軟包裝肉制品非熱力殺菌技術的應用與研發進展

李 明

(天津市天寶樓食品研發有限公司 天津300393)

0 引言

隨著人民生活水平的大幅度提高，消費者對于食品的要求朝著綠色、健康、營養和安全的方向發展，軟包裝肉制品罐頭憑借著重量輕、方便食用、易加熱等優勢，在肉制品消費市場上逐漸占據了主導地位。但是軟包裝肉制品傳統的熱力殺菌工藝，又存在著營養物質破壞、口感變化、揮發性成分損失等缺陷，不能充分滿足消費者的需求。現在隨著食品工業的發展，一類嶄新的非熱力殺菌技術獲得了越來越多的關注。非熱力殺菌條件易于控制，對外界環境影響較小，并且殺菌過程中由于食品的溫度不變或者變化很小，既能有效殺滅腐敗菌延長保質期，又有利于保持產品原有的色、香、味及營養成分。本文主要介紹超高壓殺菌技術、脈沖強光、微波技術、輻照殺菌、生物殺菌技術等新型殺菌技術的原理及其在軟包裝肉制品領域的應用和研究進展，旨在推進我國在軟包裝肉制品殺菌技術方面的研究和應用。

1 超高壓殺菌技術

超高壓殺菌是20世紀80年代開發的一種非熱力殺菌技術。該技術將食品經過軟包裝之后，以水或其他流體作為傳遞壓力的媒介物，經超高壓100～1000MPa作用達到殺菌目的。與傳統熱力滅菌相比，超高壓滅菌具有在獲得良好滅菌效果的前提下還能保持食品的口感、風味和營養物質的特點。超高壓對微生物的殺滅作用主要是通過破壞微生物的細胞膜和細胞壁，使蛋白質變性凝固，抑制酶活性、影響DNA等遺傳物質的復制，從而殺死食品中的腐敗菌和致病菌。

超高壓殺菌效果受多種因素影響。研究表明，在一定范圍內，工作壓力越大，殺菌速度越快，微生物的死亡率越高，殺菌效果越好。張立云等[1]、曾慶梅等[2]、閆雪峰等[3]通過選擇不同的滅菌壓力和保壓時間對液態食品進行超高壓滅菌，并以大腸菌群、酵母菌、霉菌的滅菌效果為判斷依據，得出結論是在滿足將大腸菌群完全滅殺的殺菌參數下，并不能將霉菌和酵母菌有效滅殺。這說明不同微生物超高壓處理的效果有顯著差異，針對不同的菌種應建立與之對應的殺菌公式。勵建榮等[4]討論了溫度、pH值、水分活度、壓力、保壓時間和施壓方式、目標菌種類及特性和物料自身成分等因素對超高壓殺菌效果的影響。勵建榮等[5]研究了高壓處理后的果汁和蔬菜汁，通過實驗說明超高壓滅菌在確保滅菌效果的同時，不但能保證物料的色香味等感官指標不變，還能最大限度減少Vc損失。趙宏強等[6]將軟包裝后的鱸魚片進行250MPa超高壓滅菌處理，并與0.1MPa處理的對照樣品進行冷藏期間嗜冷菌變化的動態分析，結果表明超高壓處理軟包裝鱸魚片的冷藏貨架期明顯延長4～5d。邱春強等[7]研究了超高壓處理的醬鹵雞肉，通過實驗說明在壓力分別為200MPa和500MPa下，處理時間為15min時，菌落總數都會有明顯下降，但在500MPa后持續加壓，微生物數量降低的趨勢變緩，獲得了壓力200～400MPa，處理時間20min的最佳處理方案。柏紅梅等[8]對野山豬肉進行超高壓滅菌處理，通過壓力(250、350、450、550MPa)、滅菌溫度(20、25、30、35℃)、保壓時間(10、20、30、40min)3個滅菌參數的正交試驗，以菌落總數和感官品質為評判依據，確定了滅菌壓力486MPa、溫度 26℃、時間16min的滅菌參數條件下物料能達到最好的滅菌效果和品質保證。通過邱春強和柏紅梅2個實驗小組的研究過程和結論，可以發現超高壓滅菌技術受到多個滅菌參數的相互影響，對于不同的物料都擁有各自最佳的滅菌參數，因此超高壓滅菌的工藝參數需要針對不同的物料特性及最終產品的質量需求分別單獨確定。

