非熱殺菌技術(shù)在包裝食品中的應(yīng)用

徐立偉　崔旭東　陳玉成　張銳

摘要：近年來，非熱殺菌技術(shù)已成為當(dāng)今食品包裝發(fā)展的主流，其滅菌原理及其技術(shù)與食品安全密不可分。綜述脈沖殺菌技術(shù)、微波殺菌技術(shù)等非熱殺菌技術(shù)的殺菌原理、特點及應(yīng)用前景，為相應(yīng)領(lǐng)域研究提供一定的參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：非熱殺菌；脈沖殺菌；食品；微波殺菌

中圖分類號：TS201. 3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）11-0062-03

殺菌技術(shù)與食品安全息息相關(guān)。殺菌技術(shù)可分為熱殺菌和非熱殺菌2種。與加熱處理相比，非熱殺菌技術(shù)不易破壞產(chǎn)品中容易變質(zhì)的維生素和色素等成分，還可以節(jié)省能量。在需要通過加熱將原料溫度升高到一定程度進(jìn)行殺菌的場合，非熱殺菌技術(shù)占有一定的優(yōu)勢。

1 脈沖殺菌技術(shù)

脈沖殺菌技術(shù)可以分為超高壓脈沖電場殺菌技術(shù)、強(qiáng)磁脈沖殺菌技術(shù)和脈沖強(qiáng)光殺菌技術(shù)。

1.1 超高壓脈沖電場殺菌技術(shù)

超高壓脈沖電場殺菌技術(shù)主要應(yīng)用高壓脈沖器產(chǎn)生的脈沖電場進(jìn)行殺菌。脈沖產(chǎn)生的電場和磁場交替作用，使細(xì)胞膜透性增加、膜強(qiáng)度減弱，并最終破裂，膜內(nèi)物質(zhì)外流，膜外物質(zhì)滲入，細(xì)菌體死亡。電磁場產(chǎn)生電離作用，阻斷細(xì)胞膜的正常生物化學(xué)反應(yīng)和新陳代謝，使細(xì)菌體內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生變化。

國內(nèi)外對此技術(shù)已作了許多研究，并設(shè)計出相應(yīng)處理裝置，能夠有效地殺滅與食品腐敗有關(guān)的幾十種細(xì)菌。法國、美國的一些廠家已將這種新技術(shù)應(yīng)用于實踐，避免加熱引起的蛋白質(zhì)變性和維生素破壞。

1.2 強(qiáng)磁脈沖殺菌技術(shù)

強(qiáng)磁脈沖殺菌技術(shù)采用強(qiáng)脈沖磁場的生物效應(yīng)進(jìn)行殺菌，在輸液管外面套裝螺旋型線圈，磁脈沖發(fā)生器在線圈內(nèi)產(chǎn)生2～10 T的磁場強(qiáng)度。當(dāng)液體物料通過該段輸液管時，其中的細(xì)菌即被殺死。

此技術(shù)具有下列特點：殺菌時間短，殺菌效率高；殺菌效果好且溫升小，既能殺菌，又能保持食品原有的風(fēng)味、滋味、色香、品質(zhì)和組分（維生素、氨基酸等）不變；不污染環(huán)境及產(chǎn)品，無噪音，經(jīng)濟(jì)實用。

1.3 脈沖強(qiáng)光殺菌技術(shù)

脈沖強(qiáng)光殺菌技術(shù)利用脈沖的強(qiáng)烈白光閃照進(jìn)行滅菌。其最基本的結(jié)構(gòu)是動力單元和惰性氣體燈單元，通過動力單元向惰性氣體燈單元提供能量，使惰性氣體燈發(fā)出與太陽光譜相反、但強(qiáng)度更強(qiáng)的紫外線至紅外線區(qū)域光。

脈沖光使用高強(qiáng)度白光的極短脈沖，殺死食品表面的微生物。該高強(qiáng)度的白光類似陽光，但僅以幾分之一秒鐘的速度反射出來，比陽光更強(qiáng)，能迅速殺死細(xì)菌。脈沖強(qiáng)光的微生物致死作用明顯，可進(jìn)行徹底殺菌。不同的食品及菌種，需采用不同的光照強(qiáng)度與時間。該技術(shù)由于只處理食品的表面，因此對食品的風(fēng)味和營養(yǎng)成分影響很小，可用于延長用透明物料包裝的食品及新鮮食品的貨架期。

