肉制品高溫殺菌替代技術研究進展

魏婧　李晴　馬占強　王振宇

摘 要：肉及肉制品含有豐富的蛋白質、維生素、礦物質等多種營養成分，易使得微生物快速增殖導致縮短肉品貨架期。傳統熱殺菌技術雖能殺滅食物中的細菌和致病菌，但存在食物營養成分被破壞等負面影響。新型殺菌技術的應用越來越受關注，本文綜述輻照、超高壓、微波、冷等離子體、超聲波殺菌等其他技術的機制及在肉制品中應用效果，為肉制品高溫殺菌替代技術提供參考。

關鍵詞：高溫殺菌替代技術；肉制品；殺菌機制及應用

Research Progress on Non-High-Temperature Sterilization Technologies for Meat Products

WEI Jing1， LI Qing1， MA Zhanqiang1， WANG Zhenyu2，*

（1. Weifang Institute of Food Science and Technology， Weifang 261100， China;

2. Institute of Food Science and Technology， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100193， China）

Abstract： Meat and meat products are rich in various nutrients such as proteins， vitamins， and minerals， which can easily lead to rapid microbial growth and production and consequently shorten the shelf life of meat products. Although able to kill harmful or pathogenic bacteria in food， traditional thermal sterilization technology can produce negative effects such as the destruction of food nutrients. The application of new sterilization technologies has attracted more and more attention. This paper reviews the mechanisms and application of non-thermal sterilization technologies such as irradiation， ultra-high pressure， microwave， cold plasma， and ultrasonic sterilization to meat products. Hopefully， this review will provide a reference for the development of alternative technologies for high-temperature sterilization of meat products.

Keywords： non-high temperature sterilization technology; meat products; sterilization mechanism and application

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20230711-067

中圖分類號：TS251.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2023）09-0060-10

引文格式：

魏婧， 李晴， 馬占強， 等. 肉制品高溫殺菌替代技術研究進展[J]. 肉類研究， 2023， 37（9）： 60-69. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20230711-067.? ? http：//www.rlyj.net.cn

WEI Jing， LI Qing， MA Zhanqiang， et al. Research progress on non-high-temperature sterilization technologies for meat products[J]. Meat Research， 2023， 37（9）： 60-69. （in Chinese with English abstract） DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20230711-067.

http：//www.rlyj.net.cn

目前，肉制品在我國已有3 000多年的發展歷史，占世界肉制品總產量的1/3，長久以來穩居世界首位，擁有全世界最具潛力、增長快速的肉類市場，且種類繁多。肉及肉制品營養價值高，含有豐富的蛋白質、維生素、礦物質等多種元素，是滿足人體機能需求的能量來源。肉品雖然營養豐富，但生鮮肉、熟肉制品在生產、加工、運輸等環節極易受到微生物的污染，從而引發食品安全問題[1-3]。如何延長貨架期并保證肉制品品質，不受致病微生物和腐敗菌的污染，是肉類科學一直研究的重點和難點[4]。目前，國內肉制品滅菌技術還局限于低溫殺菌、高溫殺菌等傳統熱殺菌技術，雖能消滅食品中的致病菌，保證食品安全，但是食物自身營養成分、感官品質等方面都會受到不良影響，從而不能夠滿足消費者對食品營養與美味的需求。近年來國內外高溫殺菌替代技術即新型殺菌技術的應用獲得了越來越多的關注，這些技術能更好地保持食品品質及營養特性，同時對外界環境影響較小，能有效殺滅腐敗菌延長保質期。本文主要介紹輻照、超高壓、冷等離子體、微波、超聲波新型殺菌技術及其他控菌技術的機制，同時舉例各技術在肉制品領域的應用效果，從而推進我國在肉制品高溫殺菌替代技術方面的產業示范。表1比較了不同代表性殺菌技術的優缺點。

1 輻照技術

1.1 輻照技術及殺菌機制

輻照技術是輻射源產生的一定劑量的電離射線對包裝食品進行輻射，射線能量使微生物細胞核內DNA被破壞進而導致微生物死亡，可進行延遲食物的生理過程（抑制發芽和推遲成熟），或對食物殺蟲、滅菌等處理，從而達到貯藏保鮮。常用于食品的輻照源包括γ射線（由60Co和137Cs產生）、X射線（5 MeV以下）、電子束（由電子加速器產生）[13-14]。針對各種完整包裝食品，一般利用穿透力最強的γ射線殺菌，而一些小包裝或冷凍包裝食品殺菌，會利用穿透能力相對較弱的電子束。

