微生物控制的新技術(shù)

1、微生物控制的新技術(shù)食品工業(yè)界在繼續(xù)發(fā)展現(xiàn)有控制微生物控制方法的同時(shí)，正研究新技術(shù)以保證食品的微生物安全，同時(shí)也為消費(fèi)者提供稍需加工或不需加工的高質(zhì)量食品。這些年，輻照、高強(qiáng)度電子場(chǎng)、脈沖光、紫外線、高壓加工和臭氧已作為消滅微生物的非加熱方法。然而，在商業(yè)上運(yùn)用這些技術(shù)僅在最近幾年。盡管這些新技術(shù)以及其它方法看起來能達(dá)到預(yù)期結(jié)果，但通常也受到限制而不能應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。因此在現(xiàn)有食品加工中采用上述新技術(shù)時(shí)，必須理解每個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)和由那些要求。一、輻照 伽瑪射線,加速電子 輻射消毒（滅菌） 針對(duì)性的輻射殺菌 有選擇的輻射殺菌輻照是消滅微生物的一種方法，通常是用來描述一個(gè)產(chǎn)品暴露在離子射線下的常

2、用術(shù)1 .伽瑪射線和加速電子射線我們可能熟悉的一些普通形式的離子射線有x-射線，微波和紫外線，這些射線都已在食品中應(yīng)用，但這部分我們將集中討論兩種其它形式的射線，伽瑪射線和加速電子射線。這兩種射線在消滅和減少食品中的微生物方面有著實(shí)際應(yīng)用實(shí)例。美國(guó)FDA已批準(zhǔn)對(duì)豬肉、牛肉、禽肉、羊肉、香料、調(diào)味品進(jìn)行輻照，也可以用于水果、蔬菜和谷物。有關(guān)食品輻照的要求在21CFRPART179可以查到。每種技術(shù)都有自已的術(shù)語，輻照也不例外。KILOGRAY是個(gè)用于食品加工業(yè)中描述輻照量值的術(shù)語。影響微生物抵抗輻照的一些因素包括： 細(xì)菌的數(shù)量 細(xì)菌的類型 細(xì)菌的年齡 氧氣的存在與否,食品的特征數(shù)量是主要的，存在

3、的微生物越多，就需越多的射線消滅它們。一般而言： 芽胞比繁殖體對(duì)輻照更有抵抗性。 革蘭氏陽(yáng)性菌比革蘭氏陰性菌對(duì)輻照更有抵抗性。 酵母比霉菌對(duì)輻照更有抵抗性。 微生物在生長(zhǎng)期時(shí)對(duì)輻照更敏感。 生物體對(duì)輻照的敏感性在無氧時(shí)更大。 高蛋白食物和干燥食品能對(duì)微生物抵抗輻照提供更多的保護(hù)作用。輻照過程必須科學(xué)地設(shè)計(jì)以保證用最少量的射線最理想的減少微生物。2 .輻射消毒（滅菌）輻射消毒（滅菌）類似商業(yè)無菌。食品暴露在3040千戈瑞之間的射線水平下被認(rèn)為是商業(yè)無菌消毒。暴露在2.510千戈瑞輻照水平將消除大部分食物的所有病原菌的繁殖體。這種輻照水平稱為針對(duì)性輻射殺菌，類似于巴氏殺菌。暴露在0.752.5千戈

4、瑞輻照水平將消滅大部分食物中的腐敗性微生物。這個(gè)過程稱為有選擇的輻射殺菌。鉆60或葩137食品的商業(yè)輻射通常取決于伽瑪射線和加速電子。伽瑪射線輻照是用鉆60或葩137作為射線源來進(jìn)行的。用鉆60為輻照源的設(shè)備適合大批量產(chǎn)品的輻照，提供伽瑪射線的鉆棒，約有一支鉛筆大，貯存在深約30英尺的去離子水的防護(hù)池的中心。鉆輻照用10英尺厚的混凝土墻，且用一個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜的鎖和其他安全措施以保護(hù)員工們及防止其他外界射線進(jìn)來。自外運(yùn)來的食品，送到周圍暴露放射源料的固定位置。對(duì)暴露的食品射擊線量值由對(duì)伽瑪射線源暴露的單位部分的存放時(shí)間而定。用葩為伽瑪源的設(shè)備可以是小型的，含自我保護(hù)裝置，而不需要外部防護(hù)。伽瑪源的防

