食品殺菌新技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展

胡榮華，譚 波

（貴州省檢測(cè)技術(shù)研究應(yīng)用中心，貴州貴陽 550014）

在食品生產(chǎn)加工過程中，導(dǎo)致食品污染的原因有很多，包括食品原料、加工設(shè)備設(shè)施、環(huán)境衛(wèi)生、加工工作人員等方面。近年來，食品行業(yè)通過熱殺菌、添加防腐劑等方式對(duì)食品進(jìn)行滅菌，從而保證食品品質(zhì)并延長(zhǎng)貨架期。熱殺菌技術(shù)容易造成食品營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失，而過多的添加化學(xué)防腐劑也會(huì)危害人們的身體健康。隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)食品的需求已向安全、營(yíng)養(yǎng)、健康等方向發(fā)展，因此能夠保證食品安全和營(yíng)養(yǎng)的物理殺菌新技術(shù)脫穎而出并受到食品行業(yè)的廣泛關(guān)注。

1 食品殺菌新技術(shù)

1.1 高壓脈沖電場(chǎng)殺菌技術(shù)

高壓脈沖電場(chǎng)殺菌技術(shù)是一種新興、可持續(xù)、環(huán)保的食品加工技術(shù)，被認(rèn)為是21 世紀(jì)食品加工技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域中的新技術(shù)之一[1]。此技術(shù)本身是一種非加熱型殺菌技術(shù)，處理后的食品與新鮮食品在品質(zhì)上差別很小，殺菌效果也能達(dá)到商業(yè)無菌要求，對(duì)于生產(chǎn)質(zhì)量較高、保質(zhì)期穩(wěn)定的食品有深遠(yuǎn)的影響[2]。針對(duì)高壓脈沖電場(chǎng)殺菌技術(shù)的原理說法不一[3]，電穿孔理論就是細(xì)菌細(xì)胞膜在高壓脈沖電場(chǎng)下，雙分子層對(duì)水、離子和其他小分子的滲透性增加，從而在細(xì)菌細(xì)胞膜上形成小孔通道，水孔、單個(gè)膜脂和蛋白質(zhì)相互作用，使微生物失去活性，達(dá)到殺菌的目的。電崩解理論認(rèn)為微生物細(xì)胞膜在高壓脈沖電場(chǎng)下，陰陽離子形成的電位差使微生物細(xì)胞膜通透性增加，從而在細(xì)胞膜上形成小孔，當(dāng)膜電位差足夠大時(shí)，細(xì)胞膜被瞬時(shí)電流分解破壞，從而達(dá)到殺菌的效果。近年來，在高壓脈沖電場(chǎng)殺菌技術(shù)研究中的試驗(yàn)設(shè)備方面取得了重大的突破，為高壓脈沖電場(chǎng)殺菌技術(shù)的相關(guān)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用支撐研究提供了基礎(chǔ)。高壓脈沖電場(chǎng)殺菌技術(shù)作為一種新型的食品非熱殺菌技術(shù)，受到美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)等國(guó)家的廣泛重視。Origin juice 公司采用高壓脈沖電場(chǎng)殺菌技術(shù)生產(chǎn)果汁，得到了美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局的認(rèn)證[4-5]。為滿足人們對(duì)食品風(fēng)味、營(yíng)養(yǎng)、健康等高質(zhì)量生活的需求，并使高壓脈沖電場(chǎng)殺菌技術(shù)能夠在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用，研究者通過大量的研究解決了食品加工工藝參數(shù)問題，有助于高壓脈沖電場(chǎng)殺菌技術(shù)得到更近一步推廣。

1.2 微波輔助熱殺菌技術(shù)

微波輔助熱殺菌（Microwave Assisted Thermal Sterilization，MATS）技術(shù)是將熱能和微波有效結(jié)合起來對(duì)食品進(jìn)行殺菌的技術(shù)。在MATS 系統(tǒng)中，915 MHz 的微波能量與加壓熱水浴相結(jié)合，能夠?qū)Ω叻肿影b材料中的食品進(jìn)行殺菌。此技術(shù)可以消除包括細(xì)菌孢子在內(nèi)的病原體，以達(dá)到延長(zhǎng)食品貨架期的目的，并且不會(huì)影響食品的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和風(fēng)味[6]。食品在微波條件下進(jìn)行熱處理過程中，食品中的組成成分表面和內(nèi)部同時(shí)吸收微波能，溫度快速升高，從而達(dá)到殺菌的目的。且該過程能避免食品過度加熱，減少食品品質(zhì)流失。在Pó?TORAK 等[7]比較了采用常規(guī)蒸汽爐與微波-對(duì)流烤箱烤焙牛肉對(duì)牛肉品質(zhì)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)焙烤相比，低強(qiáng)度微波與對(duì)流相結(jié)合不僅能夠縮短烹調(diào)時(shí)間，還能改善肉的嫩度。MARSZA?EK 等[8]的一項(xiàng)研究表明，與巴氏殺菌（90 ，15 min）相比，微波加熱（20 kW，120 ，時(shí)長(zhǎng)12 s）能更好地保持草莓泥的原始品質(zhì)。從以上的兩種實(shí)驗(yàn)的殺菌效果可以看出，與傳統(tǒng)殺菌方法相比，微波輔助加熱殺菌不僅殺菌時(shí)間短，還能保持較好的食品品質(zhì)。現(xiàn)今微波輔助加熱殺菌技術(shù)在固體半固體食品殺菌處理中具有廣闊的應(yīng)用前景[9]。

