食品加工工程中的殺菌技術

（生物工程學院食品科學與工程紀仁飛 201211832017）摘要：本文介紹了現(xiàn)今食品工業(yè)中用到的殺菌技術，并將其分成熱殺菌和非熱殺菌兩類進行了展開闡述，分別介紹了各種殺菌技術的原理、應用范圍以及各自缺陷。本文是對現(xiàn)在食品工業(yè)中殺菌技術的一個比較系統(tǒng)和全面的概括。關鍵字：食品加工；熱殺菌；非熱殺菌Keywords:Thisarticledescribesthecurrentsterilizationtechnologythoseareusedinthefoodindustry,andintroducetheirprinciple,applicationrangeanddefects.bydividingitintothermalandnon-thermalsterilization.Thisarticleisasystematicandcomprehensivesummaryofsterilizationtechnologyinfoodindustry.Keywords:FoodProcessing;thermalsterilization;non-thermalsterilization0引言最近廣西警方查獲的“史上最老雞爪”引起了人們的廣泛關注。案件的內(nèi)容是：浙江一帶的一些不法商人通過地下渠道走私入境，并在當?shù)匾恍┦称窂S將一些來源不明、無生產(chǎn)日期、無保質(zhì)期的凍品隱蔽加工，仿冒多種品牌。案件中的雞爪是用過氧化氫浸泡的，其理由是“一則殺菌延長保質(zhì)期，二則可以去除表面的污漬，讓雞爪顯得又白又大?！边@不禁使人們產(chǎn)生疑惑，食品加工過程中的殺菌技術有哪些，其原理是什么，哪些是安全又使用廣泛的？據(jù)此，有必要闡述一下食品加工過程中的一些殺菌技術。前言殺菌在食品加工過程中是非常重要的一個環(huán)節(jié)，直接影響到食品的品質(zhì)和貨架期［1］，食品工業(yè)中采用的殺菌方法主要有熱殺菌和非熱殺菌兩大類［2］，熱殺菌的主要目的是殺滅在食品正常保質(zhì)期內(nèi)可導致食品腐敗變質(zhì)的微生物。一般認為，達到殺菌要求的熱處理強度足以鈍化食品中的酶活性［3］。傳統(tǒng)的熱殺菌技術已經(jīng)日臻完善，新的熱殺菌技術被不斷的發(fā)現(xiàn)和運用，像微波殺菌和高頻RF殺菌。熱力殺菌技術也是目前食品工業(yè)中應用最廣泛的殺菌處理技術，根據(jù)殺菌過程中溫度的高低可以分為巴氏殺菌（較低溫度殺菌）、超高溫瞬時殺菌（UHT）和高溫殺菌［1］。非熱殺菌技術是一種相對新興的技術，目前還沒有明確的定義，但是其主導思想是殺菌時不加熱或者即使加熱溫度也很低，從而使食品在加工過程保持原有的新鮮度和減少營養(yǎng)物質(zhì)的流失［4］。非熱力殺菌技術主要包括化學殺菌和物理殺菌2種類型［5］。其中化學殺菌主要依賴于在食品中添加抑菌劑和防腐劑等化學制劑達到殺菌抑菌目的，如臭氧、苯甲酸及其鈉鹽、二氧化碳、山梨酸及其鉀鹽、鈉鹽和抗微生物酶等；物理殺菌方式目前主要有：紫外線殺菌、歐姆殺菌、微波殺菌、二氧化鈦催化殺菌、超高壓殺菌、放射線殺菌、磁力殺菌、高壓脈沖電場殺菌、輻射殺菌、脈沖強光殺菌等；非熱力殺菌技術的興起、研究及被廣大科技工作者重視對于食品殺菌技術的發(fā)展具有重要影響和意義，是目前食品殺菌領域?qū)W者研究的熱點問題，與熱力殺菌技術相比，非熱力殺菌由于食品在殺菌過程中未從外界獲得熱量，食品自身溫度基本沒有升高從而能夠最大程度地保持食品原有的品質(zhì)等，雖然目前還沒有大規(guī)模應用于實際生產(chǎn)，但已經(jīng)有眾多理論研究基礎［6］。隨著人們生活水平的逐步提高，人們對食品加工水準的期望值也在不斷提高，消費者已經(jīng)不僅僅滿足于食品的安全無毒和較長的貨架期，還對于食品的營養(yǎng)價值也提出了更高的要求［7］。傳統(tǒng)的殺菌技術是保持食品貨架期的主要技術，但是傳統(tǒng)的熱加工過程可以導致食品的過度成熟和維生素等營養(yǎng)物質(zhì)的損失。