2 微波及紫外殺菌技術(shù)

2.1 微波殺菌技術(shù)

微波是頻率300～300 GMHz的電磁波。微波與物料直接相互作用，將超高頻電磁波轉(zhuǎn)化為熱能。微波殺菌是微波熱效應(yīng)和生物效應(yīng)共同作用的結(jié)果。微波對細(xì)菌膜斷面的電位分布影響細(xì)胞膜周圍的電子和離子濃度，從而改變細(xì)胞膜的通透性能，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)菌營養(yǎng)不良，不能進(jìn)行正常新陳代謝，因生長發(fā)育受阻而死亡。

從生化角度來看，細(xì)菌正常生長和繁殖的核酸（RNA）、脫氧核糖核酸（DNA）是由若干氫鍵緊密連接而成的卷曲大分子，微波導(dǎo)致氫鍵松弛、斷裂和重組，從而誘發(fā)遺傳基因或染色體畸變，甚至斷裂。微波殺菌利用電磁場效應(yīng)和生物效應(yīng)殺滅微生物。實踐證明，微波裝置在殺菌溫度、殺菌時間、產(chǎn)品品質(zhì)保持、產(chǎn)品保質(zhì)期及節(jié)能方面都有明顯優(yōu)勢。

對于塑料包裝材料的食品，微波殺菌能在原包裝狀態(tài)下，短時間內(nèi)從食品中心加熱殺菌，還能防止對食品的二次污染。

2.2 紫外線殺菌技術(shù)

日光能殺滅細(xì)菌主要依靠紫外線的作用，其殺菌原理是微生物分子受激發(fā)后處于不穩(wěn)定狀態(tài)，破壞分子間特有的化學(xué)結(jié)合，并導(dǎo)致細(xì)菌死亡。

微生物對于不同波長的紫外線敏感性不同，紫外線對不同微生物照射致死量也不同，革蘭氏陰性無芽孢桿菌對紫外線最敏感，殺死革蘭氏陽性球菌的紫外線照射量需增大5～10倍。因紫外線穿透力弱，適于對空氣、水、薄層流體制品及包裝容器表面進(jìn)行殺菌。

3 輻照殺菌技術(shù)

輻照殺菌即利用放射線同位素Co60和Ce137生產(chǎn)的γ射線，或用高能電子束轟擊重金屬的靶所產(chǎn)生x射線，或用電子加速器產(chǎn)生的高能電子束對包裝食品進(jìn)行輻照處理。射線在照射過程中會產(chǎn)生直接效應(yīng)和間接效應(yīng)：直接效應(yīng)是微生物細(xì)胞間質(zhì)受高能電子照射后發(fā)生的電離作用和化學(xué)作用；間接效應(yīng)是水分接受射線后產(chǎn)生電離作用再與胞內(nèi)其他物質(zhì)作用。這兩種作用阻斷胞內(nèi)一切活動，導(dǎo)致微生物死亡。對不同菌種采用不同的輻照劑量，不但不會破壞食品的色、香、味，而且殺菌效果明顯。

用100～1 000 kGy劑量照射殺菌，可有效限制有損機(jī)體健康的生物及致腐敗性微生物的生長，有效清除高蛋白質(zhì)食品（如肉類、乳制品、蛋制品）中危害極大的沙門氏菌。

各國的應(yīng)用實踐證明，輻照食品安全可靠。輻照食品的優(yōu)點是保藏期長，照射1次可保鮮數(shù)年；既能殺死細(xì)菌，又能抑制與延緩食品本身的新陳代謝，消除食品的變質(zhì)根源。輻照殺菌可節(jié)省大量能量，任何食物用輻照法殺菌后，僅采用普通包裝便可貯藏，節(jié)省制罐、冷凍冷藏的材料及其所耗能量。

4 臭氧殺菌技術(shù)

臭氧氧化力極強(qiáng)，僅次于氟，能迅速分解有害物質(zhì)，殺菌能力是氯的600～3 000倍，分解后迅速地還原成氧氣。

試驗證明，臭氧水是一種廣譜殺菌劑，能在短時間內(nèi)有效殺滅大腸桿菌、蠟桿菌、痢疾桿菌、傷寒桿菌等一般病菌，以及流感病菌、肝炎病毒等多種微生物。同時，臭氧水還可殺死和氧化魚、肉、瓜果蔬菜、食品表面能產(chǎn)生異變的各種微生物和脫離果蔬母體后繼續(xù)進(jìn)行生命活動的微生物。