輻照殺菌在對食品照射過程中是通過兩種作用來殺滅微生物（圖1）：一是直接作用，指微生物細胞間質受高能電子射線（如X射線、Y射線等）照射后發生電離及化學作用，改變其生物化學性質，破壞結構；二是間接作用，指水分在輻射和發生電離作用下，產生各種如H3O＋、OH—、H＋游離基、H2O2（過氧化氫）等帶電物質，再與胞內其他物質作用來破壞微生物結構。在以上直接和間接作用影響下，最終微生物細胞內生命活動停止而死亡[15]。

1.2 輻照技術在部分肉制品中的效果體現

20世紀50年代，英國、美國科學家就已經通過輻照殺菌技術對生鮮畜肉、禽肉、水產品等保質期、腐敗變質進行大量研究[16]。熟畜禽肉類、冷凍包裝畜禽肉類作為我國已批準的輻照食品品類，安全方面備受關注。我國現行GB 14891.1至GB 14891.8系列標準，允許熟畜禽肉類（熟豬肉、熟牛肉、熟羊肉、熟兔肉、鹽水鴨、烤鴨、燒雞、扒雞等）輻照劑量為≤8 kGy、豬肉輻照劑量≤0.65 kGy、冷凍包裝畜禽肉類輻照劑量≤2.5 kGy[17]，而早在1980年聯合國糧農組織（Food and Agriculture Organization，FAO）、國際原子能機構（International Atomic Energy Agency，IAEA）和世界衛生組織（World Health Organization，WHO）聯合組成專家委員會對輻照食品安全性進行全面調查后得出：輻射總平均劑量10 kGy的任何食品，不需做毒理學實驗，無特殊營養和微生物危害。Munir等[18]根據相關毒理學研究表明，在一定輻照劑量下，輻照食品不會產生放射性物質和有毒物質，即引起食品組成的變化不會對人體健康造成危害。由于輻照來源不同，對肉制品中微生物生長的作用不同[19]，目前輻照殺菌技術在燒雞、烤鴨、醬鴨、鹽水鵝等中應用較多。彭玲等[20]發現醬鹵雞爪經殺菌效果明顯，60Co γ射線、4.09 kGy劑量輻照處理對產品水分含量和蛋白質含量影響不顯著。張潔潔等[21]研究60Co γ射線輻照殺菌對十珍鴨貨架期的影響，發現6 kGy輻照處理可以保證產品90 d內微生物不超標，且理化指標、營養指標無顯著變化。然而，過高劑量輻照會對食物的脂質和蛋白質產生顯著不良影響，但借助包裝材料、包裝形式、貯藏溫度、食品添加劑等方面措施，也能夠抑制因輻照而導致的肉品劣變。表2所示為輻照技術對部分肉制品的作用效果。

2 超高壓技術

2.1 超高壓技術及殺菌機制

食品原料包裝后，置于流體介質中（如水作為媒介物）裝入超高壓容器中密封，利用100 MPa以上的壓力，在低溫或常溫下，改變食品中生物高分子物質如酶、蛋白質、淀粉等特性，使其分子失活、變性、糊化，并且可以改變微生物的細胞形態、細胞壁的生物聚合物和非共價鍵，抑制酶活性來殺滅細菌和其他微生物[27-28]，從而達到食品滅菌保藏和加工的目的，這種技術為超高壓技術。目前在替代高溫加工殺菌技術領域中，此技術商業化程度較高[29]。對于加工后保存的食品，高壓處理與傳統的熱加工相比，能夠更好地保留食品特性，主要是感官特性、營養價值，同時抑制微生物生長，從而提高安全性和延長保質期[30-31]。超高壓處理對微生物細胞的影響如圖2所示。