5、護(hù)用鋼作單元部分而組成的，這個(gè)單元被用來設(shè)計(jì)以處理一盤食品。當(dāng)食品放在地上封閉的輻照源的房間里，帶有葩的板會(huì)從地下室移上來在要處理食品的周圍。伽瑪射線的優(yōu)點(diǎn)在于伽瑪射線事實(shí)上可以穿透所有材料并且能完成對(duì)厚的食品的輻照。認(rèn)可的輻照機(jī)構(gòu)必須建立科學(xué)的伽瑪射線輻照程序。這是FDA法規(guī)的要求，21CFRPART139-食品生產(chǎn)、加工和處理的輻照。應(yīng)嚴(yán)格按照確定的程序進(jìn)行，且應(yīng)仔細(xì)監(jiān)控。關(guān)鍵控制點(diǎn)包括輻照暴露的時(shí)間，輻照源的定位和產(chǎn)品裝運(yùn)方式，鉆60隨時(shí)間衰變，要確定產(chǎn)品暴露時(shí)間必須計(jì)算這種輻照源衰變期。最后，必須正確處理對(duì)射線敏感的可見指示器具和劑量?jī)x器，并作為公司質(zhì)量保證計(jì)劃的一部分。伽瑪射線系統(tǒng)也

6、有不足之處。輻照不能直接用于存放在特定區(qū)域的已包裝好的食品。這些系統(tǒng)設(shè)計(jì)用作連續(xù)操作且無法關(guān)掉輻照源。伽瑪射線系統(tǒng)很貴且有輻照源的處理，安全和有關(guān)環(huán)境的問題。3 .電子束設(shè)備用于電子束的設(shè)備通常不如伽瑪射線設(shè)備應(yīng)用廣泛，他們適合處理單個(gè)的或小批量產(chǎn)品的輻照。電子束的優(yōu)點(diǎn)是輻照能直接射向食品的具體區(qū)域-象種X射線儀-以具體部位為目標(biāo)。這種方法暴露在射線敏感區(qū)域的射線最少。當(dāng)不用時(shí)，可以關(guān)掉電子束，且不存在處理有關(guān)危害廢物的問題。然而，象伽瑪輻照過程一樣，認(rèn)可的輻照機(jī)構(gòu)也必須確定電子束處理程序。必須確定關(guān)鍵處理參數(shù)并加以控制。這包括發(fā)射速度，電子束特征和產(chǎn)品裝運(yùn)方式。對(duì)關(guān)鍵控制的要求與伽瑪輻照相似

7、。用電子束也有一些不足之處，穿透厚的產(chǎn)品受限，使該過程對(duì)許多類型的食品不適合。一些食品由于會(huì)改變風(fēng)味、結(jié)構(gòu)或其他質(zhì)量特征，既不能暴露在伽瑪射線，也不能在電子束下。所需的營(yíng)養(yǎng)成分的丟失也是個(gè)問題，尤其是維生素B1對(duì)射線非常敏感。輻照能導(dǎo)致射線副產(chǎn)品的產(chǎn)生，稱為射線性化合物。這些副產(chǎn)品被認(rèn)為是食品添加劑，必須評(píng)估其是否安全。最后，食品使用輻照要求被輻照的食品通過標(biāo)簽或其它適當(dāng)?shù)貥?biāo)識(shí)說明經(jīng)過輻照。輻照殺死微生物的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)對(duì)所有類型微生物都有效可能對(duì)一些熱敏感食品損壞較少將延長(zhǎng)產(chǎn)品的貨架期伽瑪射線能穿透厚的材料，能處理大包裝產(chǎn)品缺點(diǎn)可能比其他現(xiàn)有技術(shù)更昂貴可能引起食品的變化且必須被認(rèn)可在產(chǎn)品上作食品

