肉制品高温杀菌替代技术研究进展

魏婧　李晴　马占强　王振宇

摘 要：肉及肉制品含有丰富的蛋白质、维生素、矿物质等多种营养成分，易使得微生物快速增殖导致缩短肉品货架期。传统热杀菌技术虽能杀灭食物中的细菌和致病菌，但存在食物营养成分被破坏等负面影响。新型杀菌技术的应用越来越受关注，本文综述辐照、超高压、微波、冷等离子体、超声波杀菌等其他技术的机制及在肉制品中应用效果，为肉制品高溫杀菌替代技术提供参考。

关键词：高温杀菌替代技术；肉制品；杀菌机制及应用

Research Progress on Non-High-Temperature Sterilization Technologies for Meat Products

WEI Jing1， LI Qing1， MA Zhanqiang1， WANG Zhenyu2，*

（1. Weifang Institute of Food Science and Technology， Weifang 261100， China;

2. Institute of Food Science and Technology， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100193， China）

Abstract： Meat and meat products are rich in various nutrients such as proteins， vitamins， and minerals， which can easily lead to rapid microbial growth and production and consequently shorten the shelf life of meat products. Although able to kill harmful or pathogenic bacteria in food， traditional thermal sterilization technology can produce negative effects such as the destruction of food nutrients. The application of new sterilization technologies has attracted more and more attention. This paper reviews the mechanisms and application of non-thermal sterilization technologies such as irradiation， ultra-high pressure， microwave， cold plasma， and ultrasonic sterilization to meat products. Hopefully， this review will provide a reference for the development of alternative technologies for high-temperature sterilization of meat products.

Keywords： non-high temperature sterilization technology; meat products; sterilization mechanism and application

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20230711-067

中图分类号：TS251.5                                        文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2023）09-0060-10

引文格式：

魏婧， 李晴， 马占强， 等. 肉制品高温杀菌替代技术研究进展[J]. 肉类研究， 2023， 37（9）： 60-69. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20230711-067.    http：//www.rlyj.net.cn

WEI Jing， LI Qing， MA Zhanqiang， et al. Research progress on non-high-temperature sterilization technologies for meat products[J]. Meat Research， 2023， 37（9）： 60-69. （in Chinese with English abstract） DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20230711-067.

http：//www.rlyj.net.cn

目前，肉制品在我国已有3 000多年的发展历史，占世界肉制品总产量的1/3，长久以来稳居世界首位，拥有全世界最具潜力、增长快速的肉类市场，且种类繁多。肉及肉制品营养价值高，含有丰富的蛋白质、维生素、矿物质等多种元素，是满足人体机能需求的能量来源。肉品虽然营养丰富，但生鲜肉、熟肉制品在生产、加工、运输等环节极易受到微生物的污染，从而引发食品安全问题[1-3]。如何延长货架期并保证肉制品品质，不受致病微生物和腐败菌的污染，是肉类科学一直研究的重点和难点[4]。目前，国内肉制品灭菌技术还局限于低温杀菌、高温杀菌等传统热杀菌技术，虽能消灭食品中的致病菌，保证食品安全，但是食物自身营养成分、感官品质等方面都会受到不良影响，从而不能够满足消费者对食品营养与美味的需求。近年来国内外高温杀菌替代技术即新型杀菌技术的应用获得了越来越多的关注，这些技术能更好地保持食品品质及营养特性，同时对外界环境影响较小，能有效杀灭腐败菌延长保质期。本文主要介绍辐照、超高压、冷等离子体、微波、超声波新型杀菌技术及其他控菌技术的机制，同时举例各技术在肉制品领域的应用效果，从而推进我国在肉制品高温杀菌替代技术方面的产业示范。表1比较了不同代表性杀菌技术的优缺点。

1 辐照技术

1.1 辐照技术及杀菌机制

辐照技术是辐射源产生的一定剂量的电离射线对包装食品进行辐射，射线能量使微生物细胞核内DNA被破坏进而导致微生物死亡，可进行延迟食物的生理过程（抑制发芽和推迟成熟），或对食物杀虫、灭菌等处理，从而达到贮藏保鲜。常用于食品的辐照源包括γ射线（由60Co和137Cs产生）、X射线（5 MeV以下）、电子束（由电子加速器产生）[13-14]。针对各种完整包装食品，一般利用穿透力最强的γ射线杀菌，而一些小包装或冷冻包装食品杀菌，会利用穿透能力相对较弱的电子束。

