新型殺菌技術在食品中的應用研究進展

◎ 劉 源，侯真真

（1.佛山市海天調味食品股份有限公司，廣東 佛山 528000；2.廣東省食品工業研究所有限公司，廣東 廣州 510308）

在生產加工過程中，多種因素都會引起食品污染，包括原料、車間衛生、加工設施、操作工人等。為了保證食品的安全性及貯藏性，延長食品的貨架期，避免食品污染，需要采取一定的措施杜絕污染，如殺菌或滅菌等。殺菌方法有熱力殺菌、添加防腐劑等，但熱力殺菌容易破壞食品的營養成分，化學防腐劑又存在一定的安全性問題[1]。生活水平不斷提高，人們對食品安全和食物營養健康越來越重視，急需一種能保證食品安全和營養價值的殺菌技術。在這種情況下，物理殺菌技術應運而生，并逐漸在食品加工生產中得到推廣應用。

與傳統的熱殺菌技術相比，這些殺菌方法不易受到外界環境的影響。在殺菌過程中，食品本身的溫度不會升高或者升高幅度較低，能避免食品的營養成分和感官品質受到破壞，因此受到研究者和食品企業的關注。本文主要介紹不同種類的物理殺菌技術，并探討物理殺菌技術在食品中的應用。

1 新型殺菌技術

新型殺菌技術不同于傳統的熱力殺菌等技術，這是一類采用物理方法或技術進行殺菌的技術總稱。物理殺菌技術采用的手段主要包括輻照、臭氧、超高壓、超聲波等。

1.1 輻照殺菌技術

輻照殺菌技術是利用某些射線如χ射線、γ射線或高速電子射線的穿透性，使被照食品表面或內部微生物的細胞組織死亡，或者新陳代謝和生長發育進程受到抑制，從而達到殺菌、延長食品保鮮期和貨架期的目的[2]。與傳統的熱殺菌技術相比，輻照殺菌能耗低、污染小，輻照劑量可控，殺菌同時可以較好地保持食品感官和營養品質，對預包裝食品也具有良好的殺菌效果。

對于輻照殺菌技術的安全性，1980年國際原子能機構（IEAE）、世界糧農組織（FAO）、世界衛生組織（WHO）聯合專家委員提出，在實際平均輻射劑量不超過10 KGy范圍內，各種輻照食品不存在放射性輻射安全問題。為了防止被照射物誘發產生放射性，電子射線的能量不得超過10 MeV，大多數采用5 MeV，X射線的能量一般在5 MeV以下。

由于輻射殺菌的良好殺菌效果和國際聯合專家委員會對輻射殺菌安全性的肯定，輻射殺菌逐漸推廣應用。糧食、水果蔬菜、肉類等食品的輻照保藏技術已在國內外得到公眾認可和接受，并取得一定的成效，顯示出廣闊的發展前景。

1.2 超高壓殺菌技術

超高壓殺菌技術是將食品置于密閉的高壓容器內，然后向其加壓，通過破壞微生物體內蛋白質中的非共價鍵和菌體細胞膜、細胞壁等，使蛋白質發生凝固、酶活性喪失，菌體多種細胞損傷，達到殺菌或抑制其活性的目的[3]。超高壓殺菌技術的處理溫度遠低于熱處理，耗能低，滅菌均勻，無污染，操作安全，能保持食品的原有風味、色澤和營養價值。

1899年，Bert Hite首次發現450 MPa的高壓能延長牛奶的保存期，從此以后，有關HHP技術的研究一直沒有間斷；Bridgman因發現高靜水壓下蛋白質發生變性、凝固而獲得了1946年諾貝爾物理獎。在食品工業中利用這一原理，使經高壓處理后的食品得以長期安全保存并保持較好的營養價值。20世紀90年代，由日本明治屋食品公司首先實現了HHP技術在果醬、果汁、沙拉醬、海鮮、果凍等食品中的商業化應用。

