殺菌技術及其應用

1、殺菌技術及其應用摘要： 殺菌技術在食品工業(yè)中有及其重要的地位，殺菌技術也在不斷的改進當中。食品保鮮加工的目的之一是延長其保質(zhì)期。食品變質(zhì)會造成巨大的經(jīng)濟損失，并對消費者的身體健康等造成傷害。所以殺菌成為食品加工中的必需工序?？傊?，殺菌是食品加工過程中一個重要操作單元，殺菌效果的好壞直接影響著食品的品質(zhì)，關乎人類生存和健康。本文介紹了傳統(tǒng)的殺菌技術和新型的一些殺菌技術，包括熱殺菌非熱 殺菌技術，以及其原理和應用。關鍵詞：殺菌技術；傳統(tǒng)殺菌；新型殺菌；熱殺菌；非熱殺菌；原理應用Abstract： Sterilization technology in the food industry and i

2、ts important position, sterilization technology is also constantly improve them. One of the purposes of food preservation is to extend its shelf life. Food spoilage can cause huge economic losses and harm the health of consumers. Sterilization becomes a necessary step in food processing. In short, t

3、he sterilization process is an important food processing unit, the sterilization effect of a direct impact on the quality of food, about human survival and health. This paper describes the traditional sterilization technology and some of the new sterilization techniques, including non-thermal steril

4、ization heat sterilization technology, as well as its principles and applications.Keywords： Sterilization technology; traditional sterilization; new sterilization; heat sterilization; non-thermal sterilization; principle application隨著國家對食品安全的重視及HCCP的引入1，以及消費者對食品質(zhì)量要求越來越高，食品殺菌技術越來越重要，要求殺菌前后，對食品的安全及色、香

5、、味盡可能得小。因而對殺菌技術得要求越來越嚴格。殺菌技術通常分為：熱殺菌和非熱殺菌。熱殺菌又可大致分為：新型熱殺菌和傳統(tǒng)熱殺菌技術；非熱殺菌亦可分為：化學殺菌和物理殺菌。隨著科學技術的進步，各種殺菌技術都在原有的基礎上進行了很大的改進。1 熱殺菌技術加熱殺菌是食品工業(yè)中最常用的方法, 以熱水、 火、 水蒸氣等作為加熱源對食品進行直接或間接加熱。制造者把食品中最耐熱的微生物的熱特性值及加熱進程曲線作為殺菌條件。1.1 傳統(tǒng)熱殺菌技術傳統(tǒng)熱殺菌技術在食品工業(yè)中已被廣泛應用，它能夠殺死各種微生物，而且殺菌程度可以準確控制，是一種有效的殺菌方式。2 本質(zhì)是依靠燃燒燃料或電阻加熱在食品外部提供熱能，通過

6、傳導和對流將熱能轉移到食品內(nèi)部，從而達到殺菌和鈍化酶的目的。其優(yōu)點是可準確控制溫度，其缺點是影響食品的色澤、風味、營養(yǎng)等。1.1.1 巴 氏殺菌巴氏殺菌指能夠殺死食品中幾乎所有的病原菌的熱處理強度。熱處理程度視目標產(chǎn)品中對象菌的耐熱性而定2 。巴氏殺菌的對象一般為：原乳、特濃豆奶、啤酒，果汁、罐裝蟹肉等?？?- 乳球蛋白變性率和糠氨酸含量是國際奶業(yè)普遍用來評估奶和奶制品品質(zhì)的2 個重要指標，與其他滅菌方式比較，巴氏殺菌乳中這2 個指標均為最低。巴氏殺菌乳在冷藏條件下 （10 ）貨架期一般為10 d ，其風味、營養(yǎng)價值和其他性質(zhì)與新鮮原料乳差異很小。1.1.2 滅 菌滅菌指能夠殺死食品中包括芽孢

