食品杀菌新技术应用研究进展

胡荣华，谭 波

（贵州省检测技术研究应用中心，贵州贵阳 550014）

在食品生产加工过程中，导致食品污染的原因有很多，包括食品原料、加工设备设施、环境卫生、加工工作人员等方面。近年来，食品行业通过热杀菌、添加防腐剂等方式对食品进行灭菌，从而保证食品品质并延长货架期。热杀菌技术容易造成食品营养物质的流失，而过多的添加化学防腐剂也会危害人们的身体健康。随着生活水平的不断提高，人们对食品的需求已向安全、营养、健康等方向发展，因此能够保证食品安全和营养的物理杀菌新技术脱颖而出并受到食品行业的广泛关注。

1 食品杀菌新技术

1.1 高压脉冲电场杀菌技术

高压脉冲电场杀菌技术是一种新兴、可持续、环保的食品加工技术，被认为是21 世纪食品加工技术发展领域中的新技术之一[1]。此技术本身是一种非加热型杀菌技术，处理后的食品与新鲜食品在品质上差别很小，杀菌效果也能达到商业无菌要求，对于生产质量较高、保质期稳定的食品有深远的影响[2]。针对高压脉冲电场杀菌技术的原理说法不一[3]，电穿孔理论就是细菌细胞膜在高压脉冲电场下，双分子层对水、离子和其他小分子的渗透性增加，从而在细菌细胞膜上形成小孔通道，水孔、单个膜脂和蛋白质相互作用，使微生物失去活性，达到杀菌的目的。电崩解理论认为微生物细胞膜在高压脉冲电场下，阴阳离子形成的电位差使微生物细胞膜通透性增加，从而在细胞膜上形成小孔，当膜电位差足够大时，细胞膜被瞬时电流分解破坏，从而达到杀菌的效果。近年来，在高压脉冲电场杀菌技术研究中的试验设备方面取得了重大的突破，为高压脉冲电场杀菌技术的相关基础研究和应用支撑研究提供了基础。高压脉冲电场杀菌技术作为一种新型的食品非热杀菌技术，受到美国、德国、法国等国家的广泛重视。Origin juice 公司采用高压脉冲电场杀菌技术生产果汁，得到了美国食品药品监督管理局的认证[4-5]。为满足人们对食品风味、营养、健康等高质量生活的需求，并使高压脉冲电场杀菌技术能够在实际生产中得到应用，研究者通过大量的研究解决了食品加工工艺参数问题，有助于高压脉冲电场杀菌技术得到更近一步推广。

1.2 微波辅助热杀菌技术

微波辅助热杀菌（Microwave Assisted Thermal Sterilization，MATS）技术是将热能和微波有效结合起来对食品进行杀菌的技术。在MATS 系统中，915 MHz 的微波能量与加压热水浴相结合，能够对高分子包装材料中的食品进行杀菌。此技术可以消除包括细菌孢子在内的病原体，以达到延长食品货架期的目的，并且不会影响食品的营养品质和风味[6]。食品在微波条件下进行热处理过程中，食品中的组成成分表面和内部同时吸收微波能，温度快速升高，从而达到杀菌的目的。且该过程能避免食品过度加热，减少食品品质流失。在PÓŁTORAK 等[7]比较了采用常规蒸汽炉与微波-对流烤箱烤焙牛肉对牛肉品质的影响。结果发现，与常规焙烤相比，低强度微波与对流相结合不仅能够缩短烹调时间，还能改善肉的嫩度。MARSZAŁEK 等[8]的一项研究表明，与巴氏杀菌（90 ，15 min）相比，微波加热（20 kW，120 ，时长12 s）能更好地保持草莓泥的原始品质。从以上的两种实验的杀菌效果可以看出，与传统杀菌方法相比，微波辅助加热杀菌不仅杀菌时间短，还能保持较好的食品品质。现今微波辅助加热杀菌技术在固体半固体食品杀菌处理中具有广阔的应用前景[9]。

1.3 低温等离子体杀菌技术

低温等离子体杀菌技术是一种新兴于传统加热杀菌技术后的食品非加热杀菌技术，该技术具有温度低、时间短、损伤小、残留物少及无污染等优点。相较于传统的热杀菌技术，低温等离子体技术在杀菌过程中具有安全、高效，以及产生的活性物质能高效杀菌且不易残留等特点[10]。低温等离子体技术原理是原子、离子和自由基在电离作用下获得能量变成激发态原子、离子和自由基，致使食品中微生物受到抑制或破坏，从而达到灭活酶和破坏微生物细胞的杀菌目的。在实际应用中，低温等离子体杀菌技术还存在工艺上和技术上的局限。由于低温等离子体杀菌设备较为昂贵，在一定程度上增加了生产加工成本，限制了该技术推广和发展。等离子体的较差穿透能力也使该技术在应用上受到了一定的限制，同时电场、磁场、光场、电磁场也会影响低温等离子体杀菌效果。该技术参数范围很大、操作过程复杂。即使该技术存在以上不足，但等离子体技术仍可应用于食品、包装材料和设备以及种子、肥料、水和土壤等农业资源的消毒[11]。相信随着科学技术的不断发展，生产加工工艺技术问题将能得到解决，在食品加工领域，低温等离子体杀菌技术将有更大的发展前景。

