食品企業(yè)生產(chǎn)車間紫外線殺菌技術(shù)、輻射殺菌技術(shù)、微波殺菌技術(shù)等非熱物理殺菌技術(shù)的優(yōu)勢及存在的問題

食品企業(yè)生產(chǎn)車間紫外線殺菌技術(shù)、輻射殺菌技術(shù)、微波殺菌技術(shù)等非熱物理殺菌技術(shù)的優(yōu)勢及存在的問題匯總與熱殺菌技術(shù)和化學(xué)殺菌相比，非熱物理殺菌技術(shù)更符合天然健康食品加工理念，具有顯著優(yōu)點：①利用物理手段進(jìn)行殺菌，無需要添加化學(xué)物質(zhì)，能夠有效防止化學(xué)殘留引發(fā)的人體健康危害；②殺菌條件易于控制，不易受外界環(huán)境的干擾；③不易使菌體產(chǎn)生耐受性；④在低溫或常溫下達(dá)到殺菌目的，能夠很好地保留食品的風(fēng)味，且能改善食品質(zhì)構(gòu)，如超高壓殺菌可提高肉制品的嫩度。一、紫外線殺菌技術(shù)紫外線殺菌是利用大多數(shù)微生物受短波紫外線（shortwaveultraviolet，UVC）（200～275nm）照射時，會使脫氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid，DNA）鍵斷裂而抑制其復(fù)制和細(xì)胞分裂，從而導(dǎo)致微生物細(xì)胞的死亡，達(dá)到殺菌消毒的效果。尤其在波長為253.7nm時紫外線的殺菌作用最強(qiáng)。紫外線殺菌具有操作簡單、無殘留毒性、價格低廉等優(yōu)點。常溫、常濕條件下各種細(xì)菌所需UVC照射量見表1。然而，由于紫外線的穿透能力較差，目前主要適用于食品生產(chǎn)場所、食品表面及包裝材料的殺菌，對液體食品的殺菌還不夠高效，但是可以通過以下兩種方法提高殺菌效果：①使液態(tài)食品形成極薄的液態(tài)薄膜，以增加紫外線透過率；②使液態(tài)食品以湍流狀態(tài)通過紫外光，以增加紫外線的輻射均勻性。二、輻射殺菌技術(shù)輻射殺菌是利用高能射線（γ射線、電子射線）照射進(jìn)行殺菌。微生物受照射后，吸收能量，引起分子或原子電離激發(fā)，產(chǎn)生一系列物理、化學(xué)和生物學(xué)變化而導(dǎo)致微生物死亡，達(dá)到殺菌消毒的效果。γ射線的穿透力很強(qiáng)，適合于完整食品及各種包裝食品的內(nèi)部殺菌處理，電子射線的穿透力較弱，一般用于小包裝食品或冷凍食品的殺菌，特別適用于食品的表面殺菌處理。與化學(xué)藥劑處理相比，目前世界各國普遍使用低劑量輻射處理土豆和蔥頭，以實現(xiàn)抑制發(fā)芽的休眠效果，成本低且效果好。然而，輻射殺菌需要較大投資和專門設(shè)備來產(chǎn)生輻射線，且受高劑量輻射的食品可能會發(fā)生不良的感官變化，60Co-γ輻射泄露會引起白血病，需對食品加工人員做好防護(hù)措施，故進(jìn)一步增加了生產(chǎn)成本。因此，輻射殺菌更適合于附加值較高的食品殺菌。三、微波殺菌技術(shù)微波殺菌是利用波長約0.01～1.00m的電磁波殺滅細(xì)菌繁殖體、真菌、病毒和細(xì)菌芽孢，達(dá)到殺菌消毒的效果。殺菌機(jī)理有熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)（生物效應(yīng)）兩種，熱效應(yīng)是指極速升溫致使蛋白質(zhì)變性和破壞生理功能，從而殺滅微生物。生物效應(yīng)是指微生物體內(nèi)不產(chǎn)生明顯的升溫，但其與微波產(chǎn)生強(qiáng)烈的生物響應(yīng)而發(fā)生各種生理、生化和功能的變化，導(dǎo)致細(xì)菌的死亡。