食品加工工程中的杀菌技术

（生物工程学院食品科学与工程纪仁飞 201211832017）摘要：本文介绍了现今食品工业中用到的杀菌技术，并将其分成热杀菌和非热杀菌两类进行了展开阐述，分别介绍了各种杀菌技术的原理、应用范围以及各自缺陷。本文是对现在食品工业中杀菌技术的一个比较系统和全面的概括。关键字：食品加工；热杀菌；非热杀菌Keywords:Thisarticledescribesthecurrentsterilizationtechnologythoseareusedinthefoodindustry,andintroducetheirprinciple,applicationrangeanddefects.bydividingitintothermalandnon-thermalsterilization.Thisarticleisasystematicandcomprehensivesummaryofsterilizationtechnologyinfoodindustry.Keywords:FoodProcessing;thermalsterilization;non-thermalsterilization0引言最近广西警方查获的“史上最老鸡爪”引起了人们的广泛关注。案件的内容是：浙江一带的一些不法商人通过地下渠道走私入境，并在当地一些食品厂将一些来源不明、无生产日期、无保质期的冻品隐蔽加工，仿冒多种品牌。案件中的鸡爪是用过氧化氢浸泡的，其理由是“一则杀菌延长保质期，二则可以去除表面的污渍，让鸡爪显得又白又大。”这不禁使人们产生疑惑，食品加工过程中的杀菌技术有哪些，其原理是什么，哪些是安全又使用广泛的？据此，有必要阐述一下食品加工过程中的一些杀菌技术。前言杀菌在食品加工过程中是非常重要的一个环节，直接影响到食品的品质和货架期［1］，食品工业中采用的杀菌方法主要有热杀菌和非热杀菌两大类［2］，热杀菌的主要目的是杀灭在食品正常保质期内可导致食品腐败变质的微生物。一般认为，达到杀菌要求的热处理强度足以钝化食品中的酶活性［3］。传统的热杀菌技术已经日臻完善，新的热杀菌技术被不断的发现和运用，像微波杀菌和高频RF杀菌。热力杀菌技术也是目前食品工业中应用最广泛的杀菌处理技术，根据杀菌过程中温度的高低可以分为巴氏杀菌（较低温度杀菌）、超高温瞬时杀菌（UHT）和高温杀菌［1］。非热杀菌技术是一种相对新兴的技术，目前还没有明确的定义，但是其主导思想是杀菌时不加热或者即使加热温度也很低，从而使食品在加工过程保持原有的新鲜度和减少营养物质的流失［4］。非热力杀菌技术主要包括化学杀菌和物理杀菌2种类型［5］。其中化学杀菌主要依赖于在食品中添加抑菌剂和防腐剂等化学制剂达到杀菌抑菌目的，如臭氧、苯甲酸及其钠盐、二氧化碳、山梨酸及其钾盐、钠盐和抗微生物酶等；物理杀菌方式目前主要有：紫外线杀菌、欧姆杀菌、微波杀菌、二氧化钛催化杀菌、超高压杀菌、放射线杀菌、磁力杀菌、高压脉冲电场杀菌、辐射杀菌、脉冲强光杀菌等；非热力杀菌技术的兴起、研究及被广大科技工作者重视对于食品杀菌技术的发展具有重要影响和意义，是目前食品杀菌领域学者研究的热点问题，与热力杀菌技术相比，非热力杀菌由于食品在杀菌过程中未从外界获得热量，食品自身温度基本没有升高从而能够最大程度地保持食品原有的品质等，虽然目前还没有大规模应用于实际生产，但已经有众多理论研究基础［6］。