2 脈沖強光殺菌

脈沖強光殺菌是采用強烈的白光脈沖閃照方法對食品表面進行滅菌的技術，其基本原理是可見光、紅外線和紫外線共同作用于物料表面的微生物，通過閃照瞬間的高強度能量使微生物的細胞壁及遺傳物質發生不可逆改變，從而達到滅菌目的。該技術是對物料的表面進行殺菌處理，適合于感官、風味、營養物質等質量因素對溫度敏感的透明包裝的產品殺菌處理，以延長產品的貨架期。Dunn[9]研究得出脈沖強光對多數微生物都可起到滅殺作用。周萬龍等[10]選用枯草芽孢桿菌、大腸桿菌、酵母菌為滅菌對象，研究結果表明輸入電壓、菌種原始濃度、閃照次數都能影響殺菌的效果，其中閃照次數對于滅菌效果的影響最大，選擇合適的滅菌參數和菌液甚至可以達到完全滅菌的效果。江天寶等[11]在固定脈沖能量(6J/cm2)和閃照頻率(3次/s)的情況下，通過控制變換閃照時間、閃照距離、染菌濃度分析烤鰻片的殺菌效果和品質變化，得出結論是脈沖強光可有效殺除烤鰻片表面的大腸桿菌，在閃照時間為15s的條件下，殺菌率可達到99.99%，同時殺菌過程對烤鰻片的品質影響較小。在固定脈沖能量和閃照頻率的情況下，閃照時間是殺菌效果的主要決定因素。黃現青等[12]采用脈沖強光對冷卻雞胸肉進行殺菌處理，利用響應面法對滅菌參數進行優化，并通過殺菌率、剪切力、離心失水率和色差4個指標為判別依據，得到了脈沖能量400J、脈沖距離12cm、脈沖時間50s的最優殺菌工藝參數。通過研究發現隨著脈沖能量的增加，殺菌率呈增加趨勢且差異性顯著；脈沖距離增大，殺菌率呈下降趨勢且差異性顯著；隨著脈沖時間的增加，殺菌率呈增加趨勢且差異性顯著。

3 微波殺菌技術

微波殺菌是一種低溫殺菌技術，微波殺菌的作用機制分為熱效應理論和非熱效應理論。熱效應理論是食品中的極性分子在微波作用下發生來回運動，分子之間發生劇烈摩擦，產生熱量。微波作用下的物料升溫是內外同時發生且升溫均勻的，與普通熱殺菌相比微波殺菌具有受熱時間短、升溫速度快、受熱均勻、物料品質損失少的特點。非熱效應理論是處于微波中的微生物的細胞內的極性分子發生運動，改變蛋白質、核酸等分子的結構，使微生物的部分功能喪失而達到殺菌目的。微波殺菌具有良好的穿透性，同時作用于物料的表面和內部，殺菌均勻徹底，因此可進行包裝后殺菌。

目前食品工業中使用較多的微波頻率是915MHz和2450MHz，其中微波爐多用2450MHz，食品加工多用915MHz。濕式微波殺菌是微波殺菌工藝升級版，該工藝與傳統工藝的區別是，在微波殺菌過程中加入循環水，使微波加熱的均勻性得到了更好的提升。戚彪等[13]用2450MHz微波對軟包裝鹵豬肝進行滅菌，結果表明殺菌溫度為70℃微波殺菌的豬肝在滅菌效果上和傳統熱力殺菌的效果一致，且豬肝品質優于傳統熱殺菌。席益民等[14]對氣調包裝的扒雞進行微波殺菌，實驗表明900W殺菌功率即可獲得良好的殺菌效果，殺菌功率的持續增加對扒雞的貨架期沒有明顯的延長效果；微波殺菌對氣調包裝扒雞產品品質的影響較小，隨殺菌強度增加，產品的口感和理化指標與未殺菌空白組無明顯區別。

4 輻照殺菌

輻照殺菌是利用射線(其中包括X射線、γ射線和加速電子束等)的輻照能量來殺滅微生物的一項技術。輻照射線照射到食品上會引起食品中的微生物蛋白質或遺傳物質發生變化，抑制或破壞其生長或者繁殖，甚至使微生物的細胞組織死亡，從而達到殺菌、延長貨架期的目的[15-16]。

輻照滅菌按其用途和劑量可分為輻照消毒殺菌和輻照完全殺菌。輻照消毒殺菌的作用是抑制或部分殺滅腐敗微生物和致病性微生物；完全輻照滅菌是一種大劑量輻照滅菌方法，劑量范圍為10～60kGy。它能殺滅肉類及其制品上的所有微生物，從而達到“商業無菌”的目的[17]。食品輻射源有3種：X射線、γ射線和電子射線。影響輻射效果的主要因素有劑量、輻射介質和狀態、溫度、輻射氣氛、微生物種類。與其他滅菌技術相比，輻照滅菌有其自身的優點，在適當劑量下，輻照處理過程中物料溫度上升很小，輻照均勻、快速、易于控制，物料在包裝條件下滅菌，輻照處理后無殘留，產品的原有品質和風味可以最大限度地保持不變。

