微生物控制的新技術

摘要：本文主要論述了用輻照、高強度電子場等非加熱方法消滅微生物的一些情況和問題。

關鍵詞：輻照；高強度脈沖光；高強度脈沖電子場；紫外線；高壓加工

中圖分類號：R471 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315(2009)04-152-002

食品工業界在繼續發展現有控制微生物控制方法的同時。正研究新技術以保證食品的微生物安全，同時也為消費者提供稍需加工或不需加工的高質量食品。這些年，輻照、高強度電子場、脈沖光、紫外線、高壓加工和臭氧已作為消滅微生物的非加熱方法。然而，在商業上運用這些技術僅在最近幾年。盡管這些新技術以及其它方法看起來能達到預期結果，但通常也受到限制而不能應用于實際生產。因此在現有食品加工中采用上述新技術時，必須理解每個方法的優點、缺點和有哪些要求。

一、輻照

* 伽瑪射線

* 加速電子

* 輻射消毒(滅菌)

* 針對性的輻射殺菌

* 有選擇的輻射殺菌

輻照是消滅微生物的一種方法，通常是用來描述一個產品暴露在離子射線下的常用術語。

1、伽瑪射線和加速電子射線

我們可能熟悉的一些普通形式的離子射線有x一射線，微波和紫外線，這些射線都已在食品中應用，但這部分我們將集中討論兩種其它形式的射線，伽瑪射線和加速電子射線。這兩種射線在消滅和減少食品中的微生物方面有著實際應用實例。

美國FDA已批準對豬肉、牛肉、禽肉、羊肉、香料、調味品進行輻照，也可以用于水果、蔬菜和谷物。有關食品輻照的要求在21CFR PARTl79可以查到。

每種技術都有自己的術語，輻照也不例外。KILOGRAY是個用于食品加工業中描述輻照量值的術語。

影響微生物抵抗輻照的一些因素包括：

* 細菌的數量

* 細菌的類型

* 細菌的年齡

* 氧氣的存在與否

* 食品的特征

輻照過程必須科學地設計以保證用最少量的射線最理想的減少微生物。

2、輻射消毒(滅菌)

輻射消毒(滅菌)類似商業無菌。食品暴露在30-40千戈瑞之間的射線水平下被認為是商業無菌消毒。

暴露在2.5—10千戈瑞輻照水平，將消除大部分食物的所有病原菌的繁殖體。這種輻照水平稱為針對性輻射殺菌，類似于巴氏殺菌。

暴露在0.75-2.5千戈瑞輻照水平，將消滅大部分食物中的腐敗性微生物，這個過程稱為有選擇的輻射殺菌。

鈷60或銫137

食品的商業輻射通常取決于伽瑪射線和加速電子。伽瑪射線輻照是用鈷60或銫137作為射線源來進行的。

用鈷60為輻照源的設備適合大批量產品的輻照，提供伽瑪射線的鈷棒，約有一支鉛筆大，貯存在深約30英尺的去離子水的防護池的中心。鈷輻照用10英尺厚的混凝土墻，且用一個系統復雜的鎖和其他安全措施以保護員工們及防止其他外界射線進來。自外運來的食品，送到周圍暴露放射源料的固定位置，對暴露的食品射擊線量值由對伽瑪射線源暴露的單位部分的存放時間而定。

用銫為伽瑪源的設備可以是小型的，含自我保護裝置，而不需要外部防護。伽瑪源的防護用鋼作單元部分而組成的，這個單元被用來設計以處理一盤食品。當食品放在地上封閉的輻照源的房間里，帶有銫的板會從地下室移上來在要處理食品的周圍。

伽瑪射線的優點在于伽瑪射線事實上可以穿透所有材料并且能完成對厚的食品的輻照。

3、電子束設備

用于電子束的設備通常不如伽瑪射線設備應用廣泛，他們適合處理單個的或小批量產品的輻照。電子束的優點是輻照能直接射向食品的具體區域——象種x射線儀——以具體部位為目標。這種方法暴露在射線敏感區域的射線最少。當不用時，可以關掉電子束。且不存在處理有關危害廢物的問題。

二、高強度脈沖光

高強度脈沖光涉及應用光的快速、強烈、放大后的閃光。脈沖光是運用工程技術產生的，通過在能量儲存器中相對長時間(幾分之一秒)的貯存，而在短時間內(百萬分之一或千分之一秒)的釋放而積累電子能量得到多級能量的光。貯存的能量脈動惰性氣體燈以產生強烈的閃光只持續幾百微秒。根據產品選擇燈的數量，閃光的形狀及閃光的周期。脈沖光包含從紫外的200nm到近紅外的1nm的波長，是海平面日光強度的20000倍，大多數脈沖光屬可見光范圍。由于脈沖光的波長太長，不能發生小分子的離子化。

為了確保達到理想的殺菌效果，在生產期間必須監控燈光(FLUENCE)與燈束(CURRENT)，用硅光電二極管以測量閃光燈打開時光的紫外線強度來監控燈光。輸出減少表明燈已快結束它的使用壽命。每次閃光時監控燈束。如果比預先設置電流高或低的顯著偏離，可能意味著燈或電容的問題。正常設計的系統用來監控設備的操作，如檢出異常，應中斷操作。