8、添加劑伽瑪射線設(shè)備可能引起安全及環(huán)境問題電子束不能穿透厚的產(chǎn)品必須克服公眾對(duì)輻照的認(rèn)識(shí)二、高強(qiáng)度脈沖光 由惰性氣體燈產(chǎn)生的快速?gòu)?qiáng)光,百萬分之一秒 通過近紅外光譜的紫外 海平面日光強(qiáng)度的20000倍高強(qiáng)度脈沖光涉及應(yīng)用光的快速、強(qiáng)烈、放大后的閃光。脈沖光是運(yùn)用工程技術(shù)產(chǎn)生的，通過在能量?jī)?chǔ)存器中相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間(幾分之一秒)的貯存而在短時(shí)間內(nèi)(百萬分之一或千分之一秒)的釋放而積累電子能量得到多級(jí)能量的光。貯存的能量脈動(dòng)惰性氣體燈以產(chǎn)生強(qiáng)烈的閃光只持續(xù)幾百微秒。根據(jù)產(chǎn)品選擇燈的數(shù)量，閃光的形狀及閃光的周期。脈沖光包含從紫外的200nm到近紅外的1nm的波長(zhǎng)，是海平面日光強(qiáng)度的20000倍，大多數(shù)脈沖光屬可

9、見光范圍。由于脈沖光的波長(zhǎng)太長(zhǎng)，不能發(fā)生小分子的離子化。其抗微生物的效果比非脈沖或連續(xù)波常規(guī)的紫外輻照明顯要強(qiáng)。脈沖光用來消除細(xì)菌的繁殖體、細(xì)菌的芽胞、真菌分生抱子和其它生物，具有相同效果。這使脈沖光技術(shù)適用于細(xì)菌污染的食品和水的處理。脈沖光和穿透性紫外線一樣，能穿透食品和包裝材料。這使處理透明食品，例如水及通過透明包裝材料的食品成為可能。另外，破壞微生物的脈沖光可使那些能導(dǎo)致食品變質(zhì)的酶失活。脈沖光處理的強(qiáng)度是根據(jù)積分通量或單位面積的光能量，焦?fàn)?J)/cm2來測(cè)量。1焦?fàn)柹儆?/4卡路里，4焦?fàn)柕哪芰磕苁?克的水溫度升高1C。0.5J/cm2的一次閃光已經(jīng)表明能消滅每平方厘米中105個(gè)細(xì)菌

10、的繁殖體、細(xì)菌芽胞、真菌分生抱子。已證明每次1J/cm2閃光的多脈沖可使細(xì)菌減少107109。由純脈沖技術(shù)公司，如加里福尼亞州的SanDiego將他們的脈沖光技術(shù)(純光)向FDA提供資料，將脈沖光為輻照源用于食品添加劑生產(chǎn)，加工和處理。脈沖光的使用在21CFRPART179.14中有說明，并且在以下條件允許應(yīng)用脈沖光：(a)射線源由設(shè)計(jì)好的氤燈組成發(fā)射多級(jí)射線，波長(zhǎng)為200到1100nm,且脈沖周期不長(zhǎng)于2毫秒(千分之一秒)；(b)用來控制表面微生物；(c)脈沖光處理的食品應(yīng)在達(dá)到預(yù)期技術(shù)效果下經(jīng)最低處理；(d)總的累積處理量應(yīng)不超過12.0J/cm2。根據(jù)提供給FDA食品添加劑申請(qǐng)資料，表明

