粉状香辛料杀菌技术及其应用

蒋祥　庄晓波　张维军

【摘 要】通过分析香辛料的生长特点和微生物污染现状，指出杀菌处理对食品安全的重要性。在此基础上，介绍了现有的杀菌技术，分析其特点和存在的缺陷。提出了一种新的基于低压高频电加热与干热空气耦合的粉状香辛料杀菌技术手段，为解决香辛料的食用安全问题提供了解决方案。

【关键词】香辛料;粉状食品;杀菌技术

中图分类号： TS205 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）22-0245-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.22.114

0 引言

香辛料主要来自植物的种子、花蕾、叶茎、块根等。由于其具有独特的刺激性味道，可增加食物的风味，增进人的食欲、帮助食物的消化和吸收。全世界香辛料市场规模超过60亿美元，年消费量约为5亿吨，其中大部分是将植物原料经粉碎加工成粉状或颗粒状，便于分散在食物中供人们直接食用。香辛料的生长环境为土壤，泥土中存在各类致病菌;多数香辛料在夏季生长或收获，较高的环境温度和湿度非常适合细菌的大量繁殖。因此，加工后的香辛料成品，其微生物超标问题不容忽视。香辛料中的霉菌、大肠杆菌和酵母菌等是国家食品卫生标准的必检指标，并对菌落总数有严格的规定。香辛料的不规范干燥或运输也容易引起微生物污染，据全国市售调味品质量抽查，结果显示香辛料中的微生物污染普遍存在[1]，对未进行杀菌处理的产品进行抽样检验，有90%超过了国家食品安全标准[2]。为保证食品安全，香辛料的杀菌处理显得极为重要。

1 现有粉料杀菌的技术特点和缺陷

食品工业采取的杀菌方法主要分为热杀菌和非热杀菌两类。热杀菌主要有：蒸汽杀菌、微波杀菌、射频杀菌、电热杀菌等;非热杀菌主要有：辐照杀菌、紫外杀菌、脉冲电场杀菌、超高压杀菌、活性氧杀菌、等离子杀菌等。上述杀菌技术多数不适用于低水分、粉状的食品原料。巴氏杀菌、紫外杀菌等，杀菌不彻底、不均匀，根本达不到卫生标准;蒸汽杀菌、微波杀菌、活性氧杀菌等，对原料品质破坏严重。目前可用于粉料杀菌的技术主要有超高压杀菌、微波杀菌、辐照杀菌和蒸汽杀菌。

1.1 高压杀菌技术

高压杀菌，主要通过100-1000Mpa高压处理，使绝大部分微生物中蛋白质变性，从而杀死食品中的微生物，以达到保证食品安全的目的。高压处理与物料的性状无关可用于各类食品的杀菌，但在处理固态物料时需借助液体介质传递压力，且产品的处理量小、成本高，只适用于高价值食品的杀菌处理。近年来，日本、美国和欧盟等发达国家已将高压灭菌处理用于食品的商业化加工。目前的研究表明，高压灭菌能杀灭食品中常见致病菌，但对芽孢细菌难以到灭菌要求。

1.2 辐照杀菌技术

辐照杀菌，是一种非热杀菌技术，其利用电磁辐射过程产生的高能量电磁波杀灭食品中微生物，辐射波长越短杀菌效果越好，且可以对包装好的食品进行连续杀菌处理，因此适用于需长期保存的固态、低水分食品杀菌。但是，辐照杀菌后的食品安全因素和化学因素限制了该方法的应用。国际原子能组织（IAEA）、世界粮农组织（FAO）、世界卫生组织（WHO）的联合专家委员会于1980年提出：实际平均辐照剂量低于10KGy，才能保证辐照后的食品不存在放射线辐照的安全性问题[4]。但是，当辐射强度1～10KGy时，辐照杀菌降仅降低了食品中的细菌数量，并不一定能达到国家食品安全标准。只有当辐照强度20～50KGy时，才能达到商业灭菌要求[5]。目前研究者对高剂量辐照处理（20～50KGy）的食品是否会存在新的食品安全危害问题，一直未达成共识。食品经高强度辐照杀菌后，“辐照臭”非常明显，色泽、风味等物性发生了显著变化。香辛料风味的变化，严重降低了其商业价值。