1.4 辐照杀菌技术

辐照杀菌技术是一种不需要加热、成本低、操作简单、射线穿透能力相对较强以及均匀性好的新型杀菌技术。该技术常温下在不破坏食品自身成分和外包装的情况下，可杀死微生物，既避免了食品加工生产存在的交叉污染问题，又能够更好地保留食品自身的风味和营养成分，甚至还能够在零度下的情况下对已冻结的食品进行辐射杀菌，同时不留下任何残留物质。王少丹等[12]研究了青椒表面的食源性病原微生物的杀菌能力受到高能电子束辐照的影响，该研究使用新鲜现切的青椒作为实验材料，使用不同剂量的电子束单独处理，并使用柠檬酸、酸化亚氯酸钠分别结合1 kGy 能量的电子束处理后比对食源性病原微生物数量以及新鲜现切的青椒的生理品质的变化。结果表明，酸化亚氯酸钠结合1 kGy 能量的辐照处理能够有效杀灭实验材料表面的病原性微生物，且实验食品的感官品质没有受到影响。也有研究者研究不同辐照剂量对大米中菌落总数、霉菌和酵母菌以及大肠杆菌的杀菌效果，结果表明随着辐照剂量的增大，其对大米中微生物杀菌效果越好[13]。食品辐照杀菌技术具有很好的杀菌效果，在食品行业有着重要的地位和更广阔的发展前景。

1.5 超高压杀菌技术

超高压杀菌技术在处理过程中采用液体介质，易于实现均匀、低耗、瞬时消毒等效果。超高压杀菌的原理是通过破坏微生物细胞膜结构，使微生物细胞发生不可逆转的损伤，细胞内物质外流导致了微生物死亡，同时高压下由非共价键如氢键、离子键和疏水键三维结构构成的酶活性蛋白质被破坏，酶活性受到到了抑制，从而导致酶丧失活性，以达到杀菌效果[14]。超高压杀菌技术不仅能耗低、杀菌效果较好，而且能使食品的风味品质得到保证。在应用方面，有学者利用超高压对双孢蘑菇的杀菌效果进行研究，结果发现在400 MPa 作用2.5 min 即可将霉菌和酵母完全杀灭；300 MPa 作用2.5 min 可以完全杀灭双孢蘑菇中的大肠菌群[15]；300 MPa、10 min 的作用下，鲜切雪莲果片的菌落总数与对照实验相比减少了5 个对数值[16]。由此可知，超高压灭菌是一个复杂的过程，不同的食品应采用不同的杀菌参数。目前超高压杀菌应用于食品加工中，并逐步受到食品加工行业的关注。

1.6 超声波杀菌技术

超声波杀菌技术在食品加工领域是一种快捷、可靠、通用的绿色技术，不仅有助于保障食品安全，而且在提高产量和质量方面有一定的优势。超声波杀菌通常用于液体食品或以液体为介质的食品，原理是超声波设施产生的波在液体物质中形成气泡，超声波能量增加，气泡增加到一定程度会出现破裂并产生波能力，从而引起液体物质快速升温、压力增大并生成自由基，在多种因素作用下，酶失活、细胞膜裂解导致细胞死亡，从而起到杀死细菌和保鲜的作用[17]。丘苑新等[18]用固定频率的超声波作用后经60 Co 辐照对番茄酱进行复合作用,通过二次旋转实验设计，采用不同超声波作用的时间、功率、辐照的剂量，以乳酸菌和细菌总数两个微生物指标来考察其复合杀菌能力。结果发现，当超声波功率为120 W、辐照剂量为7.05 kGy、作用时间为20.8 min 时，总细菌的灭菌效果能够达到99%；当超声波功率为120 W、辐照剂量为7.11 kGy、作用时间为16 min 时乳酸杆菌的灭菌效果能到达到98%。经过超声波作用后的番茄酱可以在较低的辐照剂量下获得显著的杀菌效果，从而保证食品安全。因此，超声波杀菌技术和其他杀菌技术相结合应用于食品加工中会有更好的发展前景。

2 食品杀菌新技术应用研究现状

不同的杀菌技术针对不同类别的食品产品时灭菌效果不一，表1 列举了高压脉冲电场杀菌技术、微波辅助热杀菌技术、低温等离子体杀菌技术、辐照杀菌技术、超高压杀菌技术和超声波杀菌技术6种食品杀菌新技术目前的应用研究效果。

表1 食品杀菌新技术在常见食品杀菌应用研究效果

3 结语

随着居民生活水平不断提高，人们对于美好生活、高品质消费的需求逐渐提升，人们对食品安全、健康更为重视，各种食品杀菌新技术在食品工业中得到了一定程度的应用。与以往食品杀菌技术相比，食品杀菌新技术不仅杀菌时间短、杀菌效果显著，而且对食品本身营养和品质几乎无影响，将会成为杀菌技术新的研究领域。目前有些灭菌技术设备成本高、生产加工工艺参数难控制，限制了新灭菌技术的广泛应用，相信随着科学技术的提升，以及研究者对各杀菌新技术最优杀菌参数以及不同灭菌技术对食品的杀菌机理和质量影响机理的研究，新兴食品杀菌将会得到广泛应用。