7、在內(nèi)的幾乎全部微生物的熱處理強度。滅菌處理的強度比巴氏殺菌高。它的優(yōu)點是：殺死包括芽孢的微生物，滅活全部活性酶。但其缺點是：維生素含量降低，乳蛋白變化，產(chǎn)生美拉德反應或者賴氨酸含量降低。1.2 新型熱殺菌技術在熱力對食品品質(zhì)的影響程度限制在最小條件下，迅速而有效地殺死存在于食品物料中的有害微生物，達到產(chǎn)品指標的要求。新型熱殺菌技術的優(yōu)點：節(jié)能，高效，安全，經(jīng)濟，保持原有色香味。其主要包括：超高溫殺菌、微波殺菌、歐姆殺菌。1.1.3 超 高溫殺菌超高溫殺菌指加熱溫度為135150 ，加熱時間為28 s，加熱后產(chǎn)品達到商業(yè)無菌要求的殺菌過程。這一殺菌條件相對低酸性食品常規(guī)殺菌中采用的100135

8、高出 2040 ，因此稱為超高溫殺菌。大量實驗表明，微生物對高溫的敏感性遠大于多數(shù)食品成分對高溫的敏感性，故UHT 能在很短時間內(nèi)有效地殺死微生物，并較好地保持食品應有的品質(zhì)，大大延長食品的貨架期。因而目前廣泛應用于乳品、飲料和發(fā)酵等行業(yè)。要達到殺菌要求，同時食品不受到熱損害，其技術關鍵是快速加熱和快速冷卻，最常用的換熱設備是板式換熱器。按照物料與加熱介質(zhì)直接接觸與否，UHT 過程可分為間接式加熱法和直接混合式加熱法。經(jīng)過 UHT的食品達到了商業(yè)滅菌要求，必須采用無菌包裝以防止在后續(xù)的包裝、運輸和銷售過程中受到微生物的污染。但通常的UHT 設備只適用于不含顆粒的物料或所含顆粒的粒度小于1 cm

9、物料的加熱殺菌。對顆粒度大于1 cm 的物料，目前可用微波殺菌和歐姆殺菌來實現(xiàn)。微生物對高溫的敏感性大于食品成分。超高溫殺菌技術的關鍵：快速加熱和快速冷卻，利用板式換熱器。王晶峰等3 人基于計算流體力學技術對橙汁超高溫瞬時滅菌工藝進行了優(yōu)化，滅菌工藝為 135 （408 K） ， 13 s ，且在該條件下單位橙汁的滅菌機械能耗最低。1.1.4 微 波殺菌微波是指頻率為300 MHz300 GHz，即波長為1 m1 mm 的超高頻電磁波。微波殺菌是熱效應和非熱效應的共同結果。一方面微波穿透介質(zhì)，極性分子受交變電場作用而取向運動，摩擦生熱，產(chǎn)生熱效應。另一方面生物體與微波作用會產(chǎn)生復雜的生物效應，

10、即非熱效應，如微波電場改變細胞膜斷面電子分布，使其通透性改變；引起蛋白質(zhì)變性；改變生理生化反應的活化能；誘發(fā)各種離子基團，使微生物的生理活性物質(zhì)發(fā)生改變；導致DNA 和 RNA結構中氫鍵的松弛、斷裂和重新組合，誘發(fā)一些基因突變，中斷細胞的正常生理功能4 。微波加熱設備主要由直流電源、磁控管、加熱器、控制器和冷卻系統(tǒng)組成，可應用于肉制品、禽制品、水產(chǎn)品、果蔬、罐頭、奶制品、農(nóng)作物、布丁和面包等一系列產(chǎn)品。戚彪等人5 對鹵豬肝的殺菌方式比較發(fā)現(xiàn)，在表面溫度達到70 時，微波殺菌的效果與高溫殺菌接近，但品質(zhì)變化較小。1.1.5 歐 姆殺菌歐姆殺菌是利用電極，將電流直接導入食品，由食品本身介電性質(zhì)所產(chǎn)