11、在具體條件下的應(yīng)用脈沖光不會(huì)引起食品或被處理的微生物發(fā)生有害的化學(xué)變化。處理的食品不會(huì)導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的顯著減少。高壓脈沖光消滅微生物的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)對(duì)所有類型微生物都有影響只能用于表面處理。光穿透才有效能通過透明包裝材料處理產(chǎn)品必須在光源處保護(hù)員工在處理產(chǎn)品中不會(huì)升溫設(shè)備最初投資可能高不僅能用于處理產(chǎn)品而且可以處理加工用水設(shè)備操作必須密切監(jiān)控以確保應(yīng)用正確的處理能用于表面處理大量種類產(chǎn)品抑制酶活力為了確保達(dá)到理想的殺菌效果，在生產(chǎn)期間必須監(jiān)控?zé)艄?FLUENCE)與燈束(CURRENT),用硅光電二極管以測(cè)量閃光燈打開時(shí)光的紫外線強(qiáng)度來監(jiān)控?zé)艄?。輸出減少表明燈已快結(jié)束它的使用壽命。每次閃光時(shí)監(jiān)控

12、燈束。如果比預(yù)先設(shè)置電流高或低的顯著偏離可能意味著燈或電容的問題。正常設(shè)計(jì)的系統(tǒng)用來監(jiān)控設(shè)備的操作，如檢出異常，應(yīng)中斷操作。三、高強(qiáng)度脈沖電子場(chǎng) 應(yīng)用于食品的高電壓 應(yīng)用在短時(shí)電擊中的電壓,在冰點(diǎn)或室溫中處理食品 最適合于灌注食品 破壞微生物的細(xì)胞壁高強(qiáng)度脈沖電子場(chǎng)（PEF）:包含應(yīng)用將食品置于兩個(gè)電極間高壓的短時(shí)電擊。高壓要求過程通過建立一個(gè)蓄電器貯存電能，然后釋放來實(shí)現(xiàn)。在入口周圍或冷庫(kù)存溫度下進(jìn)行處理，不超過1秒，且因?yàn)槭澄锛訜岫サ哪芰孔钌?。這個(gè)過程更適合于灌制食品。決定微生物失活是因?yàn)殡娮訄?chǎng)而不是產(chǎn)品的電解或歐姆、電阻加熱。目前研究表明PEF技術(shù)能破壞微生物的細(xì)胞壁。整個(gè)過程不會(huì)導(dǎo)

13、致食品中的化學(xué)或物理變化特征發(fā)生變化。加工過程條件由食品特性決定。對(duì)任何一種食品PEF條件由以下各可變參數(shù)決定，其包括電子場(chǎng)峰強(qiáng)度（KV/cm）（千伏每厘米），脈沖周期（微秒），脈沖數(shù)量，最初溫度，最高處理溫度，有關(guān)微生物種類和微生物接種。在處理中加工溫度的增加看來能加大微生物的死亡。PEF對(duì)生長(zhǎng)的致病菌和腐敗的有機(jī)體最有效，但消滅抱子要求用高電壓長(zhǎng)時(shí)間處理。研究表明PEF有助于延長(zhǎng)對(duì)罐制的貨架壽命穩(wěn)定的酸性巴氏殺菌食品和要求用巴氏殺菌的冰箱食品的貨架期。在食品中殺滅微生物的高強(qiáng)度脈沖電子場(chǎng)已在世界許多國(guó)家開始研究。在美國(guó)領(lǐng)先的工業(yè)公司之一，純脈沖技術(shù)公司，如加里弗尼亞的SanDiego已提交

14、資料給FDA以支持他們用PEF對(duì)液體及灌制食品進(jìn)行微生物處理。FDA審查過這份資料以后，決定食品添加劑法規(guī)不需要PEF,只要遵守良好的操作規(guī)范的要求。用高強(qiáng)度脈沖電子場(chǎng)處理任何食品中未發(fā)現(xiàn)有品質(zhì)的變化。選擇的液體食品的PEF加工條件食品濃縮蘋果汁新鮮蘋果汁生的脫脂牛奶攪碎的蛋綠豆湯電子場(chǎng)（KV/cm）5050403535脈沖同期22222脈沖數(shù)量1016201032最初溫度（C）8.58.510.08.522.0最高處理溫度（C4545504553貯存溫度（C）22-254-6464-64-6貨架壽命（天）2821142810從1995年12月食品技術(shù)用高強(qiáng)度脈沖電子場(chǎng)進(jìn)行巴氏殺菌。在食品中運(yùn)