李汴生等[4]在超高壓對鮮榨菠蘿汁品質影響的研究表明，隨著壓力值的上升，菌落總數逐漸減少，一定條件下可達商業無菌，并能較好地保持體系的均勻穩定性，保持原有色澤。王雪青等[5]采用高壓處理了獼猴桃醬，與傳統熱處理的醬體相比，超高壓處理技術得到的醬體色澤翠綠，同時能較好地保留醬體中的維生素。

超高壓滅菌是一個復雜的過程，針對不同的食品要有特定的處理技術。目前，高壓技術主要集中在低溫范圍內的高壓技術及應用高壓技術與其他技術結合處理食品的研究。

1.3 臭氧殺菌技術

一般認為，臭氧殺菌技術的原理是臭氧作用于細胞膜，引起膜損傷，新陳代謝發生障礙，生長被抑制，繼續滲透則膜內脂蛋白和脂多糖被破壞，細胞通透性改變，菌體被殺死[6]。在各種微生物中，對臭氧耐受力的強弱順序依次是芽孢菌、沙門氏菌、綠膿桿菌、金黃色葡萄球菌、霉菌和酵母菌[7]。同時，臭氧可以分解果蔬儲藏時產生的有害氣體，如乙炔等，因此臭氧可在果蔬儲藏中發揮殺菌和保鮮的作用。

臭氧殺菌過程中，臭氧會分解成氧氣而不產生殘余污染，使用后不需通風換氣，具有擴散性好、濃度均勻、無死角等特點，且費用低，恒溫保鮮冷庫采用臭氧處理只需增加5%～10%的費用。但是，臭氧殺菌需在環境相對濕度60%以上進行，且濕度越高殺菌效果越好，環境濕度低于45%時，臭氧對空氣中的微生物幾乎沒有殺滅作用。

飲用水殺菌是臭氧殺菌應用歷史最長、應用規模最大的一個領域。由于臭氧會自行分解成氧氣而不產生殘余污染的特點，經過臭氧殺菌的飲用水無異味，且安全可靠。臭氧殺菌也應用到了冷庫消毒中，試驗表明，臭氧消毒對冷藏保鮮庫效果很好，在一定條件下，細菌的殺滅率可達90%以上，霉菌殺滅率為80%，同時能獲得較好的除異味效果[8]。宋麗麗等[9]利用臭氧對中藥粉滅菌，細菌和霉菌滅菌率平均達到95%以上。另外，由于臭氧能夠分解C2H2等氣體，能抑制果蔬的呼吸作用，在果蔬儲藏保鮮方面也得到了較廣泛的應用。

1.4 超聲波殺菌技術

超聲波殺菌一般適合于液態食品殺菌或者以液體為媒介進行殺菌，對樣品的處理量不能太大，受到一定限制。在液體中，利用超聲波產生空化現象使其中微小的泡核達到激活狀態，進而引起振蕩、生長、收縮及崩潰等動力學變化。在這個過程中，會產生瞬間高溫、高壓及溫度交變和壓力變化，作用于菌體和病毒，達到殺菌、保鮮的作用[10]。

超聲波對微生物的作用在理論上已經得到較好的解釋，但在實際應用上還存在一些問題，超聲波對水和空氣的消毒效果較差，單獨使用超聲波用于食品殺菌仍缺乏說服力，有待進一步研究。目前，超聲波殺菌主要應用于果蔬汁飲料、酒類、牛奶、醬油等液體食品。

多個研究結果顯示，單獨使用超聲波對食品中微生物的殺菌效果是有限的，需與其他方法結合才能獲得較好的殺菌效果。丘苑新等[11]研究了超聲波協同輻照處理對番茄醬的殺菌效果。結果表明，在適宜的超聲功率和輻照劑量下，總細菌的滅菌率和乳酸桿菌的滅菌率可達98%以上。郭麗娟等[12]研究了超聲波協同臭氧處理對梨汁菌落總數的影響，結果表明，超聲與臭氧協同作用能獲得較好的殺菌效果，明顯優于單獨超聲殺菌或單獨臭氧殺菌。