新的技術正在不斷地被開發(fā)和運用［4］。新的殺菌技術對食品的感官、營養(yǎng)價值的影響最小，這避免了食品的色、香、味、組織結構的改變及營養(yǎng)價值的降低，同時還能最大限度保持食品的安全性。更為重要的是，新的殺菌技術對環(huán)境污染小、加工能耗低［8］。一下將殺菌技術分為熱殺菌和非熱殺菌兩方面來介紹。食品加工過程中的熱殺菌技術2、1巴氏殺菌巴氏殺菌是指鈍化產(chǎn)品中的酶類物質(zhì)和殺滅食品中可能存在的致病菌，主要用于液體食品，像牛奶、橘子汁、葡萄酒、啤酒等。巴氏殺菌是在19世紀60年代法國科學家路易?巴斯德發(fā)現(xiàn)的：在57°C左右加熱一段時間可以阻止啤酒或葡萄酒發(fā)酵［9］。巴氏殺菌的最新應用是殺滅全蛋液中的沙門氏菌和李氏桿菌等微生物，以消滅人們潛在的衛(wèi)生憂慮⑶。謝愛英等a］,FranciscoMolino［n］,徐艷陽等［12］，以及B.Y.Chen等麗對巴氏殺菌分別對酸奶，蜂蜜中四環(huán)素含量，油豆腐軟罐頭以及羊奶的熱穩(wěn)定性中的影響做了研究?？偨Y這幾個實驗的結果,我們可以得出：針對不同的殺菌物質(zhì)，相應的殺菌條件（pH、殺菌溫度、殺菌時間等）也不一樣；甚至，有時為了提高殺菌的效果可添加一些輔助物質(zhì)（山梨酸鉀、防腐劑等）。2、2微波殺菌與傳統(tǒng)的加熱方法相比，微波加熱的時間短，可以減少在加熱過程中食品營養(yǎng)成分、風味物質(zhì)損失和質(zhì)地的劣變，同時微波加熱的速度是傳統(tǒng)加熱方式的3~5倍，因此可以在保證殺菌效果的同時降低產(chǎn)品質(zhì)量損耗［14］。XuDuan等衛(wèi)］以及王瑞等［16］分別研究了微波對甘藍菜和麥苗粉的殺菌效果。其結果都顯示，微波殺菌相比于傳統(tǒng)的冷凍干燥和常規(guī)加熱方法好，而且產(chǎn)品具有良好的品質(zhì)。2、3高頻RF殺菌射頻(radiofrequendcy,簡稱RF)是一種高頻交流電磁波，其頻率范圍為3kHz?300MHz。射頻能穿透到物料內(nèi)部，弓I起物料內(nèi)部帶電離子的震蕩遷移，將電能轉(zhuǎn)化為熱能，從而達到加熱的目的［17］。與微波相比，射頻頻率低、波長長，因此，穿透的介質(zhì)材料更深，克服了傳統(tǒng)加熱時間長、包裝食品邊緣加熱過度的缺陷［18］。YifenWang等［19］(2003)通過研究發(fā)現(xiàn)，在相同的溫度下，射頻(27,40MHz)的穿透深度是微波(915,2450MHz)的4倍，這說明射頻能量比微波穿透介質(zhì)材料更深入、更均一，因此射頻加熱特別的適用于一定尺寸的包裝食品。K.Luechapattanaporn等［20］(2004)研究了包裝食品射頻加工微生物的安全性問題。實驗以梭狀芽孢桿菌為研究對象。結果表明，基于射頻的熱加工過程可以生產(chǎn)安全、貨架期穩(wěn)定的包裝食品。KunchaleeLuechapattanaporn等［21］(2005)研究了炒雞蛋的射頻殺菌，從而生產(chǎn)貨架期期穩(wěn)定的雞蛋產(chǎn)品。結果表明，射頻加工對微生物的破壞與在冷點測量的時間－溫度數(shù)據(jù)計算的殺菌值是一致的；射頻和殺菌鍋處理的炒雞蛋在亮度和紅度顯示出了巨大的差別，傳統(tǒng)的殺菌鍋加工的雞蛋褐色較深；射頻加工的雞蛋產(chǎn)品硬度小、彈性小、粘彈性大。因此，射頻熱加工可以生產(chǎn)質(zhì)量安全、貨架期品質(zhì)穩(wěn)定的殺菌炒雞蛋。食品加工過程中的非熱殺菌技術3、1超高壓殺菌技術超高壓殺滅微生物的主要原理是破壞食品中的非共價鍵物質(zhì)，對微生物的細胞膜和細胞壁造成不可逆的損傷，使微生物的蛋白質(zhì)變性，細胞膜通透性改變，抑制微生物體內(nèi)酶的活性和生命遺傳物質(zhì)DNA的復制過程。