液體食物非熱殺菌技術研究進展

趙心怡

（西北農林科技大學，創新實驗學院，陜西楊凌712100）

食品品質及安全一直以來都是人們關注的焦點，現代食品加工技術要求在保證食品安全的同時最大限度保留食品的色、香、味及營養成分。滅菌是保存食品的有效方法之一，食品殺菌技術分為熱殺菌和非熱殺菌，前者根據處理溫度分為巴氏殺菌、低溫殺菌、高溫殺菌和超高溫瞬時滅菌；后者包括物理殺菌和化學殺菌，是一類以非熱形式，處理過程中溫度無劇烈變化，方式沒有傳統熱處理強烈，最終達到殺菌、除菌或抑菌，保證產品品質和延長貨架期等效果的技術統稱。

目前，熱殺菌在食品殺菌領域內占主導地位，然而熱殺菌在消除絕大多數細菌和耐熱孢子之余，通常還會導致產品營養價值嚴重損失，產品外在顏色、風味和質地均會發生一定變化。非熱殺菌是近年來發展的一種新型殺菌技術，能保存食品的生理活性并將處理過程中造成食品色香味及營養成分的損害降到最低，體現出了更加天然健康的食品加工理念，現已成為相關領域工作人員的常用的方法之一。本文就目前主要液體非熱殺菌技術的種類及特點進行比較分析，對其研究進展進行綜合闡述。

1 非熱殺菌技術

對于液體食物而言，熱殺菌對其營養成分和品相的破壞相比于其他食品更為嚴重。根據不同液體食物的特點，研究人員設計出兩類非熱殺菌新技術，一類是與熱量相結合，包括高壓處理、紫外光、脈沖光、超聲波和脈沖電場處理等；另一類是純粹的非熱能殺菌技術，包括冷等離子體技術等。

1.1 高壓處理技術

高壓處理（HPP）通過對容納在柔性袋中的食品施以極高壓力（一般大于600MPa）來實現，壓力介質通常為水。研究表明，HPP通過影響微生物細胞蛋白質和酶結構來有效滅活果汁中大多數病原微生物，食品感官和營養價值也不會顯著損失[1]，故其被證明是加工果汁的有效處理技術。

然而HPP亦存在一定的局限性，HPP單獨使用對孢子的影響很小，只有與其他處理組合使用才能使其完全失活并對感官特性的影響達到最小[2]。另外HPP在水果氧化和水解酶失活方面的處理效率較為低下，不適宜大規模使用。

1.2 紫外光照射和脈沖光處理技術

紫外線照射技術（UV）是一種有效性較強的非熱殺菌技術，脈沖光譜包括紫外到近紅外區域的波長范圍，二者均可以破壞微生物核酸，DNA損傷是微生物的關鍵致死因素。

紫外線處理成本低，加工過程中不產生化學殘留物，常被用于消毒空氣、水和材料表面微生物，在食品方面的研究較為緩慢。近年來發現紫外線雖不能單獨滅活孢子，但能夠有效減弱孢子耐熱性[3]。該現象作用機制尚不明確，但它的發現開辟了紫外線處理食品的新方向。另外，更高的照射劑量并不會增加微生物的減少數量[4]。脈沖光則穿透深度較高，可單獨滅活細菌芽孢。

相比于HPP，操作簡便、價格低廉、殺菌效果更好的紫外光和脈沖光更容易在食品領域中推廣應用。

1.3 超聲波殺菌技術

超聲波處理是近幾十年來發展起來的一種新型食品加工技術，常與其他技術聯用，在飲品加工領域具有較好的應用效果。根據頻率高低，超聲波可分為低頻率超聲波和高頻率超聲波。低頻率超聲波基于超聲造成的空化現象使微生物失活，高頻超聲波則通過破壞細胞結構來殺死細胞。與巴氏殺菌相同，超聲波對大腸桿菌有良好的殺菌效果。研究表明雖單獨使用時微生物滅活效果一般，但能加快食品的熱消毒速度，減少加工時間和營養損失，顯著提高食品處理效率[5]。

超聲波殺菌技術常用于果汁殺菌處理。花色苷是新鮮果汁中的一種重要營養元素，有研究學者發現以20kHz的超聲波處理黑莓汁、葡萄汁等果汁時，果汁中花色苷的降解率均小于6%且葡萄汁的降解率最低，說明適當的超聲波處理能夠顯著保留果汁中的花色苷并提高其穩定性和保持率，該現象在葡萄汁中尤為明顯[6,7]。

1.4 脈沖電場技術

脈沖電場（PEF）是一種使用短脈沖電的食品加工技術，使微生物細胞壁電穿孔后失活。該方法處理時間短、溫度低、效果好，可同時保持高營養和高保質期，滿足了消費者對新鮮產品的要求，被認為是熱殺菌的良好替代。張雯等人[8]率先確定了實現楊梅最佳保鮮效果的PEF參數：脈寬10μs，頻率80Hz，作用時間10s。隨后有學者比較研究了PEF和巴氏殺菌法對橙汁品質的影響，結果發現PEF處理的橙汁樣品中黃酮和酚酸含量更穩定，感官評分更高，殺菌效果更好[9]。M.Ali Dastgheib等人[10]的研究則證明，PEF對菠蘿汁有良好的延長保質期功效。

