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殺菌技術(shù)在食品中的應(yīng)用

在食品加工和生產(chǎn)中，通過(guò)食品殺菌技術(shù)，可以抑制微生物生長(zhǎng)或殺滅微生物，從而達(dá)到改善食品品質(zhì)、延長(zhǎng)食品貯藏期、保證食品安全的目的。然而運(yùn)用不同的殺菌技術(shù)，也會(huì)對(duì)食品產(chǎn)生不同的色澤、風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的變化。食品加工和生產(chǎn)過(guò)程中，想要最大限度地保持食品天然的色、香、味的特點(diǎn)，選擇怎么樣的殺菌技術(shù)比較好？食品殺菌技術(shù)有幾種？

01傳統(tǒng)熱殺菌技術(shù)

傳統(tǒng)熱殺菌技術(shù)的本質(zhì)是依靠燃燒燃料或電阻加熱在食品外部提供熱能，通過(guò)傳導(dǎo)和對(duì)流將熱能轉(zhuǎn)移到食品內(nèi)部，從而達(dá)到殺菌和鈍化酶的目的。食品加工中常用的有巴氏殺菌和滅菌。

1）巴氏滅菌

巴氏殺菌指能夠殺死食品中幾乎所有的病原菌的熱處理強(qiáng)度。熱處理程度視目標(biāo)產(chǎn)品中對(duì)象菌的耐熱性而定。

應(yīng)用：

>>在乳制品生產(chǎn)中，巴氏殺菌是最主要的熱處理方式（63℃/30min或72℃/15s）?？偊?/span>-乳球蛋白變性率和糠氨酸含量是國(guó)際奶業(yè)普遍用來(lái)評(píng)估奶和奶制品品質(zhì)的2個(gè)重要指標(biāo)，與其他滅菌方式比較，巴氏殺菌乳中這2個(gè)指標(biāo)均為最低。

>>巴氏殺菌乳在冷藏條件下（≤10℃）貨架期一般為10d，其風(fēng)味、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和其他性質(zhì)與新鮮原料乳差異很小。

>>除乳制品外，巴氏殺菌在啤酒、果汁等食品的加工中也有很多應(yīng)用。

2）滅菌

滅菌指能夠殺死食品中包括芽孢在內(nèi)的幾乎全部微生物的熱處理強(qiáng)度。滅菌處理的強(qiáng)度比巴氏殺菌高。

應(yīng)用：

在乳制品加工中，瓶?jī)?nèi)滅菌乳一般采用110℃處理30min，可滅活乳中全部的酶類，但并不能完全滅活微生物產(chǎn)生的脂酶和蛋白酶；使一些維生素含量降低；可引起乳蛋白（包括酪蛋白）的一些變化；可使乳的pH值降低約0.2個(gè)單位；而且還容易產(chǎn)生美拉德反應(yīng)導(dǎo)致褐變及一些賴氨酸的損失。

02新型熱殺菌技術(shù)

理想的熱殺菌效果應(yīng)該是，在熱力對(duì)食品品質(zhì)的影響程度限制在最小條件下，迅速而有效地殺死存在于食品物料中的有害微生物，達(dá)到產(chǎn)品指標(biāo)的要求。超高溫殺菌、微波殺菌和歐姆殺菌是達(dá)到這一理想效果的新途徑。

1）超高溫殺菌

超高溫殺菌指加熱溫度為135~150℃，加熱時(shí)間為2~8s，加熱后產(chǎn)品達(dá)到商業(yè)無(wú)菌要求的殺菌過(guò)程。這一殺菌條件相對(duì)低酸性食品常規(guī)殺菌中采用的100~135℃高出20~40℃，因此稱為超高溫殺菌。

應(yīng)用：

>>大量實(shí)驗(yàn)表明，微生物對(duì)高溫的敏感性遠(yuǎn)大于多數(shù)食品成分對(duì)高溫的敏感性，故UHT能在很短時(shí)間內(nèi)有效地殺死微生物，并較好地保持食品應(yīng)有的品質(zhì)，大大延長(zhǎng)食品的貨架期。因而目前廣泛應(yīng)用于乳品、飲料和發(fā)酵等行業(yè)。

>>要達(dá)到殺菌要求，同時(shí)食品不受到熱損害，其技術(shù)關(guān)鍵是快速加熱和快速冷卻，最常用的換熱設(shè)備是板式換熱器。按照物料與加熱介質(zhì)直接接觸與否，UHT過(guò)程可分為間接式加熱法和直接混合式加熱法。

>>經(jīng)過(guò)UHT的食品達(dá)到了商業(yè)滅菌要求，必須采用無(wú)菌包裝以防止在后續(xù)的包裝、運(yùn)輸和銷售過(guò)程中受到微生物的污染。但通常的UHT設(shè)備只適用于不含顆粒的物料或所含顆粒的粒度小于1cm物料的加熱殺菌。對(duì)顆粒度大于1cm的物料，目前可用微波殺菌和歐姆殺菌來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2）微波殺菌

