杀菌技术在食品加工中的应用进展

2021-03-05郭志芳杨雯雯

现代食品 2021年7期

◎ 郭志芳，杨雯雯

（漯河职业技术学院，河南漯河 462002）

当前社会中食品安全问题频频发生，人们也开始重视关注食品杀菌技术。热杀菌作为传统的杀菌技术会导致食品的颜色、气味等方面发生改变，无法满足当前人们对于食品的高要求。针对这种情况，近年来国内外不断研发出各种高新杀菌技术，如脉冲强光杀菌技术、微波杀菌技术、超高压杀菌技术等，不仅可以做到高效杀菌，保证食品的安全，不会出现微生物，同时也能保持食品本身的色香味。本文简述了5种主要杀菌技术的杀菌原理及应用，希望有助于我国食品加工行业杀菌技术的更新和应用。

1 超高压杀菌技术

1.1 超高压杀菌技术原理

超高压杀菌技术（Ultra-high pressure technology，UHP），又称为高压技术或高静压技术，是指将食品放于柔性容器内，再将其放于压力系统中，以水为传压介质，通过100 MPa以上的压力实现对食品杀菌的目的。目前来看，国内外的超高压杀菌技术体系均不成熟。这种杀菌技术主要是利用了高压力下可以使微生物死亡的原理，同时闫吕美子等研究表明，高压可以致使微生物发生结构变化或是生物化学反应，进而改变微生物原有的生理机能，最后致使微生物死亡[1]。

1.2 超高压杀菌技术的应用

超高压杀菌技术主要应用于果蔬类杀菌，相关研究数据表明，果蔬类的成分及微生物的种类可以影响到超高压杀菌技术的效果，主要是温度、压力上的差异，我国学者南家莲通过研究得出了不同果蔬类型通过超高压杀菌技术的最佳工艺，并且其认为建立超高压杀菌动力模型有助于合理控制果蔬杀菌过程[2]。

对于各类乳制品，超高压杀菌技术可以灭杀其中大部分微生物，同时还可以有效保留其活性成分、维生素等，但是其会一定程度上影响乳制品中的蛋白质，对此还需要加大研究力度。

对于肉类，超高压杀菌技术可以与添加剂等有效结合以研究出最为实用的超高压杀菌条件。同时肉类制品体系较为复杂，只有通过不断的研究积累大量的杀菌参数才可以做到有效实现商业化。此外，肉类杀菌过程中仍有许多问题需要加深研究，诸如杀菌引起肉类制品蛋白质结构改变、颜色变化等。

2 低温等离子杀菌技术

等离子体是物质的第四种状态，其是由电子、自由基、离子等构成的一种电中性物质。低温等离子体（Non-equilibrium Plasma）在放电过程中，即便电子温度显著升高，但其重粒子温度却极低，使得整个体系对外呈现出明显的低温状态，一般也被称之为冷等离子体。

2.1 低温等离子杀菌技术原理

通常情况下，低温等离子杀菌机制与其自身所带活性物质有关，微生物受到带电粒子的冲击可以导致自身蛋白质等物质受到破坏，致使微生物死亡。

2.2 低温等离子杀菌技术在食品工业中的应用

低温等离子杀菌技术可以有效灭杀多种真菌、病毒等，然而不同的方式最后生成的低温等离子结构也不相同，使杀菌效果略有差别。当前这种技术在国外已经被广泛应用于食品加工行业，尤其是食品表面、液体食品表面等。我国学者刘悦通过多次研究发现，低温等离子体可以在极短的时间内杀死液体食品内的各种病原菌，并且在实验过程中低温等离子体可以使牛奶内的细菌数量显著降低，对牛奶自身的活性成分影响较小。低温等离子杀菌技术十分适用于液体食品，杀菌效果良好的同时可以有效保留液体食品的活性成分及新鲜度。此外，等离子杀菌技术在食品包装过程中也有重要的应用意义[3]。

低温等离子杀菌技术具备时间短、易操作、绿色灭菌的多种特点，但是其作为一种高新灭菌技术，在实际应用过程中存在不少问题，如含有化学残留、工艺复杂等。同时其过于依赖先进的科学设备，与传统杀菌技术相比缺乏了成本优势。

3 纳米颗粒杀菌技术

所谓纳米颗粒，是指三维空间上至少有一维尺度小于100 nm的材料，其颗粒多为球状，由非常少的原子簇或分子簇构成。

3.1 纳米科技杀菌技术原理

纳米颗粒蕴含一定的毒性机制，包括纳米颗粒会覆盖在细胞表面影响细胞膜功能的发挥；纳米颗粒可以损伤菌体的外膜；纳米颗粒可以引起膜的通透性改变，导致菌体内部代谢紊乱；王秀珍在研究中发现，纳米颗粒可以进入细胞内部破坏蛋白质和核酸；纳米颗粒可以有效阻断细菌获得生命能量的途径[4]。