随着人们生活水平的逐步提高，人们对食品加工水准的期望值也在不断提高，消费者已经不仅仅满足于食品的安全无毒和较长的货架期，还对于食品的营养价值也提出了更高的要求［7］。传统的杀菌技术是保持食品货架期的主要技术，但是传统的热加工过程可以导致食品的过度成熟和维生素等营养物质的损失。新的技术正在不断地被开发和运用［4］。新的杀菌技术对食品的感官、营养价值的影响最小，这避免了食品的色、香、味、组织结构的改变及营养价值的降低，同时还能最大限度保持食品的安全性。更为重要的是，新的杀菌技术对环境污染小、加工能耗低［8］。一下将杀菌技术分为热杀菌和非热杀菌两方面来介绍。食品加工过程中的热杀菌技术2、1巴氏杀菌巴氏杀菌是指钝化产品中的酶类物质和杀灭食品中可能存在的致病菌，主要用于液体食品，像牛奶、橘子汁、葡萄酒、啤酒等。巴氏杀菌是在19世纪60年代法国科学家路易•巴斯德发现的：在57°C左右加热一段时间可以阻止啤酒或葡萄酒发酵［9］。巴氏杀菌的最新应用是杀灭全蛋液中的沙门氏菌和李氏杆菌等微生物，以消灭人们潜在的卫生忧虑⑶。谢爱英等a］,FranciscoMolino［n］,徐艳阳等［12］，以及B.Y.Chen等丽对巴氏杀菌分别对酸奶，蜂蜜中四环素含量，油豆腐软罐头以及羊奶的热稳定性中的影响做了研究。总结这几个实验的结果,我们可以得出：针对不同的杀菌物质，相应的杀菌条件（pH、杀菌温度、杀菌时间等）也不一样；甚至，有时为了提高杀菌的效果可添加一些辅助物质（山梨酸钾、防腐剂等）。2、2微波杀菌与传统的加热方法相比，微波加热的时间短，可以减少在加热过程中食品营养成分、风味物质损失和质地的劣变，同时微波加热的速度是传统加热方式的3~5倍，因此可以在保证杀菌效果的同时降低产品质量损耗［14］。XuDuan等卫］以及王瑞等［16］分别研究了微波对甘蓝菜和麦苗粉的杀菌效果。其结果都显示，微波杀菌相比于传统的冷冻干燥和常规加热方法好，而且产品具有良好的品质。2、3高频RF杀菌射频(radiofrequendcy,简称RF)是一种高频交流电磁波，其频率范围为3kHz〜300MHz。射频能穿透到物料内部，弓I起物料内部带电离子的震荡迁移，将电能转化为热能，从而达到加热的目的［17］。与微波相比，射频频率低、波长长，因此，穿透的介质材料更深，克服了传统加热时间长、包装食品边缘加热过度的缺陷［18］。YifenWang等［19］(2003)通过研究发现，在相同的温度下，射频(27,40MHz)的穿透深度是微波(915,2450MHz)的4倍，这说明射频能量比微波穿透介质材料更深入、更均一，因此射频加热特别的适用于一定尺寸的包装食品。K.Luechapattanaporn等［20］(2004)研究了包装食品射频加工微生物的安全性问题。实验以梭状芽孢杆菌为研究对象。结果表明，基于射频的热加工过程可以生产安全、货架期稳定的包装食品。KunchaleeLuechapattanaporn等［21］(2005)研究了炒鸡蛋的射频杀菌，从而生产货架期期稳定的鸡蛋产品。结果表明，射频加工对微生物的破坏与在冷点测量的时间－温度数据计算的杀菌值是一致的；射频和杀菌锅处理的炒鸡蛋在亮度和红度显示出了巨大的差别，传统的杀菌锅加工的鸡蛋褐色较深；射频加工的鸡蛋产品硬度小、弹性小、粘弹性大。因此，射频热加工可以生产质量安全、货架期品质稳定的杀菌炒鸡蛋。