辐照杀菌在对食品照射过程中是通过两种作用来杀灭微生物（图1）：一是直接作用，指微生物细胞间质受高能电子射线（如X射线、Y射线等）照射后发生电离及化学作用，改变其生物化学性质，破坏结构；二是间接作用，指水分在辐射和发生电离作用下，产生各种如H3O＋、OH—、H＋游离基、H2O2（过氧化氢）等带电物质，再与胞内其他物质作用来破坏微生物结构。在以上直接和间接作用影响下，最终微生物细胞内生命活动停止而死亡[15]。

1.2 辐照技术在部分肉制品中的效果体现

20世纪50年代，英国、美国科学家就已经通过辐照杀菌技术对生鲜畜肉、禽肉、水产品等保质期、腐败变质进行大量研究[16]。熟畜禽肉类、冷冻包装畜禽肉类作为我国已批准的辐照食品品类，安全方面备受关注。我国现行GB 14891.1至GB 14891.8系列标准，允许熟畜禽肉类（熟猪肉、熟牛肉、熟羊肉、熟兔肉、盐水鸭、烤鸭、烧鸡、扒鸡等）辐照剂量为≤8 kGy、猪肉辐照剂量≤0.65 kGy、冷冻包装畜禽肉类辐照剂量≤2.5 kGy[17]，而早在1980年联合国粮农组织（Food and Agriculture Organization，FAO）、国际原子能机构（International Atomic Energy Agency，IAEA）和世界卫生组织（World Health Organization，WHO）联合组成专家委员会对辐照食品安全性进行全面调查后得出：辐射总平均剂量10 kGy的任何食品，不需做毒理学实验，无特殊营养和微生物危害。Munir等[18]根据相关毒理学研究表明，在一定辐照剂量下，辐照食品不会产生放射性物质和有毒物质，即引起食品组成的变化不会对人体健康造成危害。由于辐照来源不同，对肉制品中微生物生长的作用不同[19]，目前辐照杀菌技术在烧鸡、烤鸭、酱鸭、盐水鹅等中应用较多。彭玲等[20]发现酱卤鸡爪经杀菌效果明显，60Co γ射线、4.09 kGy剂量辐照处理对产品水分含量和蛋白质含量影响不显著。张洁洁等[21]研究60Co γ射線辐照杀菌对十珍鸭货架期的影响，发现6 kGy辐照处理可以保证产品90 d内微生物不超标，且理化指标、营养指标无显著变化。然而，过高剂量辐照会对食物的脂质和蛋白质产生显著不良影响，但借助包装材料、包装形式、贮藏温度、食品添加剂等方面措施，也能够抑制因辐照而导致的肉品劣变。表2所示为辐照技术对部分肉制品的作用效果。

2 超高压技术

2.1 超高压技术及杀菌机制

食品原料包装后，置于流体介质中（如水作为媒介物）装入超高压容器中密封，利用100 MPa以上的压力，在低温或常温下，改变食品中生物高分子物质如酶、蛋白质、淀粉等特性，使其分子失活、变性、糊化，并且可以改变微生物的细胞形态、细胞壁的生物聚合物和非共价键，抑制酶活性来杀灭细菌和其他微生物[27-28]，从而达到食品灭菌保藏和加工的目的，这种技术为超高压技术。目前在替代高温加工杀菌技术领域中，此技术商业化程度较高[29]。对于加工后保存的食品，高压处理与传统的热加工相比，能够更好地保留食品特性，主要是感官特性、营养价值，同时抑制微生物生长，从而提高安全性和延长保质期[30-31]。超高压处理对微生物细胞的影响如图2所示。