2 其他新型殺菌技術

2.1 高壓脈沖電場殺菌技術

高壓脈沖電場殺菌主要是利用瞬間高壓作用于放置在兩極間的食品，脈沖電場產生磁場，電場和磁場交替作用，使細胞膜透性增加、振動加劇，膜的強度減弱，膜破裂而喪失保護作用；電極附近產生的陰、陽離子與膜內生命物質相互作用，阻斷膜內正常生化反應和新陳代謝過程，通過以上兩種方法的同時作用殺死菌體[13]。

殺菌的高壓脈沖電場目前常采用LC振蕩電路，利用自動控制裝置對LC振蕩電路進行連續充電與放電，可以在幾十毫秒內完成殺菌處理。高壓脈沖電場強度一般為15～100 kV/cm，脈沖頻率為1～100 kHz，放電頻率為1～20 Hz。殺菌過程在常溫、常壓下進行，殺菌時間短，能耗遠低于熱處理法，但殺菌的效果顯著，并且處理過的食品物理性質、化學性質和營養成分改變很小，特別適合于熱敏性很高的食品[14]。目前，高壓脈沖電場技術可在低于40 ℃條件下實現對液體物料滅菌，在連續操作的情況下，能較好殺滅大腸桿菌、啤酒酵母和金黃色葡萄球菌等[15]。

影響高壓脈沖電場殺菌效果的因素有很多，包括電場強度、處理時間、脈沖頻率、處理溫度、食品特性、微生物種類和數量等因素。食品常見菌中，相同條件下用電場滅菌，存活率由低到高為：酵母菌、大腸桿菌、乳酸菌和霉菌。由于影響電場殺菌效果的因素較多，因此對特定食品要找出最佳的工藝參數。曾新安等[16]的實驗表明，新鮮豬肉經高壓電場處理后，其浸出汁中總氨基酸含量明顯增加，說明高壓電場刺激能明顯增加肉類的鮮味。另外，高壓脈沖電場殺菌對解決醋、酒中的沉淀問題也很有效。

2.2 等離子體殺菌技術

等離子體是一種電離氣體，由離子、電子和中性粒子（原子或分子）組成，離子和電子所帶電荷數相等，整體呈電中性。按照帶電粒子溫度的相對高低，等離子體分為高溫等離子體和低溫等離子體。食品殺菌中常用的是低溫等離子體。等離子體殺菌的機理目前還不明確，但研究認為，在等離子體形成過程中產生了紫外線和各種化學自由基等，其對于微生物的滅活起到主要作用[17]。

等離子體殺菌作為一種新興的廣譜滅菌技術，可殺死多種類型的抗性細菌細胞、真菌類病原菌、芽孢、病毒和酵母菌等，還可殺滅一些抗輻射細菌[18]。等離子殺菌技術在常溫狀態下殺菌，殺菌時間短，適合熱敏性食品的殺菌，不會產生有毒物質和對操作者造成傷害，安全可靠，滅菌全面。

目前，國內外已將這一技術應用到食品加工領域，特別是食品表面殺菌、液體食品殺菌消毒、小包裝食品殺菌。自20世紀90年代起，美國食品和藥物管理局（FDA）就批準了利用等離子體對食品表面進行殺菌消毒，并且很快應用于商業[19]。在果蔬食品保鮮方面，向果蔬食品的貯藏系統中通入低溫等離子體，不僅可以殺滅和分解儲藏物環境和表面的病原微生物農藥，排除和分解乙烯等有害氣體，使果蔬保鮮時間延長。

3 結語

新型的殺菌技術已經在食品工業中得到一定程度的應用，與傳統殺菌技術相比，這些新型殺菌技術的共同特點就是對食品的色、香、味以及營養成分破壞較小，殺菌時間短，效率高，無污染。這些特點也是未來殺菌技術所追求的方向。但其中一些殺菌技術由于所需設備復雜、成本昂貴而沒有得到推廣應用，這一問題有待進一步解決。研究新型殺菌技術，確定不同殺菌技術對不同食品殺菌的最佳工藝參數，研究不同殺菌技術對食品的殺菌機理和品質影響機理，這些將是目前和未來的研究方向。

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