercado等[7]研究發(fā)現(xiàn)，高壓脈沖電場對未過濾的蘋果汁、果漿含量高的桔汁、菠蘿汁、天冬甜素溶液的感官特性也沒有影響，桔汁中維生素C的含量也不改變，處理過的蘋果汁比新鮮的蘋果榨汁味道更好。
4 輻射殺菌技術(shù)
4.1 輻射殺菌技術(shù)的原理
電離輻照滅菌是一種高新滅菌技術(shù)，用來殺滅食品中的腐敗菌和病原菌。其原理是采用放射性同位素(∞Co或mCs)發(fā)出的射線[9]，或電子加速器產(chǎn)生的電子束（能量不大于 10MeV），或x射線（能量不大于5MeV）對食品進行輻照，殺滅食品中的蟲害，消除食品中的病原微生物及其它腐敗細菌或抑制某些食品中的生物活性和生理過程，從而達到食品保藏或保鮮的目的[8]。
4.2 輻射殺菌在食品工業(yè)中的應(yīng)用
對于不同菌種，控制不同的輻照劑量，不但不會破壞食品色、香、味，不會有非食品物質(zhì)殘留，而且殺菌效果明顯，光譜如l0～30萬cd的輻照，能殺滅畜禽肉中沙門氏菌等多種病原菌。所以目前這種殺菌技術(shù)多用于肉制品，水果保鮮及水處理等，如在烤魚片、速溶茶、脫水蔬菜、食用明膠、藕粉等產(chǎn)品的生產(chǎn)中均有大量應(yīng)用實例[10]。
5 臭氧殺菌技術(shù)
5.1 臭氧的殺菌機理
臭氧具有極強的氧化功能，在水中的氧化還原電位為2.07V，僅次于氟 (2.87V)，它的氧化能力高于氯（1.36V）、二氧化氯（1.5v）。所以它對細菌、霉菌、病毒具有強烈的殺滅作用[12] 。其機理主要有如下兩方面：
1、臭氧很容易同細菌的細胞壁中的脂蛋白或細胞膜中的磷脂質(zhì)、蛋白質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)，從而使細菌的細胞壁和細胞受到破壞 (即所謂的溶菌作用)，細胞膜的通透性增加，細胞內(nèi)物質(zhì)外流，使其失去活性。
2、臭氧破壞或分解細胞壁，迅速擴散進入細胞內(nèi)，氧化了細胞內(nèi)酶或RNA、DNA，從而致死菌原體[7]。
5.2 臭氧殺菌在食品工業(yè)中的應(yīng)用
近年來國際臭氧技術(shù)得到較快發(fā)展，食品加工與儲藏應(yīng)用臭氧取得良好的效果。1995～1996年間，日本、法國和澳大利亞相繼立法，允許臭氧在食品工業(yè)中廣泛使用。在美國食品加工業(yè)的推動下，為成功打開FDA對食品加工業(yè)廣泛使用臭氧的封鎖線[14]， 1996年美國電力研究院 (EPRI)組織了臭氧和食品界的科學技術(shù)專家委員會，調(diào)查并估計臭氧應(yīng)用于食品業(yè)的歷史背景、現(xiàn)狀與前途。他們用一年的時間對臭氧應(yīng)用于空氣處理；殺蟲；雞蛋、蔬菜水果的儲藏；水產(chǎn)、肉類、家禽加工等37個食品加工業(yè)進行了文獻檢索，并且摘要引用了大量的論文，總結(jié)、論述和評估了這些文章。EPRI專家委員會在1997年得出科學結(jié)論：明確公告臭氧應(yīng)用于食品加工符合GRAS（通用安全標準）。該專家委員會的報告發(fā)表在美國科學雜志上（Graham等，1997），并在FDA備案，成功地得到了FDA的認可：任何人都可以在食品加工領(lǐng)域使用臭氧。不言而喻，這對世界各國食品加工業(yè)應(yīng)用臭氧技術(shù)具有舉足輕重的推動和影響[11] 。食品加工工業(yè)領(lǐng)域中的臭氧利用技術(shù)有殺菌、脫臭、漂白、脫色以及用作生理活性物質(zhì)等方面，現(xiàn)階段利用較多的就是低含量臭氧的殺菌，脫臭和用作生理活性物質(zhì)。
臭氧在食品殺菌方面的應(yīng)用有原料的清洗殺菌處理，制造過程中制品和制成品的殺菌，加工車間內(nèi)環(huán)境空氣的殺菌等。使用臭氧水對蔬菜類食品進行清洗、殺菌，工藝簡單，而且臭氧的濃度可以較低，故使用率高，應(yīng)用范圍廣泛。用得最多的是蔬菜、水果的清洗及保鮮，比如蔥、球形生菜、芹菜、大白菜、包萊、菠菜、豆芽、胡蘿卜、洋蔥、黃瓜等。在英國等國家現(xiàn)在已經(jīng)開始致力于研究臭氧和紫外線結(jié)合殺菌技術(shù)應(yīng)用于 MAP上，已經(jīng)取得了 較好的效果。經(jīng)過此技術(shù)處理的肉制品能夠具有很長時間的貨架期，而且其殺菌效果要比單一使用臭氧或者紫外線的效果有顯著的提高。在現(xiàn)今的日本和美國等國家，臭氧的殺菌手段已經(jīng)廣泛使用于食品加工的各個方面[13] 。
6 后記
當今食品科學殺菌消毒技術(shù)發(fā)展迅速，除了以上介紹的五方面高新殺菌（消毒）技術(shù)之外還有很多，例如：遠紅外照射殺菌技術(shù)、脈沖強光殺菌技術(shù)、靜電殺菌技術(shù)、磁力殺菌技術(shù)、抗生酶殺菌技術(shù)、感應(yīng)電子殺菌技術(shù)，限于篇幅就不做一一介紹。
參考文獻
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