2.2 超高压技术在部分肉制品中的作用效果

肉制品作为我国消费食品一大主流，食用安全性、口感、色泽备受关注。利用超高压技术处理肉制品，肉制品营养价值、成品色泽、保水程度等显著增强[33]。目前日本、美国、法国等已经通过大量研究将高压技术成果应用到食品加工的商业化生产中[34]，此技术在我国肉类工业中的应用正在进行。肉品的主要风味来源于蛋白质水解产物肽和氨基酸，高温对热敏性风味物质作用导致产品出现高温蒸煮味而发生劣变。研究显示，超高压处理能促进蛋白质水解，不仅能促使肉类风味物质的增加，也能够使呈味物质种类和含量增加，这样肉制品整体风味品质提高[35]。此外，经高压技术处理食品后，食品中的细菌细胞结构受损（如细胞壁、细胞膜通透性破坏），细胞质流失，同时抑制酶的活性和DNA等遗传物质的复制，破坏蛋白质氢键、二硫键和离子键的结合，最终造成微生物的死亡而达到灭菌的效果[36-37]。张建[38]利用超高压对烤乳猪进行处理，随处理时间的延长烤乳猪中的菌落总数得到有效控制。超高压处理还能对肉品品质起到提升作用，邱春强等[39]研究显示，压力300～400 MPa、保压时间20 min时，鸡肉自身蛋白质凝胶性增强，口感有嚼劲，肉质达到最佳。表3总结了超高压技术对部分肉制品的作用效果。

3 微波技术

3.1 微波技术及杀菌机制

微波是指频率在300 MHz～300 GHz之间的电磁波，基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收 3个特性。20世纪40年代，微波能就作为应用科学而诞生，到了20世纪70年代时，我国开始展开对微波技术的研究与开发，涉及多种领域并已被广泛应用（冶金、化工、食品加工）[44]。

食品工业中所用的微波频率较多使用915 MHz（食品加工）和2 450 MHz（微波炉）[45]。微波杀菌作用分热效应和非热效应[46]，机理主要是食品中的蛋白质、活性物质在两种效应的协同作用下被破坏，使微生物生长变异直到完全死亡。热效应是在微波场中，食品内的极性分子（蛋白质、脂肪、碳水化合物、水等）定向排列，且发生剧烈振动或翻转，分子之间相互摩擦，产生大量的热量导致食品内部温度上升，微生物蛋白质、核酸等大分子就会变性或失活。另外，非热效应是微波的介电感应生物效应，能够影响细胞膜周围电子和离子浓度，细胞膜通透性被改变，高频电场引起的遗传基因（RNA和DNA）在高频电场的作用下发生基因突变或染色体畸变，甚至断裂。以上都会对导致微生物被破坏，达到杀菌作用。

3.2 微波技术在部分肉制品中的效果体现

微波杀菌是新型杀菌技术中的一种，可应用于粉状、膏状、液态和固体状等多种状态下的食品体系中。微波灭菌在肉制品加工中应用广泛，具有节省灭菌时长、设备体积占用车间空间小、便于连续化生产、操作简便等特点。同时微波杀菌可通过改变灭菌时间、微波功率等因素来控制肉制品中心温度，从而使产品营养风味最大程度保留且达到理想的杀菌效果。潘志海等[47]研究微波在即食小龙虾中的应用发现微波能够快速穿透小龙虾甲壳，使其整体加速升温，利用微波的高温短时杀菌来保持小龙虾品质且常温下延长保质期至6 个月。市售扒鸡多以散装为主，但因货架期短易腐败变质，席益民等[48]利用气调包装德州扒鸡结合微波杀菌实验表明，保质期在冷藏条件下能够延长到30 d，菌落总数在30 000 CFU/g以内，同时不会影响扒鸡品质（表4）。

4 冷等离子技术

4.1 冷等离子技术及杀菌机制

等离子体是由任何气体在高电压或其他形式能量激发下产生的一种部分或完全电离的气体，通常被称为物质的第4种状态，组分包括正负离子，自由电子，含有活性氧、活性氮等活性粒子以及未激发的分子、原子、紫外线光子等[53-54]。