11、生的熱量達到直接殺菌的目的。歐姆殺菌技術適于處理黏度較高的液體物料，并可以含有一些顆粒的物料，如肉湯、布丁的商業(yè)化無菌處理。采用歐姆加熱，使顆粒的加熱速率與液體的加熱速率相接近成為可能，并可獲得比常規(guī)方法更快的顆粒加熱速率( 12 /s ) ， 因而可縮短加工時間，得到高品質(zhì)產(chǎn)品。歐姆殺菌裝置系統(tǒng)主要由泵、柱式歐姆加熱器、保溫管、 控制儀表等組成，其中最重要的部分是柱式歐姆加熱器。加熱高酸制品時，反 壓 維 持 在 0.2 MPa，殺菌溫度達 9095 ，加熱低酸食品時反壓維持在0.4 MPa ，殺菌溫度達120140 。實驗室研究用的歐姆加熱器為5 k W ， 50 kg/h 。目前，英國A

12、PV Baker 公司已制造出工業(yè)化模的歐姆加熱設備，可使高溫瞬時技術應用于含顆粒(粒徑高達25 mm) 食品的加工。2 非熱殺菌技術非熱殺菌技術是指采用非加熱的方法殺滅食品中有害和致病的微生物，使殺菌對象達到特定殺菌程度要求的殺菌技術。食品的非熱殺菌主要包括物理殺菌和化學殺菌，物理殺菌包括輻照殺菌、高靜壓殺菌、脈沖電場殺菌、高密度二氧化碳殺菌、超聲波殺菌、紫外線殺菌、脈沖光殺菌、脈沖X 射線殺菌等，化學殺菌包括臭氧殺菌、生物防腐劑等。這里介紹在食品工業(yè)中研究和應用較多的5 種新技術。2.1 化學殺菌化學殺菌法是指用化學藥品直接作用于微生物而將其殺死的方法。2.1.1 臭 氧殺菌臭氧具廣譜抗菌

13、特性，對細菌營養(yǎng)細胞、芽孢、病毒、真菌均有高效殺滅作用。2001 年FDA 將臭氧列入可直接與食品接觸的添加劑范圍，這是臭氧殺菌技術發(fā)展的里程碑，在食品原料清洗、果蔬保鮮和畜產(chǎn)品加工中應用越來越多。臭氧的作用機理是首先作用于細胞膜，使膜構成成分受損傷而導致新陳代謝障礙，臭氧繼續(xù)滲透穿過膜而破壞膜內(nèi)脂蛋白和脂多糖，改變細胞的通透性，導致細胞溶解、死亡；同時，臭氧還能使細胞活動所必要的酶失去活性，而影響其正常的生理功能。臭氧殺菌時除可直接利用臭氧氣體對物質(zhì)進行處理外，還可將其溶解于水，形成臭氧水進行殺菌。臭氧水殺菌作用有些不同，其氧化反應有2 種，微生物菌體既與溶解于水中的臭氧直接反應，又與臭氧分

14、解生成的羥基間接反應，由于羥基為極具氧化性的氧化劑，因此臭氧水的殺菌速度極快6。2.1.2 生 物防腐劑生物防腐劑指從生物體通過生物培養(yǎng)、提取和分離技術獲得的, 具有抑制和殺滅微生物作用的一類高效防腐劑。食品的營養(yǎng)豐富，極易受微生物污染而腐敗變質(zhì)，為了保證食品的食用安全性，人們采用了許多方法來保藏食品，如鹽漬、罐藏、冷藏等。但在一定條件下，配合使用防腐劑作為保藏的輔助手段對防止食品的腐敗有顯著的效果，因此防腐劑依為重要的食品添加劑之一，在食品工業(yè)中被廣泛使用。2.2 物理殺菌是指利用物理因素殺滅或消除病原微生物及其他有害微生物的方法。2.1.3 輻 照殺菌輻照殺菌是指利用電磁射線、加速電子照射

