液体食物非热杀菌技术研究进展

赵心怡

（西北农林科技大学，创新实验学院，陕西杨凌712100）

食品品质及安全一直以来都是人们关注的焦点，现代食品加工技术要求在保证食品安全的同时最大限度保留食品的色、香、味及营养成分。灭菌是保存食品的有效方法之一，食品杀菌技术分为热杀菌和非热杀菌，前者根据处理温度分为巴氏杀菌、低温杀菌、高温杀菌和超高温瞬时灭菌；后者包括物理杀菌和化学杀菌，是一类以非热形式，处理过程中温度无剧烈变化，方式没有传统热处理强烈，最终达到杀菌、除菌或抑菌，保证产品品质和延长货架期等效果的技术统称。

目前，热杀菌在食品杀菌领域内占主导地位，然而热杀菌在消除绝大多数细菌和耐热孢子之余，通常还会导致产品营养价值严重损失，产品外在颜色、风味和质地均会发生一定变化。非热杀菌是近年来发展的一种新型杀菌技术，能保存食品的生理活性并将处理过程中造成食品色香味及营养成分的损害降到最低，体现出了更加天然健康的食品加工理念，现已成为相关领域工作人员的常用的方法之一。本文就目前主要液体非热杀菌技术的种类及特点进行比较分析，对其研究进展进行综合阐述。

1 非热杀菌技术

对于液体食物而言，热杀菌对其营养成分和品相的破坏相比于其他食品更为严重。根据不同液体食物的特点，研究人员设计出两类非热杀菌新技术，一类是与热量相结合，包括高压处理、紫外光、脉冲光、超声波和脉冲电场处理等；另一类是纯粹的非热能杀菌技术，包括冷等离子体技术等。

1.1 高压处理技术

高压处理（HPP）通过对容纳在柔性袋中的食品施以极高压力（一般大于600MPa）来实现，压力介质通常为水。研究表明，HPP通过影响微生物细胞蛋白质和酶结构来有效灭活果汁中大多数病原微生物，食品感官和营养价值也不会显著损失[1]，故其被证明是加工果汁的有效处理技术。

然而HPP亦存在一定的局限性，HPP单独使用对孢子的影响很小，只有与其他处理组合使用才能使其完全失活并对感官特性的影响达到最小[2]。另外HPP在水果氧化和水解酶失活方面的处理效率较为低下，不适宜大规模使用。

1.2 紫外光照射和脉冲光处理技术

紫外线照射技术（UV）是一种有效性较强的非热杀菌技术，脉冲光谱包括紫外到近红外区域的波长范围，二者均可以破坏微生物核酸，DNA损伤是微生物的关键致死因素。

紫外线处理成本低，加工过程中不产生化学残留物，常被用于消毒空气、水和材料表面微生物，在食品方面的研究较为缓慢。近年来发现紫外线虽不能单独灭活孢子，但能够有效减弱孢子耐热性[3]。该现象作用机制尚不明确，但它的发现开辟了紫外线处理食品的新方向。另外，更高的照射剂量并不会增加微生物的减少数量[4]。脉冲光则穿透深度较高，可单独灭活细菌芽孢。

相比于HPP，操作简便、价格低廉、杀菌效果更好的紫外光和脉冲光更容易在食品领域中推广应用。

1.3 超声波杀菌技术

超声波处理是近几十年来发展起来的一种新型食品加工技术，常与其他技术联用，在饮品加工领域具有较好的应用效果。根据频率高低，超声波可分为低频率超声波和高频率超声波。低频率超声波基于超声造成的空化现象使微生物失活，高频超声波则通过破坏细胞结构来杀死细胞。与巴氏杀菌相同，超声波对大肠杆菌有良好的杀菌效果。研究表明虽单独使用时微生物灭活效果一般，但能加快食品的热消毒速度，减少加工时间和营养损失，显著提高食品处理效率[5]。

超声波杀菌技术常用于果汁杀菌处理。花色苷是新鲜果汁中的一种重要营养元素，有研究学者发现以20kHz的超声波处理黑莓汁、葡萄汁等果汁时，果汁中花色苷的降解率均小于6%且葡萄汁的降解率最低，说明适当的超声波处理能够显著保留果汁中的花色苷并提高其稳定性和保持率，该现象在葡萄汁中尤为明显[6,7]。

1.4 脉冲电场技术

脉冲电场（PEF）是一种使用短脉冲电的食品加工技术，使微生物细胞壁电穿孔后失活。该方法处理时间短、温度低、效果好，可同时保持高营养和高保质期，满足了消费者对新鲜产品的要求，被认为是热杀菌的良好替代。张雯等人[8]率先确定了实现杨梅最佳保鲜效果的PEF参数：脉宽10μs，频率80Hz，作用时间10s。随后有学者比较研究了PEF和巴氏杀菌法对橙汁品质的影响，结果发现PEF处理的橙汁样品中黄酮和酚酸含量更稳定，感官评分更高，杀菌效果更好[9]。M.Ali Dastgheib等人[10]的研究则证明，PEF对菠萝汁有良好的延长保质期功效。