15、用高強(qiáng)度電子場(chǎng)殺滅微生物，還需要經(jīng)過對(duì)不同產(chǎn)品做進(jìn)一步的研究。應(yīng)考慮有關(guān)微生物種類、原料帶菌情況、待處理產(chǎn)品的特性、產(chǎn)品的儲(chǔ)存運(yùn)輸處理?xiàng)l件和最佳消費(fèi)狀態(tài)多方面因素。建立在科學(xué)研究基礎(chǔ)上的具體實(shí)施條件將是整個(gè)過程的關(guān)鍵因素。高強(qiáng)度脈沖電子場(chǎng)殺滅微生物的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)消滅大量致病菌和腐敗有機(jī)體對(duì)抱子需要高劑量和長(zhǎng)時(shí)間產(chǎn)品中有輕微的溫度升高只能用于液體或灌制食品與熱處理比較可能價(jià)格較低同時(shí)只能用于貨架穩(wěn)定酸性食品和冰箱食品產(chǎn)品沒有變化，維生素和酶無損失必須對(duì)每一種具體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程四、紫外線,空氣和表面消毒 液體的巴氏消毒紫外線是一些食品在巴氏消毒水平上的另一種過程，許多年來把紫外線用作空氣和表面消

16、毒。根據(jù)波長(zhǎng)可基本分為三種形式的紫外線：長(zhǎng)波、中波和短波。所有紫外線波長(zhǎng)都比可見光短且不能被人看見。紫外光是于253.7nm范圍內(nèi)的紫外燈產(chǎn)生的。為了使紫外線殺死細(xì)菌和其他微生物，他們必須接觸到微生物體上，且每種微生物體必須吸收足夠數(shù)量的能量以被殺死。使微生物失活必需的劑量是由時(shí)間和強(qiáng)度來決定。近來，用紫外線進(jìn)行巴氏消毒透明液體的過程已經(jīng)發(fā)展了。這個(gè)過程包括灌輸液體薄膜在預(yù)定的速率下通過紫外光，在這個(gè)過程中發(fā)現(xiàn)顯著地減少了液體的生物運(yùn)載量。對(duì)天然的紫外光、流速、混濁度、產(chǎn)品性質(zhì)和燈輸出需要連續(xù)監(jiān)控。對(duì)其他系統(tǒng)有一些要求：紫外光必須穿透進(jìn)入產(chǎn)品。這就是為什么該過程被限制用于透明液體。紫外光殺菌的

17、優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)系統(tǒng)價(jià)格比其他低只能用于透明液體薄膜的表面面統(tǒng)五、高壓加工 置于壓力為65-80磅下的食品 在軟包裝內(nèi)食品 無菌包裝的灌制可能產(chǎn)生壓力 改變結(jié)構(gòu)和細(xì)胞壁的通透性早在19世紀(jì)未和20世紀(jì)初美國(guó)人像Hitt(1899)和Bridgman(1914)就對(duì)保鮮食品的壓力過程進(jìn)行了研究，直到1985年前后才引起食品、制藥和生物工業(yè)的關(guān)注。高壓加工(HPP)近來在食品灌裝和生物技術(shù)工業(yè)上引起人們極大的關(guān)注。在HHP技術(shù)的應(yīng)用方面，日本處于領(lǐng)先地位，并生產(chǎn)出果醬、果凍、水果汁和酸乳酪。食物的高壓加工要求65-80磅的壓力。它要求非常特殊的設(shè)備。如果食物被包裝軟或半軟包裝內(nèi)，放在裝滿水的容器內(nèi)于