微波殺菌是當(dāng)代新技術(shù)，具有殺菌時間短、速度快、保留產(chǎn)品天然品質(zhì)效果好，可表面和內(nèi)部同時消殺，設(shè)備簡單、易控制、節(jié)約能源等諸多顯著優(yōu)點。與巴氏殺菌相比，軟包裝三文魚片的殺菌時間大幅縮短，且目標(biāo)微生物的致死效果提高。瑞典卡洛里公司將微波面包殺菌機(jī)用于1993kg/h面包片的生產(chǎn)線，面包片溫度由20℃上升至80℃，時間僅需1～2min，處理后面包片保鮮期由3～4d延長到30～60d。韓林娜等將圓柱腔式微波殺菌機(jī)用于袋裝鮮牛奶殺菌，處理后鮮奶風(fēng)味純正，營養(yǎng)素沒有被破壞，鮮奶品質(zhì)明顯優(yōu)于巴氏殺菌法。然而，微波殺菌技術(shù)目前仍主要是實驗室階段的應(yīng)用研究，真正用于工業(yè)生產(chǎn)的還很少，這是由于微波生物效應(yīng)殺菌理論存在爭議，潛在不確定因素有待研究，以及由于微波場的不均勻性，可導(dǎo)致微生物失活不完全，總體殺菌效果有待提高。四、超聲殺菌技術(shù)超聲波是指頻率高于20kHz的機(jī)械波，具有方向性強(qiáng)、穿透性強(qiáng)及在液體中引起空化的強(qiáng)烈機(jī)械作用等特點。超聲波殺菌是通過在液體中產(chǎn)生的局部瞬間溫度與壓力變化，破壞細(xì)胞壁，使細(xì)菌死亡，達(dá)到殺菌消毒的效果。然而，超聲單獨使用存在殺菌效果有限、處理量較小和必須與被處理液體接觸等問題。與加熱等其他殺菌方法連用，可以有效縮短殺菌處理時間，提高殺菌效果，且在殺滅微生物的同時能夠最大限度地保留食品中的營養(yǎng)成分。藍(lán)莓汁超聲預(yù)處理的殺菌率可達(dá)到64%，與低溫配合殺菌可以極大限度的保留藍(lán)莓汁的品質(zhì)。CARAVEOO等使用高強(qiáng)度超聲處理牛半腱肌并于4℃下觀察貯藏期微生物的生長情況，發(fā)現(xiàn)超聲可有效抑制牛半腱肌貯藏過程中大腸菌群和嗜冷菌等微生物的生物膜污染，較大程度保持牛肉品質(zhì)特性的同時，顯著抑制了微生物的繁殖，并沒有出現(xiàn)明顯的腐敗現(xiàn)象。五、超高壓殺菌技術(shù)超高壓（ultrahighpressure，UHP）殺菌技術(shù)是采用100MPa以上的壓力處理食品，達(dá)到殺菌、滅酶和改善食品功能特性的目的。UHP的殺菌原理是超高壓的環(huán)境下，分子中的氫鍵、硫氫鍵、水化結(jié)構(gòu)等發(fā)生變化或破壞，從而引起蛋白質(zhì)變性、酶失活，最終導(dǎo)致微生物死亡。由于UHP是在常溫或較低溫度下滅菌，從而保證了食品的營養(yǎng)成分和感官特性不被改變，使得UHP成為冷殺菌技術(shù)中商業(yè)化應(yīng)用較為成功的一種殺菌技術(shù)。陳偉等設(shè)計的UHP設(shè)備制得的乳制品可以很好地保存原奶中的營養(yǎng)和風(fēng)味，且保質(zhì)期高達(dá)120d。然而，UHP殺菌對設(shè)備密封性和強(qiáng)度均有較高要求，存在設(shè)備投資成本高和設(shè)備耗材壽命短等不足。六、高壓脈沖電場殺菌技術(shù)高壓脈沖電場（highintensitypulsedelectricfields，PEF）殺菌技術(shù)是利用兩電極間產(chǎn)生瞬間短時高壓（15～100kV/cm），以脈沖頻率為1～100kHz的脈沖電場作用，達(dá)到殺菌消毒的效果。在常溫下、幾十毫秒內(nèi)完成食品殺菌處理，電崩解理論和電穿孔理論是普遍認(rèn)可的PEF滅菌機(jī)制。PEF處理后食品各項指標(biāo)變化小，適合熱敏性食品殺菌，主要適用于液體和半固體食品的加工和保存。PEF處理每噸液態(tài)食品殺菌僅需能耗約為0.5～2.0kW·h，殺菌成本低、效果顯著，是目前食品殺菌中先進(jìn)的技術(shù)手段之一，在食品殺菌領(lǐng)域前景廣闊。