冷等离子体是一类温度接近室温（30～60 ℃）的等离子体[55]。其产生过程分为两个阶段：第1阶段为电子碰撞阶段，指电、热、电磁波给予电子能量后，发生振动、激发、解离、电离、俘获；第2阶段为重粒子碰撞阶段，指粒子（如氮气、氧气）与电子发生碰撞，产生臭氧、羟自由基和氮氧化物类等活性物质[56]。现阶段，冷等离子体处理的形式多样，除等离子设备直接处理外，还可以通过等离子体活化溶液进行间接处理，如等离子体活化水[57]、等离子体活化乳酸[58]等，也可以同其他技术联用，效果更佳[59]。在食品应用中，包括直接处理、活化植物匀浆、活化植物蛋白溶液等形式，活性粒子在气相、液相和作用于食品也会发生复杂的传质和转化[60]。冷等离子体中带电粒子和活性物质都具有杀灭多种腐败微生物的作用，但气体中氧气、氮气被冷等离子体激发时，形成的含氧和含氮自由基具有高氧化活性，在肉制品品质会产生一定影响，程度与处理样品种类、处理条件等相关[61]。

4.2 冷等离子体技术在部分肉制品中的效果体现

从20世纪60年代至今，等离子体在食品领域中的应用表明，它具有良好杀菌效果。冷等离子体的放電系统有介质阻挡放电（dielectric barrier discharge，DBD）、电晕放电、辉光放电、高频放电、大气压等离子体射流（atmospheric pressure plasma jet，APPJ）等[66]，在肉类加工中最常见的冷等离子体放电系统是DBD和APPJ[67]。黄现青等[68]使用1 个标准大气压的低温等离子体处理，在第3天酱卤鸭腿中的菌落数超过了酱卤肉制品的国家标准规定限值4.90 CFU/g，杀菌效果最好，延缓酱卤鸭腿腐败变质，延长保质期，同时保证了酱卤鸭腿的品质。郭依萍等[69]探究气调包装（modified atmosphere packaging，MAP）协同冷等离子体处理对狮子头品质及货架期的影响发现，初始微生物数量降低0.70～1.56（lg（CFU/g）），经处理后狮子头中挥发性有机化合物增加（庚醇、1-己醇、1-丙醇、2-癸酮及壬酸等），保持了狮子头的品质，且延长保质期。冷等离子技术对部分肉制品的作用效果如表5所示。

5 超声波技术

5.1 超声波技术及杀菌机制

超声波是一种将电能转化为机械能的机械波，其传播速度受介质性质影响，一般分为空化效应、机械效应和热效应，在食品生产、食品改性和食品分析等方面被广泛应用[74-75]。声空化效应是指超声波在液体介质传播时，介质中存在的空隙和小泡发生共振现象，而后在声波的稀疏和压缩阶段发生胀大、收缩到最后湮灭，此过程能产生上千度的高温和数百至数千个大气压的高压[76]。此时，水分子氧化分解生成高活性的自由基即OH—和H＋，分子的声分解及溶剂、溶质结构发生改变[77]，微生物引起的腐败变质得到控制[78]。机械效应则是超声波在介质中连续传播且振动频率高，使得介质质点在波面上剧烈运动获得巨大加速度及能量，对介质结构产生破坏作用[79-80]。同时，超声波在介质传播机械振动过程中由摩擦生热、对外部能量的吸收、空化气泡爆破产生的高温等是产生热效应的主要原因[81]。这3 种效应也是导致微生物细胞膜完全破裂直至失活死亡的主要原因[82]。此外，超声波会使食品组织结构受到一定破坏，加速介质快速渗透到食品原料内部。相对于其他食品加工方式，超声波具备简单、杀菌速度快、对人和物无伤害、安全性高等优势。