18、高壓下120分鐘的時(shí)間。一些食品如桔子汁可能在壓力室內(nèi)批處理，然后無菌灌裝預(yù)先消毒的包裝內(nèi)。高壓過程可能引起食品的一些變化包括組織內(nèi)部的變化，高壓導(dǎo)致蛋白質(zhì)凝膠化、由于細(xì)胞壁破裂，酶活動(dòng)可能增強(qiáng)，高壓加工本身對(duì)食品腐敗有機(jī)體沒有影響。整個(gè)水果或蔬菜可能通過機(jī)械壓縮而變形，形成難以描述的水果和蔬菜，如果汁、果醬、果丁、果片和混合食品。高壓殺死微生物的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)處理過程中不加熱，食物保持新鮮酶活力可能增加過程能應(yīng)用在最終包裝的產(chǎn)品可引起蛋白質(zhì)凝膠、注釋及膨脹對(duì)液體食品過程能作為無菌過程的一部分被應(yīng)用引起食物組織內(nèi)變化酶活力可以停止設(shè)備的初裝費(fèi)高額細(xì)菌抱子霉菌和酵母可能要求不同高壓須消滅時(shí)間長(zhǎng)微

19、生物對(duì)高壓敏感。高壓加工必須考慮微生物的種類、產(chǎn)品特性、理想的過程(巴氏殺5菌或商業(yè)消毒）和產(chǎn)品銷售方式。殺滅微生物主要是由結(jié)構(gòu)變化和細(xì)胞壁破裂而引起的。研究表明在65-80磅的高壓加工對(duì)生長(zhǎng)的細(xì)菌、酵母和霉菌是非常有效，且產(chǎn)品的水分活度接近于1。但芽胞對(duì)高壓不會(huì)失活，而要另外加熱或其他一些作用以達(dá)殺死的高水平。六、歐姆加熱 加熱通過產(chǎn)品自我傳導(dǎo) 應(yīng)用于產(chǎn)品的交流電 穿透的深度無限制 在產(chǎn)品中無大的熱梯度 由產(chǎn)品的傳導(dǎo)性及加熱的剩余時(shí)間控制的加熱 加熱殺死微生物歐姆加熱和無菌微粒處理繼續(xù)使用測(cè)試熱處理致死微生物體的方法的時(shí)間，同時(shí)用加熱產(chǎn)品的新方法和過程決定以保證熱處理傳遞給產(chǎn)品。通常用的微波

20、加熱，電能轉(zhuǎn)化成熱能。然而不象微波加熱穿透的深度是完全無限制且加熱的程度由通過產(chǎn)品的電傳導(dǎo)的空間一致性及產(chǎn)品在加熱皿中的抗熱時(shí)間控制。由于大多數(shù)實(shí)際的目的產(chǎn)品在加熱時(shí)沒有經(jīng)歷大的溫度梯度且液體與顆粒同時(shí)被加熱。歐姆加熱最適合無菌包裝產(chǎn)品。用于處理和包裝其它滅菌產(chǎn)品的設(shè)備能用作處理歐姆加熱產(chǎn)品。歐姆無菌系統(tǒng)與其它任何一種無菌系統(tǒng)主要不同是加熱的方法。由于歐姆加熱運(yùn)用食品的耐力及商業(yè)電流以加熱食物有好于通常加熱系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，包括：加熱表面不燃燒，加熱期間產(chǎn)品不許攪動(dòng)，液體載體不需過分加熱以加熱顆粒和顆粒受熱均勻。歐姆加熱依靠產(chǎn)品電傳導(dǎo)。但歐姆加熱將不能直接加熱脂肪，油、酒精、骨或晶體結(jié)構(gòu)如冰。歐姆加熱用于熱殺死微生物的控制與其他熱處理過程相似。然而在設(shè)計(jì)歐姆加熱過程時(shí)，許多方面必須引起重視，產(chǎn)品具體的耐電性及它隨溫度的變化必須在過程的商業(yè)應(yīng)用期間被決定和控制。產(chǎn)品的流速對(duì)產(chǎn)品的加熱是關(guān)鍵，在歐姆加熱器中產(chǎn)的速成率和加熱周期是主要的困素。如果產(chǎn)品在加熱器中變化狀態(tài)（從液體到固體或液體到氣體）產(chǎn)品中可能產(chǎn)生弧光。由于這些原因?qū)?/p>