3.2 纳米科技杀菌技术在食品工业中的应用

纳米颗粒作为一种新型的抗菌剂被大量用于食品杀菌及保鲜过程中，但目前对于纳米颗粒的认知仍然较为片面，缺乏对其生物毒性的认知，因此我国对于纳米技术的研发还有很长一段路要走。研究数据表明，纳米颗粒与抗生素相结合可以有效提升抗菌效果，十分有助于联合抗菌剂的研发使用，为对抗多重耐药菌打提供了研发新思路。当前的各类食品包装中，逐渐出现了纳米增强型材料为基础的新型食品包装。此外，纳米复合增强型包装的研发主要是基于纳米颗粒小、活性高的特性，除了能有效强化原有功能外，纳米颗粒还有着抗菌活性的新特性，如纳米银，其可以应用于烹饪器具上，可以有效起到杀菌的作用。

其中纳米颗粒的抗菌活性主要有2个影响因素：①纳米颗粒本身的物理化学性质，如浓度、形状、大小等，种种因素都能影响到纳米颗粒抵抗细菌的效果，不同程度的物理化学性质导致的杀菌能力也不尽相同。②微生物种类不同，其细胞壁结构也不相同，存在着较大差异。例如，有的细菌细胞壁结构复杂不易被纳米颗粒入侵，有的细菌细胞壁结构简单则容易被纳米颗粒入侵。基于此在未来对于纳米科技的研究中还需要科研人员更加全面的了解纳米颗粒的相关特性及其抗菌机理，研发出更加高效安全的纳米杀菌技术，更好的应用于食品安全控制工作中。

4 酸性电解水杀菌技术

电解水（Electrolyzed Water）也被称为氧化还原电位水或电解离子水，是指于特定装置内电解食盐得到的产物，并在电解之后形成氢氯化钠、次氯酸钠及次氯酸等物质。

4.1 酸性电解水杀菌技术原理

酸性电解水杀菌技术主要运作原理与其自身富含的活性氧、pH值及有效氯含量有关，其中主要的杀菌因素是有效氯含量。王菲菲在研究中认为，酸性电解水中富含的活性氧可以与氨基发生反应，从而破坏细胞膜进入其内，并且破坏菌体内部的链状结构，使蛋白质无法有效合成，进而杀死微生物[5]。同时酸性电解水的高ORP（氧化还原电位）和低HP（氢离子浓度指数）值均不符合微生物的生存需求，可以导致微生物的细胞电位发生变化，致使细胞肿胀，内部物质溢出，最终杀死微生物。

4.2 酸性电解水在食品工业中的应用

我国目前已经做到酸性电解水杀菌技术的大范围普及，其主要被应用于肉制品、蛋制品、果蔬及水产品中。水果蔬菜类表面的细菌可以有效被酸性电解水灭杀，同时还可以很好的保证水果的活性物质和硬度，大大降低其腐烂速度，起到保鲜的作用。利用喷涂的方式将酸性电解水用于蛋类及肉类表面，可以有效起到杀菌的作用。近年来我国为了有效提高各类水产品的食用安全，也将酸性电解水杀菌技术推广到了水产品加工行业中的各个环节。沈海亮等研究的数据表明，酸性电解水能够在极短的时间内扼制微生物的繁殖，可以有效延长水产品的冷冻期[6]。

此外，相比于其他杀菌剂，酸性电解水相对而言拥有操作便捷、应用广泛、成本低等多种优点。但是酸性电解水杀菌技术的应用还面临着一些问题，如其杀菌活性成分非常容易被阳光、空气等媒介影响，特别是有效氯含量作为主要的杀菌成分容易被光照降解。对此，为有效延长酸性电解水的杀菌效果，我国许多学者开始将目光转向固态电解水的研究，以求增强其杀菌效果及保存方式。我国学者陈多珍的研究团队通过电解水镀冰衣技术加以金枪鱼为原料进行研究，其研究发现pH值4.5的酸性电解水镀冰衣于80天冷冻期内，可以有效的灭杀金枪鱼肉内部的细菌。通过该研究能够发现电解水冰技术打开了一扇研究全新储藏方式的大门，电解水高效的杀菌效果可以有效取代自来水冰[7]。

在未来对于电解水杀菌技术的研究应当将目光转向如何将其进一步应用到食品加工行业、如何制造出大型的电解水装置、如何有效提高酸性电解水的稳定性使其不易被降解以及如何在确保杀菌的同时尽可能的降低对食品的影响，这些都是需要解决的问题。

5 噬菌体杀菌技术

5.1 噬菌体杀菌技术原理

当前我国应用的噬菌体杀菌剂主要分为两种，一种是活体噬菌体制剂，也是最为传统的噬菌体制剂；另外一种为噬菌体裂解酶制剂，科研人员在研究中发现噬菌体杀菌的关键之处在于其产生的裂解酶，可以有效地水解细菌细胞壁，起到杀菌的作用。

5.2 噬菌体杀菌技术在食品工业中的应用

目前噬菌体主要通过两种方式控制菌体，一种是其分离之后所得到的噬菌体直接控制目标菌体；另一种是在得到目标菌的噬菌体之后获得其裂解酶，利用裂解酶来控制目标菌。但是吴雅静发现，噬菌体具有的转导作用及溶源特性很可能引起宿主的外表变化，甚至增强宿主的毒性，对此就需要科研人员挑选合适的噬菌体以提高其安全性，并且针对噬菌体制剂与其他杀菌技术相结合进行研究[8]。