非熱殺菌技術在包裝食品中的應用

徐立偉　崔旭東　陳玉成　張銳

摘要：近年來，非熱殺菌技術已成為當今食品包裝發展的主流，其滅菌原理及其技術與食品安全密不可分。綜述脈沖殺菌技術、微波殺菌技術等非熱殺菌技術的殺菌原理、特點及應用前景，為相應領域研究提供一定的參考與借鑒。

關鍵詞：非熱殺菌；脈沖殺菌；食品；微波殺菌

中圖分類號：TS201. 3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）11-0062-03

殺菌技術與食品安全息息相關。殺菌技術可分為熱殺菌和非熱殺菌2種。與加熱處理相比，非熱殺菌技術不易破壞產品中容易變質的維生素和色素等成分，還可以節省能量。在需要通過加熱將原料溫度升高到一定程度進行殺菌的場合，非熱殺菌技術占有一定的優勢。

1 脈沖殺菌技術

脈沖殺菌技術可以分為超高壓脈沖電場殺菌技術、強磁脈沖殺菌技術和脈沖強光殺菌技術。

1.1 超高壓脈沖電場殺菌技術

超高壓脈沖電場殺菌技術主要應用高壓脈沖器產生的脈沖電場進行殺菌。脈沖產生的電場和磁場交替作用，使細胞膜透性增加、膜強度減弱，并最終破裂，膜內物質外流，膜外物質滲入，細菌體死亡。電磁場產生電離作用，阻斷細胞膜的正常生物化學反應和新陳代謝，使細菌體內的物質發生變化。

國內外對此技術已作了許多研究，并設計出相應處理裝置，能夠有效地殺滅與食品腐敗有關的幾十種細菌。法國、美國的一些廠家已將這種新技術應用于實踐，避免加熱引起的蛋白質變性和維生素破壞。

1.2 強磁脈沖殺菌技術

強磁脈沖殺菌技術采用強脈沖磁場的生物效應進行殺菌，在輸液管外面套裝螺旋型線圈，磁脈沖發生器在線圈內產生2～10 T的磁場強度。當液體物料通過該段輸液管時，其中的細菌即被殺死。

此技術具有下列特點：殺菌時間短，殺菌效率高；殺菌效果好且溫升小，既能殺菌，又能保持食品原有的風味、滋味、色香、品質和組分（維生素、氨基酸等）不變；不污染環境及產品，無噪音，經濟實用。

1.3 脈沖強光殺菌技術

脈沖強光殺菌技術利用脈沖的強烈白光閃照進行滅菌。其最基本的結構是動力單元和惰性氣體燈單元，通過動力單元向惰性氣體燈單元提供能量，使惰性氣體燈發出與太陽光譜相反、但強度更強的紫外線至紅外線區域光。

脈沖光使用高強度白光的極短脈沖，殺死食品表面的微生物。該高強度的白光類似陽光，但僅以幾分之一秒鐘的速度反射出來，比陽光更強，能迅速殺死細菌。脈沖強光的微生物致死作用明顯，可進行徹底殺菌。不同的食品及菌種，需采用不同的光照強度與時間。該技術由于只處理食品的表面，因此對食品的風味和營養成分影響很小，可用于延長用透明物料包裝的食品及新鮮食品的貨架期。

2 微波及紫外殺菌技術

2.1 微波殺菌技術

微波是頻率300～300 GMHz的電磁波。微波與物料直接相互作用，將超高頻電磁波轉化為熱能。微波殺菌是微波熱效應和生物效應共同作用的結果。微波對細菌膜斷面的電位分布影響細胞膜周圍的電子和離子濃度，從而改變細胞膜的通透性能，進而導致細菌營養不良，不能進行正常新陳代謝，因生長發育受阻而死亡。

從生化角度來看，細菌正常生長和繁殖的核酸（RNA）、脫氧核糖核酸（DNA）是由若干氫鍵緊密連接而成的卷曲大分子，微波導致氫鍵松弛、斷裂和重組，從而誘發遺傳基因或染色體畸變，甚至斷裂。微波殺菌利用電磁場效應和生物效應殺滅微生物。實踐證明，微波裝置在殺菌溫度、殺菌時間、產品品質保持、產品保質期及節能方面都有明顯優勢。

對于塑料包裝材料的食品，微波殺菌能在原包裝狀態下，短時間內從食品中心加熱殺菌，還能防止對食品的二次污染。

2.2 紫外線殺菌技術

日光能殺滅細菌主要依靠紫外線的作用，其殺菌原理是微生物分子受激發后處于不穩定狀態，破壞分子間特有的化學結合，并導致細菌死亡。

微生物對于不同波長的紫外線敏感性不同，紫外線對不同微生物照射致死量也不同，革蘭氏陰性無芽孢桿菌對紫外線最敏感，殺死革蘭氏陽性球菌的紫外線照射量需增大5～10倍。因紫外線穿透力弱，適于對空氣、水、薄層流體制品及包裝容器表面進行殺菌。

3 輻照殺菌技術

輻照殺菌即利用放射線同位素Co60和Ce137生產的γ射線，或用高能電子束轟擊重金屬的靶所產生x射線，或用電子加速器產生的高能電子束對包裝食品進行輻照處理。射線在照射過程中會產生直接效應和間接效應：直接效應是微生物細胞間質受高能電子照射后發生的電離作用和化學作用；間接效應是水分接受射線后產生電離作用再與胞內其他物質作用。這兩種作用阻斷胞內一切活動，導致微生物死亡。對不同菌種采用不同的輻照劑量，不但不會破壞食品的色、香、味，而且殺菌效果明顯。