食品加工过程中的非热杀菌技术3、1超高压杀菌技术超高压杀灭微生物的主要原理是破坏食品中的非共价键物质，对微生物的细胞膜和细胞壁造成不可逆的损伤，使微生物的蛋白质变性，细胞膜通透性改变，抑制微生物体内酶的活性和生命遗传物质DNA的复制过程。超高压杀菌由于处理条件高，因此是一个比较复杂的过程，易受到食品形态、水分活度、微生物种类、食品pH值、压力大小、加压时间、环境等因素的影响［22］。这项技术已经在一些发达国家使用，能够确保食品的安全，而且能较好地保持食品原有的营养特性、风味、色泽等。然而，超高压杀菌只能少量、分批次处理；果蔬产品利用超高压杀菌处理可能导致其形状发生改变或组织形态发生变化，因此它主要在没有固定形状食品的杀菌过程中得到应用［23］。3、2高压脉冲电场杀菌技术高压脉冲杀菌技术是基于细胞结构与液态食品体系之间存在着差异性电气性能，在食品不被加热的情况下利用强电场脉冲的介电阻断原理使微生物的蛋白质变性、维生素被破坏，从而实现不需要加热既能抑制微生物，又能达到杀灭微生物的目的，其主要用于液态食品的杀菌。高压脉冲电场杀菌过程中，液态食品中的微生物在强电场作用下，其细胞膜被电击穿，导致细胞膜产生穿孔或破裂，细胞膜系统失去活性，导致微生物死亡。该技术是一种新型的常温冷杀菌技术，使用时应考虑很多因素，例如：电场场强大小、食品的pH值、电介常数、冻结时间、微生物种类以及其他因素，才能确定最佳的杀菌解决方案。目前对于该技术的研究仍处于实验室阶段，但通过大量研究人员的不懈努力有望成为弥补传统杀菌方式不足的新型杀菌技术［1］。国内外许多学者长期研究已经证明，食品中的细菌孢子、酵母菌、各类革兰氏阴性菌、阳性菌等在高压脉冲电场处理下其活性明显被抑制，可以达到4〜6个对数期的抑制效果悶。但是这项技术目前由于对设备性能要求高而且其价格不菲、对食品本身特性要求高，易受到食品本身的电阻、温度、粘度和其他因素的影响而存在一些缺陷，因此该技术有待进一步深入研究，才能实现在食品工业中的大规模应用。3、3辐射杀菌技术辐射杀菌技术的电离辐射作用原理（由137CS或60Co放射源辐射产生的Y射线、经过电子加速器的加速产生Y射线或低于lOMeV的电子束）是在电磁波原理作用下电子射线应用于水产品中，电子射线中的能量在传递过程中释放到水产品、微生物和水中，这种能量的瞬间释放产生带有高能量的物质能够瞬间破坏微生物的DNA,造成DNA碱基序列的缺陷，从而导致微生物的生长繁殖无法进行，实现抑制或杀死微生物的目的进而延长水产品的货架期［25］。3、4臭氧杀菌技术臭氧（O）是氧气的同素异形体，其形态在室温下是蓝色气体，在一般情况下无3法用肉眼看到，是无色、性质不稳定、有刺激性气味、极易分解成氧气的气体，利用具有很强氧化能力的臭氧进行除臭、杀菌、保鲜、消毒等。臭氧在食品工业中得到了广泛应用［26］，尤其是不断在水产品加工和贮藏过程中得到应用。利用其强氧化性对水产品表面微生物进行杀菌能够达到对水产品保鲜的目的，并且能够减少在贮藏期间，由于微生物作用而引起的水产品品质变化。3、5微波杀菌技术频率在300MHz〜300GHz之间的电磁波称为微波，微波的介电感应是其作用于介质内部使其受到交变电场的作用从而使碳水化合物、蛋白质、水、脂肪等引起强烈的摩擦进而产生热［27］。微波所具有的热生物效应与非热力生物效应产生作用时能够使微生物的机体受到损伤，使微生物的蛋白质组织变性，丧失生物活性致其死亡。