鄧鋼橋等[18]進行了泡椒鳳爪的輻照殺菌研究，60Co-γ射線對產品中的微生物有很好的殺滅作用，能顯著延長產品的保質期，輻照劑量為6kGy時，產品中已基本沒有微生物的營養體存在。李淑榮等[19]進行了60Co-γ射線輻照烤魚片殺菌效果的研究，當烤魚片的輻照劑量由0kGy至6.0kGy逐步遞增時，烤魚片貨架期顯著延長且感官品質無明顯影響，劑量為6.0kGy時殺菌率達到了99.99%且感官品質無明顯變化，但劑量超過7.0kGy后感官品質發生了劣變。傅俊杰[20]利用γ射線輻照處理脫水蔬菜，輻照殺菌劑量為6～10kGy，能夠保證對菜品品質無影響的情況下，有效地殺滅微生物，使菜品的保質期達到 1年以上。

5 生物殺菌(抑菌)技術

生物殺菌(抑菌)技術是一種安全、高效、無毒的冷殺菌(抑菌)技術。該技術主要是通過在食品生產過程中添加生物防腐劑來達到殺菌(抑菌)、延長貨架期的目的。生物防腐劑根據其來源可分為3大類：

①植物來源的蒜素、生姜提取液中的萜類化合物、肉桂精油、辣椒堿等。蒜素殺菌能力極強，對食品中致病菌(痢疾桿菌、傷寒桿菌等)、腐敗菌、真菌等有很強的殺菌和抑制作用，其作用效果可以和化學防腐劑山梨酸、苯甲酸相媲美，是目前發現的植物來源的生物防腐劑中抗菌效果最強的一種。據報道1mg蒜素相當于15個單位的青霉素抗菌力，蒜素稀釋到1∶250000有抑制細菌作用，將其稀釋1∶85000～1∶25000能抗葡萄球菌、鏈球菌、傷寒桿菌、痢疾桿菌、霉菌等[21]。魏玉西等[22]通過抑菌實驗證明辣椒堿對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌均有抑制效果，但是對霉菌的抑制效果不明顯。

②微生物來源的乳酸鏈球菌肽、曲酸、納他霉素等。乳酸鏈球菌素是目前研究最為廣泛的一種生物防腐劑，它對大部分革蘭氏陽性菌起抑制作用，但是對酵母菌和霉菌起不到抑制效果。納他霉素能有效抑制霉菌和酵母菌的生長。

③動物來源的昆蟲抗菌肽、殼聚糖、魚精蛋白等。殼聚糖由于本身的分子結構導致水溶性差，防腐抗氧化活性不高，因此在使用殼聚糖時都要對其進行適度改性，改性后的殼聚糖運用到肉制品當中，不但能對抑制微生物的增長起到防腐作用，還能夠抑制油脂氧化，延長產品的貨架期。

生物殺菌(抑菌)技術并不能通過單一的生物防腐劑的使用來達到殺菌(抑菌)的目的，因為就目前的研究成果中，沒有任何一個單獨的生物防腐劑能全面殺菌(抑菌)，所以需要多種生物防腐劑，甚至和一些傳統的化學防腐劑或殺菌方式聯用，才能達到預期的殺菌效果，有效延長產品的貨架期。

6 柵欄技術抑菌

“柵欄技術”一詞，最早是由德國肉類研究中心Leistner提出的[23]。柵欄技術是多種殺菌防腐技術的科學結合，這些技術相互補充、相互合作，形成對腐敗菌的多點滅殺或抑制，從而延緩食品的變質，有效延長食品的保質期。高溫處理、低溫冷藏、調整水分活度、pH調節、Eh值(氧化還原值)、防腐劑、競爭性菌群及輻照等阻止食品內腐敗菌生長繁殖的因素統稱為柵欄因子。通過這些因子單獨或相互作用構成了防止食品腐敗變質的“柵欄”，決定了食品品質的穩定性，即柵欄效應。在肉制品方面，柵欄因子眾多，目前常用的柵欄因子主要有：初始菌量、溫度、pH值、水分活度、Eh值(氧化還原值)、防腐劑、包裝形式、輻照、競爭性菌群等，基于這些柵欄因子的抑菌作用，在肉制品的每個加工階段運用相應的柵欄因子，進而保證產品品質的穩定性。金華火腿就是利用柵欄因子的協同作用保質防腐，是我國肉制品生產中對柵欄技術最早的應用典范。

7 結語

隨著肉制品加工業的成熟與發展，輻照殺菌、超高壓殺菌、微波殺菌等非熱力殺菌技術在肉制品行業也得到一定程度的發展和應用。但在軟包裝肉制品加工中的應用報道較少，軟包裝肉制品加工中的二次滅菌大部分企業還是采用傳統的熱力殺菌技術，而傳統熱力殺菌技術的不足又不能很好地滿足消費者對肉制品品質的要求。因此，非熱力殺菌技術的研究和商業化應用對于軟包裝肉制品產業的發展有關鍵作用，通過該技術的應用，可以最大限度地減少因二次殺菌造成的營養成分的流失，盡可能使產品在殺菌前后保持穩定的、一致的感官性狀，使產品在流通、銷售環節的運輸和貯藏更加便捷，延長產品的貨架期，以滿足廣大消費者日益增長的物質生活的需要。