用100～1 000 kGy劑量照射殺菌，可有效限制有損機體健康的生物及致腐敗性微生物的生長，有效清除高蛋白質食品（如肉類、乳制品、蛋制品）中危害極大的沙門氏菌。

各國的應用實踐證明，輻照食品安全可靠。輻照食品的優點是保藏期長，照射1次可保鮮數年；既能殺死細菌，又能抑制與延緩食品本身的新陳代謝，消除食品的變質根源。輻照殺菌可節省大量能量，任何食物用輻照法殺菌后，僅采用普通包裝便可貯藏，節省制罐、冷凍冷藏的材料及其所耗能量。

4 臭氧殺菌技術

臭氧氧化力極強，僅次于氟，能迅速分解有害物質，殺菌能力是氯的600～3 000倍，分解后迅速地還原成氧氣。

試驗證明，臭氧水是一種廣譜殺菌劑，能在短時間內有效殺滅大腸桿菌、蠟桿菌、痢疾桿菌、傷寒桿菌等一般病菌，以及流感病菌、肝炎病毒等多種微生物。同時，臭氧水還可殺死和氧化魚、肉、瓜果蔬菜、食品表面能產生異變的各種微生物和脫離果蔬母體后繼續進行生命活動的微生物。

利用臭氧水洗滌蔬菜瓜果，可以有效清除其表面的殘留農藥、細菌、微生物及有機物，消除農藥給人們帶來的隱患；徹底殺滅水中的細菌，消除有機物，除去水中及被清洗物的異味、臭味。

一般認為，臭氧很容易同細菌細胞壁中的脂蛋白或細胞膜中的磷脂質、蛋白質發生化學反應，從而使細菌的細胞壁和細胞受到破壞（溶菌作用），使細胞膜的通透性增加，細胞內物質外流并失去活性。臭氧破壞或分解細胞壁后，能迅速擴散到細胞里，氧化細胞內的酶、DNA和RNA，使病原體致死。食品在采用氣體置換包裝、真空包裝和封入脫氧包裝時，填充臭氧可以殺滅酵母菌，解決食品變質問題。在礦泉水、汽水、果汁等生產過程中，對盛裝容器、管路、設備和車間環境進行臭氧消毒，也可取得令人滿意的效果。

5 超聲波殺菌技術

頻率在9～20 kHz/s以上的超聲波，對微生物有破壞作用，能使微生物細胞的內容物因強烈震蕩而被破壞。一般認為在水溶液內，超聲波能產生具有殺菌能力的過氧化氫。也有人認為，微生物細胞液受高頻聲波作用時，其中溶解的氣體變為小氣泡，其沖擊可使細胞破裂，從而對微生物有一定的殺滅效應。

6 高壓殺菌技術

高壓殺菌是20世紀80年代末開發的殺菌技術。食品在超高壓100～1 000 MPa的壓力下，具有良好的滅菌效果。超高壓對微生物的致死作用原理為：通過破壞細胞壁，使蛋白質凝固，抑制酶的活性和DNA等遺傳物質的復制。一般而言，壓力越高，殺菌效果越好。

在400～600 MPa壓力下，細菌、酵母菌、霉菌均可被滅殺，避免了一般高溫殺菌帶來的不良變化。超高壓“冷殺菌”技術采用高壓、常溫滅菌方式，對食品飲料處理后，不但具備高效殺菌性，而且能完好保留食品飲料中的營養成分，產品口感佳，色澤天然，安全性高，保質期長。

在高壓利用與包裝形態方面，軟包裝袋和結扎軟包裝形態較為適宜，而鋁扣結扎的魚肉腸等不宜使用。對包裝容器來說，復合紙容器、塑料罐易受熱變形，而且存在密封性、涂層剝落等問題，因此不宜采用。

7 膜分離技術

膜分離是一種分子級分離，膜系統按膜孔緊密程度（由密到疏）可分為反滲透（RO）、納米過濾（N）、超濾（F）、微濾（MF）。用微濾膜可實現發酵工業中的用水和產品無菌化。將微濾技術、色譜技術與化學處理、酶處理結合起來，可將乳蛋白中的各種組合分開，得到酪蛋白和乳清蛋白。

目前，各酒業公司已廣泛使用0.45 um濾芯對成品酒進行終端過濾，替代原有的熱殺菌技術。此技術不僅節省能耗，而且能夠避免高溫給產品帶來的煮熟味。除此之外，膜分離技術在海水和苦咸水淡化、礦泉水殺菌以及食品廠廢水處理、空氣、細菌去除等方面應用廣泛。

8 其他技術

相信隨著科學技術的發展和技術的不斷完善，更多的冷殺菌新技術、新方法、新手段以及新措施，會如雨后春筍般蓬勃涌現。

參考文獻

[1] 李玉鋒，馬濤.食品殺菌新技術[J].農產品加工·學刊，2007（1）：89-93.

[2] 白露露，胡文忠，劉程惠，等.鮮切果蔬非熱殺菌技術的研究與應用[J].食品工業科技，2013（15）：362-365.

[3] 李影球，周光宏，徐幸蓮.四種非熱殺菌技術在肉類中的應用[J].食品工業科技，2013（17）：354-359.

[4] 吳海濤.非熱殺菌技術對食品營養品質的影響[J].中國科技博覽，2013（21）：628-629.