超高壓殺菌由于處理條件高，因此是一個比較復雜的過程，易受到食品形態(tài)、水分活度、微生物種類、食品pH值、壓力大小、加壓時間、環(huán)境等因素的影響［22］。這項技術已經(jīng)在一些發(fā)達國家使用，能夠確保食品的安全，而且能較好地保持食品原有的營養(yǎng)特性、風味、色澤等。然而，超高壓殺菌只能少量、分批次處理；果蔬產(chǎn)品利用超高壓殺菌處理可能導致其形狀發(fā)生改變或組織形態(tài)發(fā)生變化，因此它主要在沒有固定形狀食品的殺菌過程中得到應用［23］。3、2高壓脈沖電場殺菌技術高壓脈沖殺菌技術是基于細胞結構與液態(tài)食品體系之間存在著差異性電氣性能，在食品不被加熱的情況下利用強電場脈沖的介電阻斷原理使微生物的蛋白質(zhì)變性、維生素被破壞，從而實現(xiàn)不需要加熱既能抑制微生物，又能達到殺滅微生物的目的，其主要用于液態(tài)食品的殺菌。高壓脈沖電場殺菌過程中，液態(tài)食品中的微生物在強電場作用下，其細胞膜被電擊穿，導致細胞膜產(chǎn)生穿孔或破裂，細胞膜系統(tǒng)失去活性，導致微生物死亡。該技術是一種新型的常溫冷殺菌技術，使用時應考慮很多因素，例如：電場場強大小、食品的pH值、電介常數(shù)、凍結時間、微生物種類以及其他因素，才能確定最佳的殺菌解決方案。目前對于該技術的研究仍處于實驗室階段，但通過大量研究人員的不懈努力有望成為彌補傳統(tǒng)殺菌方式不足的新型殺菌技術［1］。國內(nèi)外許多學者長期研究已經(jīng)證明，食品中的細菌孢子、酵母菌、各類革蘭氏陰性菌、陽性菌等在高壓脈沖電場處理下其活性明顯被抑制，可以達到4?6個對數(shù)期的抑制效果悶。但是這項技術目前由于對設備性能要求高而且其價格不菲、對食品本身特性要求高，易受到食品本身的電阻、溫度、粘度和其他因素的影響而存在一些缺陷，因此該技術有待進一步深入研究，才能實現(xiàn)在食品工業(yè)中的大規(guī)模應用。3、3輻射殺菌技術輻射殺菌技術的電離輻射作用原理（由137CS或60Co放射源輻射產(chǎn)生的Y射線、經(jīng)過電子加速器的加速產(chǎn)生Y射線或低于lOMeV的電子束）是在電磁波原理作用下電子射線應用于水產(chǎn)品中，電子射線中的能量在傳遞過程中釋放到水產(chǎn)品、微生物和水中，這種能量的瞬間釋放產(chǎn)生帶有高能量的物質(zhì)能夠瞬間破壞微生物的DNA,造成DNA堿基序列的缺陷，從而導致微生物的生長繁殖無法進行，實現(xiàn)抑制或殺死微生物的目的進而延長水產(chǎn)品的貨架期［25］。3、4臭氧殺菌技術臭氧（O）是氧氣的同素異形體，其形態(tài)在室溫下是藍色氣體，在一般情況下無3法用肉眼看到，是無色、性質(zhì)不穩(wěn)定、有刺激性氣味、極易分解成氧氣的氣體，利用具有很強氧化能力的臭氧進行除臭、殺菌、保鮮、消毒等。臭氧在食品工業(yè)中得到了廣泛應用［26］，尤其是不斷在水產(chǎn)品加工和貯藏過程中得到應用。利用其強氧化性對水產(chǎn)品表面微生物進行殺菌能夠達到對水產(chǎn)品保鮮的目的，并且能夠減少在貯藏期間，由于微生物作用而引起的水產(chǎn)品品質(zhì)變化。3、5微波殺菌技術頻率在300MHz?300GHz之間的電磁波稱為微波，微波的介電感應是其作用于介質(zhì)內(nèi)部使其受到交變電場的作用從而使碳水化合物、蛋白質(zhì)、水、脂肪等引起強烈的摩擦進而產(chǎn)生熱［27］。微波所具有的熱生物效應與非熱力生物效應產(chǎn)生作用時能夠使微生物的機體受到損傷，使微生物的蛋白質(zhì)組織變性，喪失生物活性致其死亡。微波的熱生物效應就是使微生物蛋白質(zhì)由于高溫而變性導致喪失生物活性，從而無法進行正常生理生化代謝直至死亡；微波的非熱力生物效應主要是微波中帶電粒子導致細胞膜內(nèi)外電勢分布發(fā)生變化，細胞周圍的電離平衡遭到破壞，而使細胞膜透性發(fā)生改變，無法進行正常的生理代謝，細胞結構功能發(fā)生障礙，無法進行正常的生長復制而死亡。