1.3 低溫等離子體殺菌技術(shù)

低溫等離子體殺菌技術(shù)是一種新興于傳統(tǒng)加熱殺菌技術(shù)后的食品非加熱殺菌技術(shù)，該技術(shù)具有溫度低、時(shí)間短、損傷小、殘留物少及無污染等優(yōu)點(diǎn)。相較于傳統(tǒng)的熱殺菌技術(shù)，低溫等離子體技術(shù)在殺菌過程中具有安全、高效，以及產(chǎn)生的活性物質(zhì)能高效殺菌且不易殘留等特點(diǎn)[10]。低溫等離子體技術(shù)原理是原子、離子和自由基在電離作用下獲得能量變成激發(fā)態(tài)原子、離子和自由基，致使食品中微生物受到抑制或破壞，從而達(dá)到滅活酶和破壞微生物細(xì)胞的殺菌目的。在實(shí)際應(yīng)用中，低溫等離子體殺菌技術(shù)還存在工藝上和技術(shù)上的局限。由于低溫等離子體殺菌設(shè)備較為昂貴，在一定程度上增加了生產(chǎn)加工成本，限制了該技術(shù)推廣和發(fā)展。等離子體的較差穿透能力也使該技術(shù)在應(yīng)用上受到了一定的限制，同時(shí)電場(chǎng)、磁場(chǎng)、光場(chǎng)、電磁場(chǎng)也會(huì)影響低溫等離子體殺菌效果。該技術(shù)參數(shù)范圍很大、操作過程復(fù)雜。即使該技術(shù)存在以上不足，但等離子體技術(shù)仍可應(yīng)用于食品、包裝材料和設(shè)備以及種子、肥料、水和土壤等農(nóng)業(yè)資源的消毒[11]。相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)加工工藝技術(shù)問題將能得到解決，在食品加工領(lǐng)域，低溫等離子體殺菌技術(shù)將有更大的發(fā)展前景。

1.4 輻照殺菌技術(shù)

輻照殺菌技術(shù)是一種不需要加熱、成本低、操作簡(jiǎn)單、射線穿透能力相對(duì)較強(qiáng)以及均勻性好的新型殺菌技術(shù)。該技術(shù)常溫下在不破壞食品自身成分和外包裝的情況下，可殺死微生物，既避免了食品加工生產(chǎn)存在的交叉污染問題，又能夠更好地保留食品自身的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)成分，甚至還能夠在零度下的情況下對(duì)已凍結(jié)的食品進(jìn)行輻射殺菌，同時(shí)不留下任何殘留物質(zhì)。王少丹等[12]研究了青椒表面的食源性病原微生物的殺菌能力受到高能電子束輻照的影響，該研究使用新鮮現(xiàn)切的青椒作為實(shí)驗(yàn)材料，使用不同劑量的電子束單獨(dú)處理，并使用檸檬酸、酸化亞氯酸鈉分別結(jié)合1 kGy 能量的電子束處理后比對(duì)食源性病原微生物數(shù)量以及新鮮現(xiàn)切的青椒的生理品質(zhì)的變化。結(jié)果表明，酸化亞氯酸鈉結(jié)合1 kGy 能量的輻照處理能夠有效殺滅實(shí)驗(yàn)材料表面的病原性微生物，且實(shí)驗(yàn)食品的感官品質(zhì)沒有受到影響。也有研究者研究不同輻照劑量對(duì)大米中菌落總數(shù)、霉菌和酵母菌以及大腸桿菌的殺菌效果，結(jié)果表明隨著輻照劑量的增大，其對(duì)大米中微生物殺菌效果越好[13]。食品輻照殺菌技術(shù)具有很好的殺菌效果，在食品行業(yè)有著重要的地位和更廣闊的發(fā)展前景。

1.5 超高壓殺菌技術(shù)