15、被殺菌的物料從而殺死微生物的一種殺菌技術。用于殺菌的輻照可分為電離輻照（如 射線、加速電子）與非電離輻照（如紫外線、紅外線和微波）。食品輻照殺菌根據(jù)所要達到的目的及所需的劑量，可分為輻照耐貯殺菌、輻照巴氏殺菌和輻照阿氏殺菌。相對于其他殺菌技術，輻照殺菌有著自己的優(yōu)越性。適宜的劑量下，物料的溫度在輻照處理過程中升高很??；輻照均勻、快速、易控制；物料也在有包裝的情況下進行殺菌；輻照處理后不會留下任何殘留物。同時它也有弱點，如需要專門的輻射源，設備投資大；射線對人體有影響，因此需要十分注意操作人員的防護措施；輻照的滅酶效果不好等。王娟娟等人7 使用 60Co- 射線輻照來延長蛋糕的保質(zhì)期，結果表明隨

16、著輻照劑量的增加，微生物的存活率減小。蛋糕經(jīng)1 k Gy 劑量輻照，可殺死100%的霉菌和大腸菌群，菌落總數(shù)也降低至5.6%，常溫下貯存90 d 后，蛋糕未產(chǎn)生任何霉變現(xiàn)象，且13 k Gy劑量輻照不會改變蛋糕的感官品質(zhì)。2.2.2 高靜壓殺菌高靜壓殺菌技術（High hydrostatic pressue process-ing ， HHP）是將1001 000 MPa的靜態(tài)液體壓力施加于液態(tài)或固態(tài)食品、生物制品等物料上并保持幾秒鐘到幾十分鐘，起到殺菌、破壞酶及改善物料結構和特性的作用。高靜壓殺菌具有一些優(yōu)點：它能在常溫或常溫附近的溫度下達到殺菌滅酶的作用，而且其對大分子的修飾使得它可能對制

17、品的質(zhì)構等品質(zhì)因素有一定的改善作用；HHP過程的傳壓速度快、均勻，只要制品本身不具備很大的壓縮性，不會影響制品的外觀形態(tài)。高靜壓殺菌效果也受諸多因素的影響，包括微生物的種類和生長期培養(yǎng)條件、壓力大小和加壓時間、施壓方式、處理溫度、p H 值、介質(zhì)成分及水分活度等。目前，HHP 在果蔬制品、肉制品、水產(chǎn)品、乳制品、酒類的殺菌上都有應用。王寅等人8 采用HHP 處理藍莓汁，結果表明超高壓處理殺菌效果顯著，400 MPa 處理 10 min 已無菌落檢出；且高壓處理對藍莓汁色澤、還原糖、可溶性固形物的影響較小，藍莓汁中的花青素和VC 含量在高壓處理后保留率達90%以上，而總酸和總酚含量略有下降。尹林

18、清等人9 發(fā)現(xiàn)超高壓處理對保持果蔬的質(zhì)構、色澤等理化指標比熱燙好，有望用超高壓技術代替熱燙來進行果蔬的處理和生產(chǎn)。2.2.3 高 壓脈沖電場殺菌高電壓 （ 15100 kV/cm） 脈沖作用于電極間的食品，常溫下進行，作用時間短（ <1 s ） ，以殺滅食品中的微生物的一種新型殺菌技術。原理：跨電膜理論、介電破壞理論、電穿孔理論和空穴理論。高壓脈沖電場殺菌技術利用高電壓脈沖作用于物料，食品中微生物的細胞膜在強電場作用下被電擊穿，產(chǎn)生不可修復的穿孔或破裂，使細胞組織受損，導致微生物失活10。高壓脈沖電場殺菌的處理過程在室溫、低于室溫或稍微高于室溫的條件下進行，由于作用時間非常短（ 小于 1

19、 s） ，物料的溫度仍在常溫范圍內(nèi)，非常適合熱敏性的食品殺菌，目前主要用于液態(tài)食品物料的巴氏殺菌11 。脈沖電場能有效殺滅細菌，但不會同時殺滅孢子，常適合脈沖電場技術12 。 電場強度、脈沖特性、處理時間、溫度、 果蔬汁和微生物的種類等，均可影響脈沖電場對果汁的殺菌效果13。2.2.4 高 密度二氧化碳殺菌高密度 CO2 殺菌技術是指在100MPa 以下壓力、在常溫或較低的溫度下，通過酸化（化學作用 ） 、脹破力 （ 機械作用 ） 和其他未知原理的作用殺死微生物，同時使食品中的酶、蛋白質(zhì)等生物大分子變性達到滅菌保鮮目的。同樣食品的天然味道、風味和營養(yǎng)價值不受或很少受影響、低能耗、無毒素產(chǎn)生的一