PEF能实现无污染的绿色保鲜，然而因成本过高处理效率不高，目前该技术并没有得到广泛应用。

1.5 射频电场处理技术

射频电场处理技术（RFEF）曾在灭活苹果汁细菌[11]和要求有更强处理能力且电导率更高的橙汁处理中[12]取得成功，并证明RFEF可以在常规热杀菌无法实现的中等温度下使苹果汁中的大肠杆菌失活。

非酶促褐变和抗坏血酸的损失是果汁的常见问题，研究证明RFEF处理后的果汁无褐变和抗坏血酸损失，故该方法可以在果汁灭菌中展开实践[13]。但由于成本、处理条件等客观问题，尽管开发时间较长，RFEF依旧处于理论研究阶段，没有得到广泛应用。

1.6 食品辐照技术

食品辐照的目的是使微生物失活，破坏食源性非孢子形成病原菌。王娟娟等人[14]对蛋糕保质期延长的研究证明，随着辐照剂量的增加，微生物的存活率减小，杀菌效果越好。出于安全考虑，实际应用中不使用过高剂量辐照，然而低剂量辐照并不能灭活食品中孢子，故其推广严重受限。

1.7 非热（冷）等离子体处理技术

冷等离子体是利用电子、离子、原子种类，紫外光子和带电粒子的混合物杀灭微生物的一种技术方法，杀灭微生物的同时不会影响原材料的整体性质，应用于食品工业尚属首次。

冷等离子体的处理方法有许多优点，研究证明，该方法不仅可以灭活芽孢和孢子[15]，还可使用更低的用水量、工作温度和成本，达到与热杀菌相同的效果[16]，具有较高的经济性，可进行食品工业的大型设备规模化灭菌。作为一种新型的灭菌方法，冷等离子体处理有着巨大潜力，是目前为止最具竞争力的一项杀菌技术。

2 非热杀菌技术的发展趋势

与发达国家相比，我国非热加工技术研究的系统性不强，重复或相似的研究居多。在基础研究方面，研究范围包括杀菌、钝酶和对品质的影响，但相关机制研究滞后，深度不够；在产品工艺方面，研究主要集中于处理前后和贮藏期间产品品质的变化，而产品安全性、营养成分和功能性变化的研究较弱。与此同时，目前我国相关食品法规以热加工为基础标准参数，并不适合于非热加工食品，制约了非热加工技术的推广。

由此可见，虽然食品非热加工技术在我国受到科技部重视，具有广阔的开发前景和一定的研究突破，但依旧需要扫清多重障碍。

2.1 深入研究非热加工技术

随着人们生活水平的提高和生活快节奏方式的改变，人们对食品安全与营养提出了较高要求。非热加工技术以保留食品原有生鲜风味和营养成分为特点，成为目前食品加工新技术研究与新工艺开发的热点。非热杀菌技术的推广，还需要政府部门完善相关的食品法规标准，增加以非热杀菌为基础标准的法规参数，为非热加工技术的产业化推广提供保障。

2.2 与热杀菌技术的联合使用

由于非热杀菌技术难以杀死芽胞，而且其杀菌强度大时温度易升高需冷链运输等技术缺陷使其成本偏高，应用范围受限。因此人们研究探讨将热杀菌技术和非热杀菌技术结合或几种非热杀菌技术联合使用以达到所需的处理效果。

2.2.1 在新鲜产品中的联用

大量研究人员发现，用HPP与加热结合处理的番茄酱，其微生物残留量远低于传统方法的处理结果[17]；分别采用紫外线与脉冲电场、高强度脉冲光与脉冲电场处理时，果汁在产品色泽和风味上保持不变，其非酶褐变和总酚含量也同传统巴氏杀菌没有明显区别[18]；超声波与超高压静态杀菌等联用还能提高西瓜汁的杀菌效果[19]。

2.2.2 在肉产品中的联用

热杀菌技术可以有效抑制肉产品中的微生物，非热杀菌技术则能确保食物的品质和口感。研究人员发现，二者结合使用能够最大程度地保持肉产品的食物特性，提升食品生产和加工领域的生产效益[20]。

总之，热杀菌技术和非热杀菌联用不仅能在保证杀菌效果的要求下更好地保持食品原有的色香味和营养价值，还能节能节水，对环境伤害更小，是一种全新的研究趋势。

3 小结

在现有非热杀菌技术中，除HPP与PEF外均只处于实验室研究阶段，成本和能源利用效率问题依旧是难以推广的重要因素。

与热处理相比，非热灭菌技术显示出较大的优势，结合使用更能表现出极高的杀菌潜力。这些非热杀菌方法能够有效保证产品质量和良好的感官体验，减少处理时间和温度，提高现有灭菌效果，降低输入能量，最大限度地减少热处理引起的质量损失，拥有极大的市场价值。

总之，经济发展带动了食品安全领域技术的改进，非热杀菌技术作为一种新兴的食品加工技术，尚未完全实现商业化，相关领域还未对其形成较为规范和具体的管理方案，因此目前仍需要同热杀菌技术相互配合，综合运用，共同提升食品生产和加工领域的生产效益，最终实现新技术的市场推广。