微波是指頻率為300MHz~300GHz，即波長(zhǎng)為1m~1mm的超高頻電磁波。微波殺菌是熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)的共同結(jié)果。一方面微波穿透介質(zhì)，極性分子受交變電場(chǎng)作用而取向運(yùn)動(dòng)，摩擦生熱，產(chǎn)生熱效應(yīng)；另一方面生物體與微波作用會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的生物效應(yīng)，即非熱效應(yīng)，如微波電場(chǎng)改變細(xì)胞膜斷面電子分布，使其通透性改變；引起蛋白質(zhì)變性；改變生理生化反應(yīng)的活化能；誘發(fā)各種離子基團(tuán)，使微生物的生理活性物質(zhì)發(fā)生改變；導(dǎo)致DNA和RNA結(jié)構(gòu)中氫鍵的松弛、斷裂和重新組合，誘發(fā)一些基因突變，中斷細(xì)胞的正常生理功能。

應(yīng)用：

微波加熱設(shè)備主要由直流電源、磁控管、加熱器、控制器和冷卻系統(tǒng)組成，可應(yīng)用于肉制品、禽制品、水產(chǎn)品、果蔬、罐頭、奶制品、農(nóng)作物、布丁和面包等一系列產(chǎn)品。

3）歐姆殺菌

歐姆殺菌是利用電極，將電流直接導(dǎo)入食品，由食品本身介電性質(zhì)所產(chǎn)生的熱量達(dá)到直接殺菌的目的。

應(yīng)用：

>>歐姆殺菌技術(shù)適于處理黏度較高的液體物料，并可以含有一些顆粒的物料，如肉湯、布丁的商業(yè)化無(wú)菌處理。采用歐姆加熱，使顆粒的加熱速率與液體的加熱速率相接近成為可能，并可獲得比常規(guī)方法更快的顆粒加熱速率（1~2℃/s），因而可縮短加工時(shí)間，得到高品質(zhì)產(chǎn)品。

>>歐姆殺菌裝置系統(tǒng)主要由泵、柱式歐姆加熱器、保溫管、控制儀表等組成，其中最重要的部分是柱式歐姆加熱器。加熱高酸制品時(shí)，反壓維持在0.2MPa，殺菌溫度達(dá)90~95℃，加熱低酸食品時(shí)反壓維持在0.4MPa，殺菌溫度達(dá)120~140℃。目前，英國(guó)APVBaker公司已制造出工業(yè)化規(guī)模的歐姆加熱設(shè)備，可使高溫瞬時(shí)技術(shù)應(yīng)用于含顆粒（粒徑高達(dá)25mm）食品的加工。

03非熱殺菌技術(shù)

非熱殺菌技術(shù)是指采用非加熱的方法殺滅食品中有害和致病的微生物，使殺菌對(duì)象達(dá)到特定殺菌程度要求的殺菌技術(shù)。食品的非熱殺菌主要包括物理殺菌和化學(xué)殺菌，物理殺菌包括臭氧殺菌、生物防腐劑等，化學(xué)殺菌包括輻照殺菌、高靜壓殺菌、脈沖電場(chǎng)殺菌、高密度二氧化碳?xì)⒕?、超聲波殺菌、紫外線殺菌、脈沖光殺菌、脈沖X射線殺菌等。這里介紹在食品工業(yè)中研究和應(yīng)用較多的5種新技術(shù)。

1）高密度二氧化碳?xì)⒕?/span>

高密度二氧化碳?xì)⒕夹g(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型的非熱力殺菌技術(shù)，借助于5~50MPa的亞臨界或超臨界二氧化碳。二氧化碳在常壓下可抑制微生物，在高壓狀態(tài)下可有效殺滅大量微生物。

應(yīng)用：

>>當(dāng)溫度高于31℃，壓力高于7.34MPa時(shí)，二氧化碳處于超臨界狀態(tài)。在低于超臨界壓力和溫度下，二氧化碳是亞臨界和氣體狀態(tài)。

>>超臨界二氧化碳同時(shí)具備液體和氣體的特性，黏度低，擴(kuò)散性和溶解性高。DPCD的殺菌機(jī)理可能是對(duì)微生物細(xì)胞造成了機(jī)械損傷、細(xì)胞及細(xì)胞膜的破壞以及細(xì)胞內(nèi)成分的泄漏或失活、胞內(nèi)pH值的降低等。

>>高密度二氧化碳對(duì)微生物具有良好的殺菌效果，其中包括假單胞菌、鏈球菌、沙門(mén)氏菌、埃希氏腸桿菌、李斯特氏菌、葡萄球菌、梭狀芽孢桿菌、腸球菌、乳酸菌、酵母菌、霉菌、真菌、微生物孢子等。細(xì)菌、真菌對(duì)高密度二氧化碳較敏感，與微生物孢子相比更易被滅活。