20、種加工方法。既能有效殺滅食品中微生物，保證食品貯藏安全，又能最好保證食品中原有營養(yǎng)和天然風味特色的食品保鮮加工替代技術，成為食品工業(yè)科技的前沿和重大課題。 “冷殺菌”技術成為替代首選。由于熱力殺菌存在難以克服弊端以及食品保鮮加工的迫切需要， “冷殺菌”（ 又稱非熱殺菌） 技術得到飛速發(fā)展。高密度CO2殺菌，加工產(chǎn)品的品質(zhì)優(yōu)良，為典型的“冷殺菌” 。高密度CO2 有效殺菌壓力在3MPa 至 70MPa。此外，成本低、節(jié)約能源、安全無毒、節(jié)省空間、連續(xù)生產(chǎn)、無噪音等優(yōu)點鮮明。高密度CO2 殺菌設備成本低，工業(yè)化投資成本大大降低。技術成熟后，將是最有希望大規(guī)模工業(yè)化應用的" 冷殺菌 &qu

21、ot; 技術 14。2.2.6 紫外線殺菌紫外線照射是一種傳統(tǒng)且有效的非熱殺菌方法，對于紫外線的殺菌機理一般認為其殺菌作用主要作用于微生物的核酸，導致其破壞，同時對蛋白質(zhì)、酶也有一定的作用15。紫外線波長范圍是從100 400 nm，其中只有200 280nm 段為殺菌范圍，具有殺菌能力，波長為 253 7 nm 的紫外線殺菌能力最強。因紫外線穿透力弱，適用于對空氣、水、薄層流體制品及包裝容器表面的殺菌。紫外線對不同微生物的殺滅時間有所不同。照射時間為6 min時紫外線對大腸桿菌的去除率為100% ; 照射時間為12 min 時，對微球菌的殺滅率達到100% ; 照射時間為16 min 時，對

22、芽孢桿菌一類高抗性的細菌殺滅率達100%16。近年來，隨著強力紫外線燈的開發(fā)，紫外線殺菌的應用范圍越來越廣，在肉制品工業(yè)、鮮切蔬菜保鮮方面亦有廣泛應用15。2.2.7 超高壓殺菌超高壓技術（High Hydrostatic Pressure , HHP ）是將食品物料放入液體介質(zhì)（如水、甘油等）中，在一定的溫度下加壓（一般在1001000MPa 范圍內(nèi)）處理適宜時間。超高壓只作用于對生物大分子立體結構有貢獻的氫鍵、離子鍵和疏水鍵等非共價鍵，使基本物性變異，同時還具有一定的殺菌功效，而食品物料的風味及營養(yǎng)基本不受影響。3 總結與展望現(xiàn)階段的殺菌技術仍然不夠完善，熱殺菌，像高溫高壓殺菌的作用條件太強烈，可能會損壞食品的色澤感官及營養(yǎng)成分等；冷殺菌技術作用條件溫和，可以極大程度得保持食品的風味營養(yǎng)等，但是在國內(nèi)的技術仍不夠完善，應用還不夠廣泛。有關食品的殺菌技術, 已取得了很大的進展, 它必將對新型食品的開發(fā)、加工、保藏起重要作用。相信隨著科技的進步, 食品工業(yè)中的殺菌技術會越來越先進, 今后食品的殺菌技術會向綜合化、環(huán)?；l(fā)展。參考文獻：1 陳小娥 , 方旭波 , 浙江海洋學院學報（ 自然科學版） 2002, 62-65.2 李夢穎 , 李建科 , 何曉葉 , 趙偉 , 農(nóng)產(chǎn)品加工（ 學刊） 2013, 109-113.3 王金鋒