超高壓殺菌技術(shù)在處理過程中采用液體介質(zhì)，易于實(shí)現(xiàn)均勻、低耗、瞬時(shí)消毒等效果。超高壓殺菌的原理是通過破壞微生物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，使微生物細(xì)胞發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的損傷，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外流導(dǎo)致了微生物死亡，同時(shí)高壓下由非共價(jià)鍵如氫鍵、離子鍵和疏水鍵三維結(jié)構(gòu)構(gòu)成的酶活性蛋白質(zhì)被破壞，酶活性受到到了抑制，從而導(dǎo)致酶喪失活性，以達(dá)到殺菌效果[14]。超高壓殺菌技術(shù)不僅能耗低、殺菌效果較好，而且能使食品的風(fēng)味品質(zhì)得到保證。在應(yīng)用方面，有學(xué)者利用超高壓對(duì)雙孢蘑菇的殺菌效果進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在400 MPa 作用2.5 min 即可將霉菌和酵母完全殺滅；300 MPa 作用2.5 min 可以完全殺滅雙孢蘑菇中的大腸菌群[15]；300 MPa、10 min 的作用下，鮮切雪蓮果片的菌落總數(shù)與對(duì)照實(shí)驗(yàn)相比減少了5 個(gè)對(duì)數(shù)值[16]。由此可知，超高壓滅菌是一個(gè)復(fù)雜的過程，不同的食品應(yīng)采用不同的殺菌參數(shù)。目前超高壓殺菌應(yīng)用于食品加工中，并逐步受到食品加工行業(yè)的關(guān)注。

1.6 超聲波殺菌技術(shù)

超聲波殺菌技術(shù)在食品加工領(lǐng)域是一種快捷、可靠、通用的綠色技術(shù)，不僅有助于保障食品安全，而且在提高產(chǎn)量和質(zhì)量方面有一定的優(yōu)勢(shì)。超聲波殺菌通常用于液體食品或以液體為介質(zhì)的食品，原理是超聲波設(shè)施產(chǎn)生的波在液體物質(zhì)中形成氣泡，超聲波能量增加，氣泡增加到一定程度會(huì)出現(xiàn)破裂并產(chǎn)生波能力，從而引起液體物質(zhì)快速升溫、壓力增大并生成自由基，在多種因素作用下，酶失活、細(xì)胞膜裂解導(dǎo)致細(xì)胞死亡，從而起到殺死細(xì)菌和保鮮的作用[17]。丘苑新等[18]用固定頻率的超聲波作用后經(jīng)60 Co 輻照對(duì)番茄醬進(jìn)行復(fù)合作用,通過二次旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用不同超聲波作用的時(shí)間、功率、輻照的劑量，以乳酸菌和細(xì)菌總數(shù)兩個(gè)微生物指標(biāo)來考察其復(fù)合殺菌能力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)超聲波功率為120 W、輻照劑量為7.05 kGy、作用時(shí)間為20.8 min 時(shí)，總細(xì)菌的滅菌效果能夠達(dá)到99%；當(dāng)超聲波功率為120 W、輻照劑量為7.11 kGy、作用時(shí)間為16 min 時(shí)乳酸桿菌的滅菌效果能到達(dá)到98%。經(jīng)過超聲波作用后的番茄醬可以在較低的輻照劑量下獲得顯著的殺菌效果，從而保證食品安全。因此，超聲波殺菌技術(shù)和其他殺菌技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于食品加工中會(huì)有更好的發(fā)展前景。

2 食品殺菌新技術(shù)應(yīng)用研究現(xiàn)狀

不同的殺菌技術(shù)針對(duì)不同類別的食品產(chǎn)品時(shí)滅菌效果不一，表1 列舉了高壓脈沖電場(chǎng)殺菌技術(shù)、微波輔助熱殺菌技術(shù)、低溫等離子體殺菌技術(shù)、輻照殺菌技術(shù)、超高壓殺菌技術(shù)和超聲波殺菌技術(shù)6種食品殺菌新技術(shù)目前的應(yīng)用研究效果。

表1 食品殺菌新技術(shù)在常見食品殺菌應(yīng)用研究效果

3 結(jié)語

隨著居民生活水平不斷提高，人們對(duì)于美好生活、高品質(zhì)消費(fèi)的需求逐漸提升，人們對(duì)食品安全、健康更為重視，各種食品殺菌新技術(shù)在食品工業(yè)中得到了一定程度的應(yīng)用。與以往食品殺菌技術(shù)相比，食品殺菌新技術(shù)不僅殺菌時(shí)間短、殺菌效果顯著，而且對(duì)食品本身營(yíng)養(yǎng)和品質(zhì)幾乎無影響，將會(huì)成為殺菌技術(shù)新的研究領(lǐng)域。目前有些滅菌技術(shù)設(shè)備成本高、生產(chǎn)加工工藝參數(shù)難控制，限制了新滅菌技術(shù)的廣泛應(yīng)用，相信隨著科學(xué)技術(shù)的提升，以及研究者對(duì)各殺菌新技術(shù)最優(yōu)殺菌參數(shù)以及不同滅菌技術(shù)對(duì)食品的殺菌機(jī)理和質(zhì)量影響機(jī)理的研究，新興食品殺菌將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。