2.2 超高壓技術在部分肉制品中的作用效果

肉制品作為我國消費食品一大主流，食用安全性、口感、色澤備受關注。利用超高壓技術處理肉制品，肉制品營養價值、成品色澤、保水程度等顯著增強[33]。目前日本、美國、法國等已經通過大量研究將高壓技術成果應用到食品加工的商業化生產中[34]，此技術在我國肉類工業中的應用正在進行。肉品的主要風味來源于蛋白質水解產物肽和氨基酸，高溫對熱敏性風味物質作用導致產品出現高溫蒸煮味而發生劣變。研究顯示，超高壓處理能促進蛋白質水解，不僅能促使肉類風味物質的增加，也能夠使呈味物質種類和含量增加，這樣肉制品整體風味品質提高[35]。此外，經高壓技術處理食品后，食品中的細菌細胞結構受損（如細胞壁、細胞膜通透性破壞），細胞質流失，同時抑制酶的活性和DNA等遺傳物質的復制，破壞蛋白質氫鍵、二硫鍵和離子鍵的結合，最終造成微生物的死亡而達到滅菌的效果[36-37]。張建[38]利用超高壓對烤乳豬進行處理，隨處理時間的延長烤乳豬中的菌落總數得到有效控制。超高壓處理還能對肉品品質起到提升作用，邱春強等[39]研究顯示，壓力300～400 MPa、保壓時間20 min時，雞肉自身蛋白質凝膠性增強，口感有嚼勁，肉質達到最佳。表3總結了超高壓技術對部分肉制品的作用效果。

3 微波技術

3.1 微波技術及殺菌機制

微波是指頻率在300 MHz～300 GHz之間的電磁波，基本性質通常呈現為穿透、反射、吸收 3個特性。20世紀40年代，微波能就作為應用科學而誕生，到了20世紀70年代時，我國開始展開對微波技術的研究與開發，涉及多種領域并已被廣泛應用（冶金、化工、食品加工）[44]。

食品工業中所用的微波頻率較多使用915 MHz（食品加工）和2 450 MHz（微波爐）[45]。微波殺菌作用分熱效應和非熱效應[46]，機理主要是食品中的蛋白質、活性物質在兩種效應的協同作用下被破壞，使微生物生長變異直到完全死亡。熱效應是在微波場中，食品內的極性分子（蛋白質、脂肪、碳水化合物、水等）定向排列，且發生劇烈振動或翻轉，分子之間相互摩擦，產生大量的熱量導致食品內部溫度上升，微生物蛋白質、核酸等大分子就會變性或失活。另外，非熱效應是微波的介電感應生物效應，能夠影響細胞膜周圍電子和離子濃度，細胞膜通透性被改變，高頻電場引起的遺傳基因（RNA和DNA）在高頻電場的作用下發生基因突變或染色體畸變，甚至斷裂。以上都會對導致微生物被破壞，達到殺菌作用。

3.2 微波技術在部分肉制品中的效果體現

微波殺菌是新型殺菌技術中的一種，可應用于粉狀、膏狀、液態和固體狀等多種狀態下的食品體系中。微波滅菌在肉制品加工中應用廣泛，具有節省滅菌時長、設備體積占用車間空間小、便于連續化生產、操作簡便等特點。同時微波殺菌可通過改變滅菌時間、微波功率等因素來控制肉制品中心溫度，從而使產品營養風味最大程度保留且達到理想的殺菌效果。潘志海等[47]研究微波在即食小龍蝦中的應用發現微波能夠快速穿透小龍蝦甲殼，使其整體加速升溫，利用微波的高溫短時殺菌來保持小龍蝦品質且常溫下延長保質期至6 個月。市售扒雞多以散裝為主，但因貨架期短易腐敗變質，席益民等[48]利用氣調包裝德州扒雞結合微波殺菌實驗表明，保質期在冷藏條件下能夠延長到30 d，菌落總數在30 000 CFU/g以內，同時不會影響扒雞品質（表4）。

4 冷等離子技術

4.1 冷等離子技術及殺菌機制

等離子體是由任何氣體在高電壓或其他形式能量激發下產生的一種部分或完全電離的氣體，通常被稱為物質的第4種狀態，組分包括正負離子，自由電子，含有活性氧、活性氮等活性粒子以及未激發的分子、原子、紫外線光子等[53-54]。