微波殺菌技術能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)、殺菌時間短、易操作且能夠最大限度地保持食品原有的品質(zhì)和營養(yǎng)成分；微波殺菌能夠非常理想地作用于包裝后的食品，殺滅食品中的微生物。微波殺菌保鮮技術目前仍然存在一些缺陷和不足，對某些肉類產(chǎn)品處理效果不明顯，也會破壞一些食品的營養(yǎng)成分等［1］。3、6紫外線殺菌技術紫外線殺菌原理是處于不穩(wěn)定狀態(tài)的受激發(fā)微生物分子破壞分子間特有的化學結合，導致微生物死亡［28］。并非所有波段的紫外線都具有殺菌作用，只有在波長為240?290nm時的紫外線才具有殺菌作用，而且在253.7nm時最強。王玲［29］等研究表明，使用石英紫外線殺菌燈照射，能夠很好地殺滅細菌繁殖體、細菌芽孢和病毒，但對于乙型肝炎表面抗原殺滅作用不明顯。紫外線輻射的安全性得到了較為廣泛的應用，因為紫外線輻射技術操作方法簡單、輻射效率高、殺菌成本低、處理效果好成為了輻射殺菌的典范。朱秋勁［30］等研究了在冷卻牛肉加工過程中利用紫外線結合混合氣體殺菌以達到保鮮的目的，取得了良好的效果。近年來開發(fā)出了很多高功率紫外線燈，利用紫外線殺菌技術應用于飲用水殺菌和廢水處理方面，將具有廣闊的前景［31］。3、7膜分離除菌技術近30年來，膜分離技術得到了長足的發(fā)展，在液態(tài)食品尤其是各種飲料產(chǎn)品中發(fā)揮著重要作用，膜分離技術是一種按照膜孔緊密程度分類的分子級分離技術，它可分為反滲透(RO)、納米過濾(NF)、超濾(UF)、微濾(MF)四種分離方法図。發(fā)酵工業(yè)應用微濾膜可使發(fā)酵用水和產(chǎn)品無需殺菌就可實現(xiàn)無菌化，膜分離技術由于其獨特的實用性，在食品加工過程中使用膜分離技術可實現(xiàn)物質(zhì)不發(fā)生相變，分離系數(shù)大，操作溫度要求低等；用水的終端采用膜分離殺菌技術可以避免化學殺菌方法的缺陷而又能達到良好的除菌效果［33］。胡立新［34］等利用微濾膜對牛初乳進行除菌，既可以克服脂肪被氧化產(chǎn)生異味又能符合國家微生物標準?？偨Y和展望隨著人們生活水平的提高，在注重食品衛(wèi)生、安全的同時，人們對食品營養(yǎng)和感官品質(zhì)的要求越來越高，因此，食品殺菌技術日益成為食品科學研究和應用的一個熱點，食品經(jīng)滅菌處理后是否夠保持營養(yǎng)成分和天然特性成為衡量食品殺菌新技術優(yōu)劣的重要表征。本文從食品加工的殺菌環(huán)節(jié)入手，介紹了熱殺菌和非熱殺菌的代表方法，同時簡述了各自的原理。隨著科學技術的發(fā)展，越來越多的殺菌技術會出現(xiàn)。未來的殺菌技術將圍繞如何降低成本、提高產(chǎn)品品質(zhì)以及確保產(chǎn)品的安全衛(wèi)士這三個方面進行研究。參考文獻：⑴穆明?超低溫結合磁力殺菌技術研究[D].福建農(nóng)林大學，2012.李里特.食品殺菌技術的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].包裝與食品機械，1993,(04)：35-39.夏文水?食品工藝學[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2011.ClarkJP.Non-thermalProcessingCaseStudiesinFoodEngineering[M].NewYork：Springer,2009：129-145.⑸夏文水,鐘秋千?食品冷處理技術研究進展[J]?中國食品衛(wèi)生雜志,2003,15(6).⑹趙玉生,趙俊芳，周昇昇.初探非熱力處理技術在食品工業(yè)中的應用 [J].食品工業(yè)科技,2006,(9)．⑺陳錦權?食品非熱力加工技術[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2010.張慜，王麗萍.調(diào)理食品殺菌技術研究進展[J].