食品冷杀菌技术分析

1食品冷杀菌技术及其应用

1.1超高压杀菌

超高压杀菌是将食品物料以某种方式包装以后，放入液体介质（通常是食用油、甘油、油与水的乳液）中，在100MPa～1000MPa压力下作用一段时间后，使之达到灭菌要求。其基本原理是压力对微生物的致死作用，主要是通过破坏其细胞壁，使蛋白质凝固，抑制酶的活性和DNA等遗传物质的复制等来实现[1]。采用超高压技术，在400MPa～600MPa的压力下，能杀死果汁中几乎所有的细菌、霉菌和酵母菌。现在日本市场上已有利用超高压杀菌的果汁、果酱等产品出售[2]。这种经超高压处理过的果制品避免了一般高温杀菌带来的不良变化，口感好，色泽天然，安全性高，保质期长。但该技术不能连续生产，只能分批运用。超高压杀菌可能引起果蔬在极限压力下变形或状态明显改变。因此主要用于没有固定形状的果蔬制品。

1.2超高压脉冲电场杀菌

超高压脉冲电场杀菌是采用高压脉冲器产生的脉冲电场进行杀菌的方法。其基本过程是用瞬时高压处理放置在两极间的低温冷却食品。其机理基于细胞膜穿孔效应、电磁机制模型、粘弹极性形成模型、电解产物效应、臭氧效应等假设。其作用主要有2个（:1）场的作用。脉冲电场产生磁场，细胞膜在脉冲电场和磁场的交替作用下，通透性增加，振荡加剧，膜强度减弱，从而使膜破坏，膜内物质容易流出，膜外物质容易渗入，细胞膜的保护作用减弱甚至消失。（2）电离作用。电极附近物质电离产生的阴阳离子与膜内生命物质作用，阻碍了膜内正常生化反应和新陈代谢过程等的进行。同时，液体介质电离产生臭氧的强烈氧化作用，使细胞内物质发生一系列的反应。通过场和电离的联合作用，杀灭菌体[3]。超高压脉冲电场杀菌已在实验室水平上取得了显著的成效。它可保持食品的新鲜及其风味，营养损失少。但因其杀菌系统造价高，制约了它在食品工业上的应用。且超高压脉冲电场杀菌在黏性及固体颗粒食品中的应用还有待进一步的研究。

1.3强磁脉冲杀菌

该技术采用强脉冲磁场的生物效应进行杀菌。在输液管外面，套装有螺旋形线圈，磁脉冲发生器在线圈内产生（2～10）T的磁场强度。当液体物料通过该段输液管时，其中的细菌即被杀死。因杀菌物料的温升一般不超过5℃[4]，物料的组织结构、营养成分、颜色均不遭破坏。应特别指出的是，利用磁场杀菌要求食品材料具有较高的电阻率，一般大于10Ω•cm，以防材料内部产生涡流效应而导致磁屏蔽。这就是脉冲磁场杀菌对有些食品材料具有很好的杀菌效果，而有些杀菌效果较差的原因[5]。

1.4脉冲强光杀菌

脉冲强光装置是以极强的直流电通过充有惰性气体的灯管，发出比地面上太阳光强近2万倍的光能，在仅10-7s的滞留时间内照射于物料表面，达到有效杀死细菌的效果。由于脉冲光波长较长，不会发生小分子电离，其杀菌效果明显比非脉冲或连续波长的传统UV照射好。上世纪90年代美国圣地亚哥纯脉冲技术研究所发明了此项杀菌新技术，称之为“纯亮”杀菌。此后美国XenonCorporation进行系列脉冲强光杀菌设备研发，并与美国宾州大学教授AliDemirci博士合作进行各种食品杀菌试验，获得良好的效果，从而使该公司设备获得美国市场认可，该公司RS300B、RS300C和RS300M系列脉冲强光杀菌设备被用于鱼片、肉丁等食品以及血液的杀菌[6]。

1.5臭氧杀菌

臭氧灭菌或抑菌作用，通常是物理的、化学的及生物学等方面的综合结果。其作用机制可归纳为（:1）作用于细胞膜、导致细胞膜的通透性增加、细胞内物质外流，使细胞失去活力；（2）使细胞活动必需的酶失活。这些酶既有基础代谢的酶，也有合成细胞重要成分的酶；（3）破坏细胞质内的遗传物质或使其失去功能。臭氧杀灭病毒是通过直接破坏RNA或DNA完成的；而杀灭细菌、霉菌类微生物则是先作用于细胞膜，使其构成受到损伤，导致新陈代谢障碍并抑制其生长，臭氧继续渗透破坏膜内组织，直至其死亡[7]。臭氧对几乎所有病菌、霉菌、真菌及原虫卵囊都有明显的灭活效果，并可以破坏肉毒杆菌毒素。臭氧的灭菌速度极快，是氯的300倍～600倍，紫外线的3000倍。臭氧的高氧化还原电位，决定了它在氧化、脱色、除味、保鲜方面的应用。臭氧溶解于水中，能消杀水中对人体的有害物质，如铁、锰、铬、铅、氧化物等，还可以分解有机物及灭藻。但臭氧的灭菌效果受温度和湿度的影响。在低温高湿条件下，灭菌效果好；在高温条件下，臭氧易分解，灭菌效果下降；环境湿度低，灭菌效果较差，对干燥菌体几乎无杀菌作用。