冷等離子體是一類溫度接近室溫（30～60 ℃）的等離子體[55]。其產生過程分為兩個階段：第1階段為電子碰撞階段，指電、熱、電磁波給予電子能量后，發生振動、激發、解離、電離、俘獲；第2階段為重粒子碰撞階段，指粒子（如氮氣、氧氣）與電子發生碰撞，產生臭氧、羥自由基和氮氧化物類等活性物質[56]?，F階段，冷等離子體處理的形式多樣，除等離子設備直接處理外，還可以通過等離子體活化溶液進行間接處理，如等離子體活化水[57]、等離子體活化乳酸[58]等，也可以同其他技術聯用，效果更佳[59]。在食品應用中，包括直接處理、活化植物勻漿、活化植物蛋白溶液等形式，活性粒子在氣相、液相和作用于食品也會發生復雜的傳質和轉化[60]。冷等離子體中帶電粒子和活性物質都具有殺滅多種腐敗微生物的作用，但氣體中氧氣、氮氣被冷等離子體激發時，形成的含氧和含氮自由基具有高氧化活性，在肉制品品質會產生一定影響，程度與處理樣品種類、處理條件等相關[61]。

4.2 冷等離子體技術在部分肉制品中的效果體現

從20世紀60年代至今，等離子體在食品領域中的應用表明，它具有良好殺菌效果。冷等離子體的放電系統有介質阻擋放電（dielectric barrier discharge，DBD）、電暈放電、輝光放電、高頻放電、大氣壓等離子體射流（atmospheric pressure plasma jet，APPJ）等[66]，在肉類加工中最常見的冷等離子體放電系統是DBD和APPJ[67]。黃現青等[68]使用1 個標準大氣壓的低溫等離子體處理，在第3天醬鹵鴨腿中的菌落數超過了醬鹵肉制品的國家標準規定限值4.90 CFU/g，殺菌效果最好，延緩醬鹵鴨腿腐敗變質，延長保質期，同時保證了醬鹵鴨腿的品質。郭依萍等[69]探究氣調包裝（modified atmosphere packaging，MAP）協同冷等離子體處理對獅子頭品質及貨架期的影響發現，初始微生物數量降低0.70～1.56（lg（CFU/g）），經處理后獅子頭中揮發性有機化合物增加（庚醇、1-己醇、1-丙醇、2-癸酮及壬酸等），保持了獅子頭的品質，且延長保質期。冷等離子技術對部分肉制品的作用效果如表5所示。

5 超聲波技術

5.1 超聲波技術及殺菌機制

超聲波是一種將電能轉化為機械能的機械波，其傳播速度受介質性質影響，一般分為空化效應、機械效應和熱效應，在食品生產、食品改性和食品分析等方面被廣泛應用[74-75]。聲空化效應是指超聲波在液體介質傳播時，介質中存在的空隙和小泡發生共振現象，而后在聲波的稀疏和壓縮階段發生脹大、收縮到最后湮滅，此過程能產生上千度的高溫和數百至數千個大氣壓的高壓[76]。此時，水分子氧化分解生成高活性的自由基即OH—和H＋，分子的聲分解及溶劑、溶質結構發生改變[77]，微生物引起的腐敗變質得到控制[78]。機械效應則是超聲波在介質中連續傳播且振動頻率高，使得介質質點在波面上劇烈運動獲得巨大加速度及能量，對介質結構產生破壞作用[79-80]。同時，超聲波在介質傳播機械振動過程中由摩擦生熱、對外部能量的吸收、空化氣泡爆破產生的高溫等是產生熱效應的主要原因[81]。這3 種效應也是導致微生物細胞膜完全破裂直至失活死亡的主要原因[82]。此外，超聲波會使食品組織結構受到一定破壞，加速介質快速滲透到食品原料內部。相對于其他食品加工方式，超聲波具備簡單、殺菌速度快、對人和物無傷害、安全性高等優勢。