5.2 超声波技术对在部分肉制品中的效果体现

超声波辅助加工可提高热传导率，较传统热加工能够缩短加工时间，在可改善产品蒸煮损失、肉色得到保持、风味保留良好等方面发挥重要作用。研究表明，超声波技术在肉制品热加工（煎炸、蒸煮）过程中可通过促进自由基产生、改变肉品微观结构等，从而对感官特性产生影响。Wang Yan等[83]在超声波辅助油炸肉丸研究中发现能够提高产品得率，感官评价结果优于未经超声处理的样品。由于超声波作用能够提供连续不断的能量，热加工中辅以超声波处理在提高肉制品挥发性化合物种类和含量的同时，可使微生物细胞结构受到破坏，导致微生物数量极大降低，从而延缓贮藏期脂质氧化进程，延长产品货架期。张磊等[84]研究超声波杀菌对小包装卤牛肉微生物的影响发现，超声波处理时间为15～20 min时，菌落数下降较快，说明此时超声波提供的能量迅速杀死大量微生物，而延长至35 min时，菌落数趋于平缓，原因是处理时间到一定程度，空化效应作用达到饱和。超声波技术对部分肉制品的作用效果见表6。

6 其他技术

食品工业新型杀菌涉及到物理学、电子学、化学、微生物学和工程技术等多个学科，是典型的交叉学科。除上述替代传统热杀菌技术外，如利用电解水、高密度二氧化碳、紫外照射、脉冲光照射、高压脉冲电场等新型杀菌新技术在食品中的应用研究范围比较广泛，不仅在肉制品中得以应用，在果蔬、谷物、乳蛋制品、水产品等其他领域也被广泛研究使用[89-93]。除此之外，早在1976年由德国肉类研究中心微生物和毒理学研究所所长Leistner首次提出的一套食品加工过程中采用不同防腐技术来抑制微生物产毒，阻止腐败菌、致病菌生长，达到延长保质期的抑菌技术——栅栏因子理论。通常利用不同栅栏因子作用于各杀菌技术来发挥协同作用，

对食物中微生物细胞进行逐一破坏，改变微生物内部系统的稳定性。其中，栅栏因子包括温度处理（T，高温、低温冷藏）、酸度（pH值）、降低氧化还原电位（Eh）、防腐剂（Pres，乳酸链球菌、山梨酸钾等）、水分活度（高水分活度、低水分活度）、压力（P，高压、低压）、包装（真空包装、无菌包装、涂膜包装等）、竞争性菌群（乳酸菌等有益菌固态发酵法等）等。不同技术对部分肉制品的效果见表7。各技术在肉制品应用中的规律还有待探究，尤其是结合现

代技术多重作用是未来肉制品温和保鲜技术发展的一大方向。

7 结 语

我国正处于经济发展模式转型和战略性结构改变过程中，针对以往传统杀菌技术的应用局限性，新型杀菌技术便成为食品加工领域的一大热点，新型杀菌技术是在保持食品感官品质、營养特性的前提下杀菌保鲜、延长保质期的技术，其在加工工艺方面如原料冷冻解冻、处理干燥、保水赋味腌制、降低食品致敏性等方面也显示出独特优势[87-91]。

肉及肉制品的杀菌是食品研究面临的一大挑战，这些新型杀菌技术不仅能使腐败微生物被杀灭、延长肉制品货架期，还能保持肉类风味，为肉类加工行业的发展提供保障，在实际生产中具有一定的推广价值，可满足中小企业提高产品质量的需求。但目前有些技术仍然处于实验研究阶段，作用机制尚且研究不深，甚至存在一些负面影响，如投资昂贵（高压脉冲电场技术等）、食品法律法规不健全等，不适用于商业化生产。未来研究新型杀菌技术，可从确定不同杀菌技术对不同肉类杀菌的参数条件、杀菌机理和品质影响作用、相关杀菌设备，以及结合其他技术（减菌、抗菌等）发挥协同作用等方面出发，同时结合现有理论基础系统、深入研究并应用推广，注重深度挖掘、开拓创新，推进杀菌技术在肉及肉制品加工中的转化和应用，增强我国肉及肉制品加工产业的国际竞争力。

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收稿日期：2023-07-11

基金项目：潍坊食品科学与加工技术研究院财政基金科研专项（WFIFST-2022-02）

第一作者简介：魏婧（1989—）（ORCID： 0009-0008-6765-6975），女，硕士研究生，研究方向为农产品加工。

E-mail： 15846542848@163.com

*通信作者简介：王振宇（1981—）（ORCID： 0000-0003-4478-1710），男，研究员，博士，研究方向为农产品加工。

E-mail： wangzhenyu@caas.cn