PEF能實現無污染的綠色保鮮，然而因成本過高處理效率不高，目前該技術并沒有得到廣泛應用。

1.5 射頻電場處理技術

射頻電場處理技術（RFEF）曾在滅活蘋果汁細菌[11]和要求有更強處理能力且電導率更高的橙汁處理中[12]取得成功，并證明RFEF可以在常規熱殺菌無法實現的中等溫度下使蘋果汁中的大腸桿菌失活。

非酶促褐變和抗壞血酸的損失是果汁的常見問題，研究證明RFEF處理后的果汁無褐變和抗壞血酸損失，故該方法可以在果汁滅菌中展開實踐[13]。但由于成本、處理條件等客觀問題，盡管開發時間較長，RFEF依舊處于理論研究階段，沒有得到廣泛應用。

1.6 食品輻照技術

食品輻照的目的是使微生物失活，破壞食源性非孢子形成病原菌。王娟娟等人[14]對蛋糕保質期延長的研究證明，隨著輻照劑量的增加，微生物的存活率減小，殺菌效果越好。出于安全考慮，實際應用中不使用過高劑量輻照，然而低劑量輻照并不能滅活食品中孢子，故其推廣嚴重受限。

1.7 非熱（冷）等離子體處理技術

冷等離子體是利用電子、離子、原子種類，紫外光子和帶電粒子的混合物殺滅微生物的一種技術方法，殺滅微生物的同時不會影響原材料的整體性質，應用于食品工業尚屬首次。

冷等離子體的處理方法有許多優點，研究證明，該方法不僅可以滅活芽孢和孢子[15]，還可使用更低的用水量、工作溫度和成本，達到與熱殺菌相同的效果[16]，具有較高的經濟性，可進行食品工業的大型設備規模化滅菌。作為一種新型的滅菌方法，冷等離子體處理有著巨大潛力，是目前為止最具競爭力的一項殺菌技術。

2 非熱殺菌技術的發展趨勢

與發達國家相比，我國非熱加工技術研究的系統性不強，重復或相似的研究居多。在基礎研究方面，研究范圍包括殺菌、鈍酶和對品質的影響，但相關機制研究滯后，深度不夠；在產品工藝方面，研究主要集中于處理前后和貯藏期間產品品質的變化，而產品安全性、營養成分和功能性變化的研究較弱。與此同時，目前我國相關食品法規以熱加工為基礎標準參數，并不適合于非熱加工食品，制約了非熱加工技術的推廣。

由此可見，雖然食品非熱加工技術在我國受到科技部重視，具有廣闊的開發前景和一定的研究突破，但依舊需要掃清多重障礙。

2.1 深入研究非熱加工技術

隨著人們生活水平的提高和生活快節奏方式的改變，人們對食品安全與營養提出了較高要求。非熱加工技術以保留食品原有生鮮風味和營養成分為特點，成為目前食品加工新技術研究與新工藝開發的熱點。非熱殺菌技術的推廣，還需要政府部門完善相關的食品法規標準，增加以非熱殺菌為基礎標準的法規參數，為非熱加工技術的產業化推廣提供保障。

2.2 與熱殺菌技術的聯合使用

由于非熱殺菌技術難以殺死芽胞，而且其殺菌強度大時溫度易升高需冷鏈運輸等技術缺陷使其成本偏高，應用范圍受限。因此人們研究探討將熱殺菌技術和非熱殺菌技術結合或幾種非熱殺菌技術聯合使用以達到所需的處理效果。

2.2.1 在新鮮產品中的聯用

大量研究人員發現，用HPP與加熱結合處理的番茄醬，其微生物殘留量遠低于傳統方法的處理結果[17]；分別采用紫外線與脈沖電場、高強度脈沖光與脈沖電場處理時，果汁在產品色澤和風味上保持不變，其非酶褐變和總酚含量也同傳統巴氏殺菌沒有明顯區別[18]；超聲波與超高壓靜態殺菌等聯用還能提高西瓜汁的殺菌效果[19]。

2.2.2 在肉產品中的聯用

熱殺菌技術可以有效抑制肉產品中的微生物，非熱殺菌技術則能確保食物的品質和口感。研究人員發現，二者結合使用能夠最大程度地保持肉產品的食物特性，提升食品生產和加工領域的生產效益[20]。

總之，熱殺菌技術和非熱殺菌聯用不僅能在保證殺菌效果的要求下更好地保持食品原有的色香味和營養價值，還能節能節水，對環境傷害更小，是一種全新的研究趨勢。

3 小結

在現有非熱殺菌技術中，除HPP與PEF外均只處于實驗室研究階段，成本和能源利用效率問題依舊是難以推廣的重要因素。

與熱處理相比，非熱滅菌技術顯示出較大的優勢，結合使用更能表現出極高的殺菌潛力。這些非熱殺菌方法能夠有效保證產品質量和良好的感官體驗，減少處理時間和溫度，提高現有滅菌效果，降低輸入能量，最大限度地減少熱處理引起的質量損失，擁有極大的市場價值。

總之，經濟發展帶動了食品安全領域技術的改進，非熱殺菌技術作為一種新興的食品加工技術，尚未完全實現商業化，相關領域還未對其形成較為規范和具體的管理方案，因此目前仍需要同熱殺菌技術相互配合，綜合運用，共同提升食品生產和加工領域的生產效益，最終實現新技術的市場推廣。