5.2 超聲波技術對在部分肉制品中的效果體現

超聲波輔助加工可提高熱傳導率，較傳統熱加工能夠縮短加工時間，在可改善產品蒸煮損失、肉色得到保持、風味保留良好等方面發揮重要作用。研究表明，超聲波技術在肉制品熱加工（煎炸、蒸煮）過程中可通過促進自由基產生、改變肉品微觀結構等，從而對感官特性產生影響。Wang Yan等[83]在超聲波輔助油炸肉丸研究中發現能夠提高產品得率，感官評價結果優于未經超聲處理的樣品。由于超聲波作用能夠提供連續不斷的能量，熱加工中輔以超聲波處理在提高肉制品揮發性化合物種類和含量的同時，可使微生物細胞結構受到破壞，導致微生物數量極大降低，從而延緩貯藏期脂質氧化進程，延長產品貨架期。張磊等[84]研究超聲波殺菌對小包裝鹵牛肉微生物的影響發現，超聲波處理時間為15～20 min時，菌落數下降較快，說明此時超聲波提供的能量迅速殺死大量微生物，而延長至35 min時，菌落數趨于平緩，原因是處理時間到一定程度，空化效應作用達到飽和。超聲波技術對部分肉制品的作用效果見表6。

6 其他技術

食品工業新型殺菌涉及到物理學、電子學、化學、微生物學和工程技術等多個學科，是典型的交叉學科。除上述替代傳統熱殺菌技術外，如利用電解水、高密度二氧化碳、紫外照射、脈沖光照射、高壓脈沖電場等新型殺菌新技術在食品中的應用研究范圍比較廣泛，不僅在肉制品中得以應用，在果蔬、谷物、乳蛋制品、水產品等其他領域也被廣泛研究使用[89-93]。除此之外，早在1976年由德國肉類研究中心微生物和毒理學研究所所長Leistner首次提出的一套食品加工過程中采用不同防腐技術來抑制微生物產毒，阻止腐敗菌、致病菌生長，達到延長保質期的抑菌技術——柵欄因子理論。通常利用不同柵欄因子作用于各殺菌技術來發揮協同作用，

對食物中微生物細胞進行逐一破壞，改變微生物內部系統的穩定性。其中，柵欄因子包括溫度處理（T，高溫、低溫冷藏）、酸度（pH值）、降低氧化還原電位（Eh）、防腐劑（Pres，乳酸鏈球菌、山梨酸鉀等）、水分活度（高水分活度、低水分活度）、壓力（P，高壓、低壓）、包裝（真空包裝、無菌包裝、涂膜包裝等）、競爭性菌群（乳酸菌等有益菌固態發酵法等）等。不同技術對部分肉制品的效果見表7。各技術在肉制品應用中的規律還有待探究，尤其是結合現

代技術多重作用是未來肉制品溫和保鮮技術發展的一大方向。

7 結 語

我國正處于經濟發展模式轉型和戰略性結構改變過程中，針對以往傳統殺菌技術的應用局限性，新型殺菌技術便成為食品加工領域的一大熱點，新型殺菌技術是在保持食品感官品質、營養特性的前提下殺菌保鮮、延長保質期的技術，其在加工工藝方面如原料冷凍解凍、處理干燥、保水賦味腌制、降低食品致敏性等方面也顯示出獨特優勢[87-91]。

肉及肉制品的殺菌是食品研究面臨的一大挑戰，這些新型殺菌技術不僅能使腐敗微生物被殺滅、延長肉制品貨架期，還能保持肉類風味，為肉類加工行業的發展提供保障，在實際生產中具有一定的推廣價值，可滿足中小企業提高產品質量的需求。但目前有些技術仍然處于實驗研究階段，作用機制尚且研究不深，甚至存在一些負面影響，如投資昂貴（高壓脈沖電場技術等）、食品法律法規不健全等，不適用于商業化生產。未來研究新型殺菌技術，可從確定不同殺菌技術對不同肉類殺菌的參數條件、殺菌機理和品質影響作用、相關殺菌設備，以及結合其他技術（減菌、抗菌等）發揮協同作用等方面出發，同時結合現有理論基礎系統、深入研究并應用推廣，注重深度挖掘、開拓創新，推進殺菌技術在肉及肉制品加工中的轉化和應用，增強我國肉及肉制品加工產業的國際競爭力。

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收稿日期：2023-07-11

基金項目：濰坊食品科學與加工技術研究院財政基金科研專項（WFIFST-2022-02）

第一作者簡介：魏婧（1989—）（ORCID： 0009-0008-6765-6975），女，碩士研究生，研究方向為農產品加工。

E-mail： 15846542848@163.com

*通信作者簡介：王振宇（1981—）（ORCID： 0000-0003-4478-1710），男，研究員，博士，研究方向為農產品加工。

E-mail： wangzhenyu@caas.cn