脈沖頻率30.5kHz、占空比2.3%、處理時間7min、電場強(qiáng)度45kV/cm，此條件下PEF對調(diào)理牛肉中微生物致死率達(dá)到了87.33%，調(diào)理牛肉的貨架期延長了2d，且其感官品質(zhì)無顯著降低。溫和熱協(xié)同PEF對哈密瓜汁的殺菌效果與巴氏殺菌一致，且果汁的理化指標(biāo)基本無影響。七、微濾除菌技術(shù)微濾（microfiltration，MF）是以靜壓差為推動力，利用膜的“篩分”作用進(jìn)行分離的過程，達(dá)到殺菌消毒的效果。MF具有孔徑均一、絕對過濾的特點。MF除菌技術(shù)可用于液體食品除菌和分離微米及亞微米級的細(xì)小懸浮物、污染物等。工業(yè)中常采用的錯流MF操作模式，以有效減弱膜的污染對膜通量的影響。MF通常在常溫下進(jìn)行，特別適用熱敏感物質(zhì)的除菌，能夠有效保持產(chǎn)品的色香味和營養(yǎng)成分。另外，膜過濾能耗較低、操作簡單易實現(xiàn)自動化控制。MF除菌被廣泛應(yīng)用在酒類、果汁飲料、牛奶的生產(chǎn)中。青梅酒經(jīng)0.5μm的無機(jī)陶瓷膜MF處理，可以除去酒中的殘余微生物，并使成品酒獲得較高的透明度，同時不會顯著影響酒中的有機(jī)酸含量。牛奶經(jīng)MF過濾處理，微生物去除效果好，保質(zhì)期延長，且對乳品理化性質(zhì)影響較小。值得說明的是膜材質(zhì)采用無機(jī)陶瓷膜的MF系統(tǒng)易于清洗，消毒方法簡單徹底，在乳品工業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。八、高密度CO2殺菌技術(shù)高密度CO2（densephasecarbondioxide，DPCD）殺菌是一種新型的非熱殺菌技術(shù)，在常溫或低溫且小于100MPa的壓力下，利用CO2分子效應(yīng)，鈍化微生物及酶活性，達(dá)到殺菌消毒的效果。殺菌機(jī)制主要包括降低食物的pH、CO2分子和碳酸氫鹽離子的抑制作用、對細(xì)胞的物理性破壞、改變細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和鈍化孢子活性等。由于CO2在液體中的擴(kuò)散速率較快，DPCD主要用于液體食品殺菌。南霞等研究發(fā)現(xiàn)，隨著DPCD處理壓力增大，蘋果漿中菌落總數(shù)降低，在壓力為25MPa時，蘋果漿中菌落總數(shù)降低89.1%，電子鼻分析結(jié)果顯示，5～20MPa處理對蘋果漿的風(fēng)味沒有顯著性影響。使用DPCD處理苦瓜，隨著處理壓力提高，鮮切苦瓜中菌落總數(shù)顯著降低，在6MPa處理后，其菌落總數(shù)降低5.8lg（CFU/g），同時對鮮切苦瓜的細(xì)胞結(jié)構(gòu)影響最小，并能降低其苦味。國內(nèi)外DPCD研究已經(jīng)取得了長足進(jìn)展，但是依然存在如下問需要解決，以此逐步推廣DPCD在食品加工業(yè)領(lǐng)域中的工業(yè)化應(yīng)用：①DPCD對于不同微生物的殺滅效果不同，需要進(jìn)一步研究殺菌機(jī)理與殺菌效果關(guān)系。②研發(fā)新型設(shè)備、優(yōu)化工藝條件，降低生產(chǎn)投資費用。九、低溫等離子體殺菌技術(shù)等離子體是由各種帶電粒子組成的電離氣體。帶電粒子具有較高的能量，可以激發(fā)某種化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生多種具有殺菌性能的活性物質(zhì)，如活性氧簇（reactiveoxygenspecies，ROS）、活性氮、紫外（ultraviolet，UV）光子等，達(dá)到殺菌消毒的效果。