利用臭氧水洗滌蔬菜瓜果，可以有效清除其表面的殘留農(nóng)藥、細(xì)菌、微生物及有機(jī)物，消除農(nóng)藥給人們帶來的隱患；徹底殺滅水中的細(xì)菌，消除有機(jī)物，除去水中及被清洗物的異味、臭味。

一般認(rèn)為，臭氧很容易同細(xì)菌細(xì)胞壁中的脂蛋白或細(xì)胞膜中的磷脂質(zhì)、蛋白質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使細(xì)菌的細(xì)胞壁和細(xì)胞受到破壞（溶菌作用），使細(xì)胞膜的通透性增加，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外流并失去活性。臭氧破壞或分解細(xì)胞壁后，能迅速擴(kuò)散到細(xì)胞里，氧化細(xì)胞內(nèi)的酶、DNA和RNA，使病原體致死。食品在采用氣體置換包裝、真空包裝和封入脫氧包裝時，填充臭氧可以殺滅酵母菌，解決食品變質(zhì)問題。在礦泉水、汽水、果汁等生產(chǎn)過程中，對盛裝容器、管路、設(shè)備和車間環(huán)境進(jìn)行臭氧消毒，也可取得令人滿意的效果。

5 超聲波殺菌技術(shù)

頻率在9～20 kHz/s以上的超聲波，對微生物有破壞作用，能使微生物細(xì)胞的內(nèi)容物因強(qiáng)烈震蕩而被破壞。一般認(rèn)為在水溶液內(nèi)，超聲波能產(chǎn)生具有殺菌能力的過氧化氫。也有人認(rèn)為，微生物細(xì)胞液受高頻聲波作用時，其中溶解的氣體變?yōu)樾馀荩錄_擊可使細(xì)胞破裂，從而對微生物有一定的殺滅效應(yīng)。

6 高壓殺菌技術(shù)

高壓殺菌是20世紀(jì)80年代末開發(fā)的殺菌技術(shù)。食品在超高壓100～1 000 MPa的壓力下，具有良好的滅菌效果。超高壓對微生物的致死作用原理為：通過破壞細(xì)胞壁，使蛋白質(zhì)凝固，抑制酶的活性和DNA等遺傳物質(zhì)的復(fù)制。一般而言，壓力越高，殺菌效果越好。

在400～600 MPa壓力下，細(xì)菌、酵母菌、霉菌均可被滅殺，避免了一般高溫殺菌帶來的不良變化。超高壓“冷殺菌”技術(shù)采用高壓、常溫滅菌方式，對食品飲料處理后，不但具備高效殺菌性，而且能完好保留食品飲料中的營養(yǎng)成分，產(chǎn)品口感佳，色澤天然，安全性高，保質(zhì)期長。

在高壓利用與包裝形態(tài)方面，軟包裝袋和結(jié)扎軟包裝形態(tài)較為適宜，而鋁扣結(jié)扎的魚肉腸等不宜使用。對包裝容器來說，復(fù)合紙容器、塑料罐易受熱變形，而且存在密封性、涂層剝落等問題，因此不宜采用。

7 膜分離技術(shù)

膜分離是一種分子級分離，膜系統(tǒng)按膜孔緊密程度（由密到疏）可分為反滲透（RO）、納米過濾（N）、超濾（F）、微濾（MF）。用微濾膜可實現(xiàn)發(fā)酵工業(yè)中的用水和產(chǎn)品無菌化。將微濾技術(shù)、色譜技術(shù)與化學(xué)處理、酶處理結(jié)合起來，可將乳蛋白中的各種組合分開，得到酪蛋白和乳清蛋白。

目前，各酒業(yè)公司已廣泛使用0.45 um濾芯對成品酒進(jìn)行終端過濾，替代原有的熱殺菌技術(shù)。此技術(shù)不僅節(jié)省能耗，而且能夠避免高溫給產(chǎn)品帶來的煮熟味。除此之外，膜分離技術(shù)在海水和苦咸水淡化、礦泉水殺菌以及食品廠廢水處理、空氣、細(xì)菌去除等方面應(yīng)用廣泛。

8 其他技術(shù)

相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)的不斷完善，更多的冷殺菌新技術(shù)、新方法、新手段以及新措施，會如雨后春筍般蓬勃涌現(xiàn)。

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