1.6辐射杀菌

辐照就是运用X射线、γ射线或电子高速射线照射食品引起食品内的物质发生物理、化学或生物学上的变化，从而抑制或破环其新陈代谢和生长发育，使细胞死亡，延长食品的贮藏期。食品中常用的辐照源主要是Co60、Cs137等所产生的γ射线，其穿透性强，对只要求表面处理的食品效果不佳。食品辐照操作简单，照射较易控制，几乎无热效应，可较好地保持食品原有的品质，卫生安全性较高，节能。除用于果蔬的贮藏保鲜，如抑制土豆、大蒜、洋葱等的发芽和延缓果蔬的衰老外，还可用于许多食品的消毒杀菌，如调味料、肉类、海产品、粮食及脱水蔬菜等[8]。目前，辐射杀菌已在许多国家得到政府的认可并批准使用，我国对稻谷、小麦、玉米、蔬菜、水果、鱼肉辐照保藏技术已取得成效，日益显示出广阔的前景。

1.7紫外线杀菌

紫外线是介于可见光的紫色光和X射线之间的光波，波长在100nm和400nm之间。其杀菌的原理是利用生物细胞内的DNA吸收240nm~280nm范围内的光波，当对260nm波长的光波吸收达到最大值时，DNA受到破坏导致细菌死亡的特性进行杀菌。同时,紫外光还可降解有机物。185nm~400nm左右波长的紫外光可裂解有机物中的碳键使其降解[9],即破坏微生物分子间特有的化学键导致细菌死亡。目前使用紫外线装置大多数是管壁能够通过紫外线的低压汞灯,这种技术多见于对水的处理。而对其它一些食品如果蔬汁饮料、啤酒、葡萄酒、牛奶或其它含有胶体颗粒或色素的液体均不能采用。另外,紫外线杀菌装置使用时间不宜过长,否则效果变差。日本某公司研制开发一种紫外线杀菌灯,使用时间可达到7000h,对活水鱼槽中进行灭菌,既保持水质的清净新鲜,又能延长活鱼寿命[10]。

1.8软电子束冷消毒杀菌

软电子束冷消毒杀菌是利用直线加速器产生的电子束破坏微生物的DNA，从而杀灭食品表面的细菌。因电子束的能量过大可能产生诱感放射性问题，则用于照射食品的电子束能量被限制在10MeV以下。电子束穿透性低，仅使食品表面呈无菌状态，不影响食品品质。美国密苏里大学、衣阿华州立大学和内蒂克陆军实验室联合组成一个跨学科研究组正在研发名为冷消毒的电子束技术,其目的是消灭食品中可能致命的大肠杆菌O157∶H7。此法快,不需加热。但有一系列变数如肉类的脂肪含量、厚度和状态（鲜肉还是冻肉）会影响冷消毒过程的时间和强度。此法现在只限用于液体和形状整齐的均质食品。该研究组希望将来能改进此技术,使之可用于形状不规则的食品[11]。

1.9半导体光催化杀菌

半导体光催化杀菌即是光照射到大聚集体的TiO2表面时，激发产生光生电子和光生空穴对。由于光电子迁移速度比光生空穴快得多，所以，光生电子和光生空穴分开。光生空穴有很强的得电子的能力，产生的光生电子-空穴对一方面与细胞壁、细胞膜以及细胞内组分作用，导致酶失活等，另一方面光生电子和水中溶解氧发生作用形成氢氧自由基，与细胞壁、细胞膜以及细胞内组分作用，使细胞功能单元失活。半导体光催化通过生物生命活动过程中电子的得失来进行杀菌，因而光催化条件控制得当，就能达到良好的杀菌效果。目前，导体光催化杀菌技术仅用于水处理，在食品领域的其它方面尚未得到应用，有待进一步的探索[12]。

1.10超声杀菌

超声杀菌利用超声空穴现象产生的剪应力能机械地破碎细胞壁和加快物质转移的原理进行杀菌，所用的超声波频率一般为20KHz~100KHz，能量为104kw/cm2，波长为3.0cm~7.5cm，是一种有效的非热处理的杀菌方法。Villamiel等对奶制品采用超声杀菌和传统杀菌进行对比研究，结果发现在相同的试验条件下，超声杀菌效果优于传统杀菌，初步表明超声杀菌可用于奶制品工业[13]。

2结束语

冷杀菌是在食品温度不升高或升高很低的条件下进行杀菌，弥补了热杀菌的不足，可最大限度地保持食品功能成分的生理活性及原有的色、香、味及营养成分，是一种安全、高效的杀菌方法。作为新型杀菌技术，近年来冷杀菌受到了国内外食品行业的极大关注，使之成为21世纪食品工业研究和推广的重要高新技术之一，在食品加工过程中采用冷杀菌技术成为必然的趋势。因此它是最有应用前景的杀菌技术。