微波的热生物效应就是使微生物蛋白质由于高温而变性导致丧失生物活性，从而无法进行正常生理生化代谢直至死亡；微波的非热力生物效应主要是微波中带电粒子导致细胞膜内外电势分布发生变化，细胞周围的电离平衡遭到破坏，而使细胞膜透性发生改变，无法进行正常的生理代谢，细胞结构功能发生障碍，无法进行正常的生长复制而死亡。微波杀菌技术能够实现连续生产、杀菌时间短、易操作且能够最大限度地保持食品原有的品质和营养成分；微波杀菌能够非常理想地作用于包装后的食品，杀灭食品中的微生物。微波杀菌保鲜技术目前仍然存在一些缺陷和不足，对某些肉类产品处理效果不明显，也会破坏一些食品的营养成分等［1］。3、6紫外线杀菌技术紫外线杀菌原理是处于不稳定状态的受激发微生物分子破坏分子间特有的化学结合，导致微生物死亡［28］。并非所有波段的紫外线都具有杀菌作用，只有在波长为240〜290nm时的紫外线才具有杀菌作用，而且在253.7nm时最强。王玲［29］等研究表明，使用石英紫外线杀菌灯照射，能够很好地杀灭细菌繁殖体、细菌芽孢和病毒，但对于乙型肝炎表面抗原杀灭作用不明显。紫外线辐射的安全性得到了较为广泛的应用，因为紫外线辐射技术操作方法简单、辐射效率高、杀菌成本低、处理效果好成为了辐射杀菌的典范。朱秋劲［30］等研究了在冷却牛肉加工过程中利用紫外线结合混合气体杀菌以达到保鲜的目的，取得了良好的效果。近年来开发出了很多高功率紫外线灯，利用紫外线杀菌技术应用于饮用水杀菌和废水处理方面，将具有广阔的前景［31］。3、7膜分离除菌技术近30年来，膜分离技术得到了长足的发展，在液态食品尤其是各种饮料产品中发挥着重要作用，膜分离技术是一种按照膜孔紧密程度分类的分子级分离技术，它可分为反渗透(RO)、纳米过滤(NF)、超滤(UF)、微滤(MF)四种分离方法図。发酵工业应用微滤膜可使发酵用水和产品无需杀菌就可实现无菌化，膜分离技术由于其独特的实用性，在食品加工过程中使用膜分离技术可实现物质不发生相变，分离系数大，操作温度要求低等；用水的终端采用膜分离杀菌技术可以避免化学杀菌方法的缺陷而又能达到良好的除菌效果［33］。胡立新［34］等利用微滤膜对牛初乳进行除菌，既可以克服脂肪被氧化产生异味又能符合国家微生物标准。总结和展望随着人们生活水平的提高，在注重食品卫生、安全的同时，人们对食品营养和感官品质的要求越来越高，因此，食品杀菌技术日益成为食品科学研究和应用的一个热点，食品经灭菌处理后是否够保持营养成分和天然特性成为衡量食品杀菌新技术优劣的重要表征。本文从食品加工的杀菌环节入手，介绍了热杀菌和非热杀菌的代表方法，同时简述了各自的原理。随着科学技术的发展，越来越多的杀菌技术会出现。未来的杀菌技术将围绕如何降低成本、提高产品品质以及确保产品的安全卫士这三个方面进行研究。参考文献：⑴穆明•超低温结合磁力杀菌技术研究[D].福建农林大学，2012.李里特.食品杀菌技术的现状与发展[J].包装与食品机械，1993,(04)：35-39.夏文水•食品工艺学[M].北京：中国轻工业出版社，2011.ClarkJP.Non-thermalProcessingCaseStudiesinFoodEngineering[M].NewYork：Springer,2009：129-145.⑸夏文水,钟秋千•食品冷处理技术研究进展[J]•中国食品卫生杂志,2003,15(6).⑹赵玉生,赵俊芳，周昇昇.初探非热力处理技术在食品工业中的应用 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