三、高強度脈沖電子場

目前研究表明，PEF技術能破壞微生物的細胞壁。整個過程不會導致食品中的化學或物理變化特征發生變化。加工過程條件由食品特性決定。對任何一種食品，PEF條件由以下各可變參數決定，其包括電子場峰強度(KV/cm)(千伏每厘米)，脈沖周期(微秒)，脈沖數量，最初溫度，最高處理溫度，有關微生物種類和微生物接種。在處理中，加工溫度的增加看來能加大微生物的死亡。

從1995年12月食品技術用高強度脈沖電子場進行巴氏殺菌。

在食品中運用高強度電子場殺滅微生物，還需要經過對不同產品做進一步的研究。應考慮有關微生物種類、原料帶菌情況、待處理產品的特性、產品的儲存運輸處理條件和最佳消費狀態多方面因素。建立在科學研究基礎上的具體實施條件將是整個過程的關鍵因素。

四、紫外線

紫外線是一些食品在巴氏消毒水平上的另一種過程。許多年來把紫外線用作空氣和表面消毒。

根據波長可基本分為三種形式的紫外線：長波、中波和短波。所有紫外線波長都比可見光短且不能被人看見。紫外光是于253.7nm范圍內的紫外燈產生的。

為了使紫外線殺死細菌和其他微生物，他們必須接觸到微生物體上，且每種微生物體必須吸收足夠數量的能量以被殺死。使微生物失活必需的劑量是由時間和強度來決定。

近來，用紫外線進行巴氏消毒透明液體的過程已經發展了。這個過程包括灌輸液體薄膜在預定的速率下通過紫外光，在這個過程中發現顯著地減少了液體的生物運載量。

對天然的紫外光、流速、混濁度、產品性質和燈輸出需要連續監控。

對其他系統有一些要求：紫外光必須穿透進人產品。這就是為什么該過程被限制用于透明液體。

五、高壓加工

食物的高壓加工要求65-80磅的壓力。它要求非常特殊的設備。如果食物被包裝在軟或半軟包裝內，放在裝滿水的容器內于高壓下1-20分鐘的時間。一些食品如桔子汁可能在壓力室內被處理，然后無菌灌裝在預先消毒的包裝內。

高壓過程可能引起食品的一些變化，包括組織內部的變化，高壓導致蛋白質凝膠化、由于細胞壁破裂，酶活動可能增強，高壓加工本身對食品腐敗有機體沒有影響。整個水果或蔬菜可能通過機械壓縮而變形，形成難以描述的水果和蔬菜，如果汁、果醬、果丁、果片和混合食品。

微生物對高壓敏感。高壓加工必須考慮微生物的種類、產品特性、理想的過程(巴氏殺菌或商業消毒)和產品銷售方式。殺滅微生物主要是由結構變化和細胞壁破裂而引起的。

六、歐姆加熱

歐姆加熱和無菌微粒處理繼續使用測試熱處理致死微生物體的方法的時間，同時用加熱產品的新方法和過程決定以保證熱處理傳遞給產品。

通常用的微波加熱，電能轉化成熱能。然而不像微波加熱穿透的深度是完全無限制且加熱的程度由通過產品的電傳導的空間一致性及產品在加熱皿中的抗熱時間控制。由于大多數實際的目的產品在加熱時沒有經歷大的溫度梯度且液體與顆粒同時被加熱。

歐姆加熱最適合無菌包裝產品。用于處理和包裝其它滅菌產品的設備能用作處理歐姆加熱產品。歐姆無菌系統與其它任何一種無菌系統主要不同是加熱的方法。

歐姆加熱用于熱殺死微生物的控制與其他熱處理過程相似。然而在設計歐姆加熱過程時，許多方面必須引起重視，產品具體的耐電性及它隨溫度的變化必須在過程的商業應用期間被決定和控制。產品的流速對產品的加熱是關鍵，在歐姆加熱器中產生的速成率和加熱周期是主要的因素。如果產品在加熱器中變化狀態(從液體到固體或液體到氣體)，產品中可能產生弧光。由于這些原因，對大多數應用必須設計考慮具體產品成功的殺滅微生物的食品歐姆過程要求在歐姆過程上的嚴格控制。應該由有知識經驗的人建立操作程序，應該保持嚴格的控制在：產品配方、流速、在試管中的產品溫度和發現過程是關鍵的其它任何因素。

七、臭氧

臭氧作為殺菌劑的使用并不新鮮了。在加工水中用臭氧殺死微生物，例如蔬菜加工者。這種處理允許加工水重復使用而不是倒掉。在美國和其他國家，這種方法處理飲用水也有多年。臭氧另一個優點，不像氯，在處理的水中無毒性殘留。

臭氧也用在封閉區域中的表面處理，如冰箱。它可以減少或消滅包括冰箱表面和內部存放產品表面的霉菌。臭氧作為氯的替代物有潛在的用途。這是更強的消毒劑，能殺死大量不同的微生物體，潛在用途之一是消毒新鮮的水果和蔬菜。臭氧用來消毒新鮮水果和蔬菜尚未被FDA認可。