1.3 微波杀菌技术

微波杀菌是一种非接觸式杀菌方式，通常微波频率在300MHz～300GMHz范围内。微波杀菌分为热效应、非热效应杀菌两种模式。热效应微波杀菌是通过微波产生的交变电场使食品中极性分子剧烈振荡，分子间相互摩擦生热，达到灭菌目的;非热效应微波杀菌是通过微波产生的电磁场作用于微生物中的极性分子，使其产生旋转效应，致使微生物的营养细胞失去活性，导致微生物死亡。微波杀菌具有杀菌速度快、时间短，保持食品营养和风味，杀菌均匀、节能高效等特点。但微波杀菌也存在一定的局限性，食品中的含水率过低则无法利用微波有效杀菌，且微波的边角效应会导致粉料局部过热而产生焦化问题。

1.4 蒸汽杀菌技术

蒸汽杀菌，是利用过热饱和蒸汽杀灭食品中的微生物。由于过热饱和蒸汽具有很强的穿透性，蛋白质、原生质胶体在湿热条件下变性凝固，酶系统遭到破坏，蒸汽进入细胞内凝结成水，能够放出潜在热量提高温度，更增强了杀菌力。蒸汽杀菌没有辐照残留等争议问题，是目前世界公认的粉料食品安全杀菌方法。但蒸汽杀菌持续时间过长会使物料有效成分、色泽损失严重。杀菌后的粉料食品还需再次干燥，否则难以达到货架期的安全水分。目前经蒸汽杀菌后物料的菌落总数最低为1×105CFU/g，尚未达到即食食品要求。

2 低压高频电加热与干热空气耦合的粉料杀菌技术

我公司与高校合作开发了基于低压高频电加热与干热空气耦合的杀菌技术，实现粉状香辛料流态化、连续的杀菌处理，原理如图1所示。主要技术手段为：采用食品级不锈钢，制作出两头有轴、中间无轴的螺旋输送器，输送器的每个螺距上布置3-4个抄板;在电机的带动下，螺旋输送器连续转动，实现先进先出的粉料流态化连续杀菌;在螺旋输送器两端施加低压高频电流（>20kHz），高频电流在螺旋输送器上产生集肤效应，即电流只在导体表面经过，导体快速升温实现粉料加热杀菌。螺旋输送器加热输送的同时，杀菌腔内同时喷射高温干热空气，实现粉料弥散化处理和外部杀菌、干燥同步，干热空气的用量仅为蒸汽杀菌的10%。通过控制加热温度、喂料量、进气量和杀菌时间，结合粉料杀菌模型知识库，可预测粉料杀菌后的菌落总数。

本技术电加热的特点为：直接将低压高频电源与金属螺旋输送器导通，产生集肤效应促其表面快速发热。这种加热方式可以很好地控制杀菌温度，减少控温不准导致的食品劣化问题。其作用效果与传统电热杀菌类似均为电能转换成热能，但热效率比普通电加热提高30%以上，且对杀菌原料的导电性、导热性无要求。优点有：（1）杀菌后的原料不会像辐照、化学杀菌那样产生有害物质;（2）可以准确控制杀菌温度和时间，不像蒸汽杀菌和介质加热杀菌那样传热滞后导致控温困难。

【参考文献】

[1]黄晓德，钱骅，陈斌，等.常用食用香辛料霉菌污染状况研究[J].中国野生植物资源，2015（6）：13-17.

[2]张春燕，蔡静平，潘峰.低水分辣椒粉带菌状况及控制技术的研究[J].食品科学，2007，28（1）：131-134.

[3]姚远，任大明.利用60Co-γ辐射杀菌技术生产无防腐剂调味品[J].中国调味品，2004（5）：14-16.

[4]施培新.食品辐照加工原理与技术[M].农业科技出版社，2004.

[5]涂顺明.食品杀菌新技术[M].中国轻工业出版社，2004.

[6]蔡健荣，杨军义，庄晓波，等.一种基于趋肤效应的香辛料热杀菌技术装备[J].中国农业科技导报，2015，17（5）：63-67.