食品與生物技術學報，2012,31(8)：785-792.YANGAi-ling.Thespeciesandapplicationoffoodsterilizationtechnology[J].Science&TechnicalInformationofGansu,2006,(06)：46.(inChinese)XIEAi-ying,DANGYa-li,LIFang-fang,Effentofdifferentpasteurizationconditionsonyogurtquality[J].FoodScience,2011,32(09)：14-17.(inChinese)FranciscoMolino,ReginaLazaro,ConsueloPerez.Effectofpasteurizationandstorageontetracyclinelevelsinhoney[J].Apidologie,2011,42(3)：391-400.XUYan-yang,ZHANGMin,SUNJin-cai,etal.Experimentalstudiesofbeancurdcroutonretortpouchonsterilizationtechonlogy[j].JournalofFoodScienceandTechonlogy,2004,(02)：71-75.(inChinese)ChenB.Y,ASGrandison,MJLewis.Comparisonofheatstabilityofgoatmilksubjectedtoultra-hightemperatureandin-containersterilization[j].JournalofDairyScience,2012,95(3)：1057-1063.YUKai,HUZhou-yan,HUANGZhi-xun.Theresearchdevelopmentandapplicationofmicrowavepasteurizationandsterilization[J].FoodScienceandTechnology,2005,(7)：185-192.(inChinese)DuanX,MZhang,ASMujumdar.Studiesonthemicrowavefreezedryingtechniqueandsterilizationcharacteristicsofcabbage[j].DryingTechnology,2007,25(10)：1725-1731.WANGRui,ZHANGMin,FanLui-ping,etal.Studyonbarleygrasspowdersterilizationbymicrowaveheating[J].JournalofFoodScienceandBiotechnology,2009,(02)：150-155.(inChinese)劉嫣紅，楊寶玲，毛志懷.射頻技術在農(nóng)產(chǎn)品和食品加工中的應用口.農(nóng)業(yè)機械學報,2010,41,(8)：115-120.WangY,WigTD,TangJ.Sterilizationoffoodstuffsusingradiofrequencyheating[J].JournalofFoodScience,2003,68(2)：539-544.YifenWang,WigD,JumingTang.DielectricpropertiesoffoodsrelevanttoRFandmicrowavepasteurizationandsterilization[J].JournalofFoodEngineering,2003,57(3)：257-268.KLuechapattanaporn.Microbialsafetyinradio-frequencyprocessingofpackagedfoods[J].FoodMicrebiologyandSafety,2004,69(7)：M201-M206.KunchaleeLuechapattanaporn,Yifen