2）脈沖電場(chǎng)殺菌

脈沖電場(chǎng)殺菌技術(shù)是將高電壓（15~100kV/cm）脈沖作用于電極間的食品，常溫下進(jìn)行，作用時(shí)間短（<1s），以殺滅食品中的微生物的一種新型殺菌技術(shù)。

3）臭氧殺菌

臭氧具廣譜抗菌特性，對(duì)細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞、芽孢、病毒、真菌均有高效殺滅作用。

臭氧的作用機(jī)理是首先作用于細(xì)胞膜，使膜構(gòu)成成分受損傷而導(dǎo)致新陳代謝障礙，臭氧繼續(xù)滲透穿過(guò)膜而破壞膜內(nèi)脂蛋白和脂多糖，改變細(xì)胞的通透性，導(dǎo)致細(xì)胞溶解、死亡；同時(shí)，臭氧還能使細(xì)胞活動(dòng)所必要的酶失去活性，而影響其正常的生理功能。

臭氧殺菌時(shí)除可直接利用臭氧氣體對(duì)物質(zhì)進(jìn)行處理外，還可將其溶解于水，形成臭氧水進(jìn)行殺菌。臭氧水殺菌作用有些不同，其氧化反應(yīng)有2種，微生物菌體既與溶解于水中的臭氧直接反應(yīng)，又與臭氧分解生成的羥基間接反應(yīng)，由于羥基為極具氧化性的氧化劑，因此臭氧水的殺菌速度極快。

應(yīng)用：

2001年FDA將臭氧列入可直接與食品接觸的添加劑范圍，這是臭氧殺菌技術(shù)發(fā)展的里程碑。在食品原料清洗、果蔬保鮮和畜產(chǎn)品加工中應(yīng)用越來(lái)越多。

4）超聲波殺菌

頻率大于20kHz的聲波，因超出人耳可聞的上限而被稱為超聲波。超聲波殺菌是通過(guò)傳聲介質(zhì)的相互作用產(chǎn)生巨大的能量，在很短的時(shí)間內(nèi)殺死微生物。一般認(rèn)為，超聲波的殺菌效力主要來(lái)自于細(xì)胞內(nèi)部的空化作用。其殺菌效果受到多種因素的影響，包括超聲波的頻率、強(qiáng)度和照射時(shí)間，微生物的種類和數(shù)量以及媒質(zhì)的性質(zhì)等。

應(yīng)用：

超聲波殺菌技術(shù)適合處理果蔬汁飲料、酒類、牛奶、礦泉水和醬油等液體食品。

5）高靜壓殺菌

高靜壓殺菌技術(shù)是將100~1000MPa的靜態(tài)液體壓力施加于液態(tài)或固態(tài)食品、生物制品等物料上并保持幾秒鐘到幾十分鐘，起到殺菌、破壞酶及改善物料結(jié)構(gòu)和特性的作用。

高靜壓殺菌具有一些優(yōu)點(diǎn)：

①它能在常溫或常溫附近的溫度下達(dá)到殺菌滅酶的作用，而且其對(duì)大分子的修飾使得它可能對(duì)制品的質(zhì)構(gòu)等品質(zhì)因素有一定的改善作用；

②HHP過(guò)程的傳壓速度快、均勻，只要制品本身不具備很大的壓縮性，不會(huì)影響制品的外觀形態(tài)。高靜壓殺菌效果也受諸多因素的影響，包括微生物的種類和生長(zhǎng)期培養(yǎng)條件、壓力大小和加壓時(shí)間、施壓方式、處理溫度、pH值、介質(zhì)成分及水分活度等。

6）輻照殺菌

輻照殺菌是指利用電磁射線、加速電子照射被殺菌的物料從而殺死微生物的一種殺菌技術(shù)。用于殺菌的輻照可分為電離輻照（如γ射線、加速電子）與非電離輻照（如紫外線、紅外線和微波）。

食品輻照殺菌根據(jù)所要達(dá)到的目的及所需的劑量，可分為輻照耐貯殺菌、輻照巴氏殺菌和輻照阿氏殺菌。相對(duì)于其他殺菌技術(shù)，輻照殺菌有著自己的優(yōu)越性。適宜的劑量下，物料的溫度在輻照處理過(guò)程中升高很?。惠椪站鶆?、快速、易控制；物料也在有包裝的情況下進(jìn)行殺菌；輻照處理后不會(huì)留下任何殘留物。

同時(shí)它也有弱點(diǎn)，如需要專門(mén)的輻射源，設(shè)備投資大；射線對(duì)人體有影響，因此需要十分注意操作人員的防護(hù)措施；輻照的滅酶效果不好等。目前用于食品工業(yè)殺菌的射線多為60Co-γ射線。

04各類殺菌技術(shù)結(jié)合使用

雖然非熱殺菌技術(shù)在保持食品的色澤、風(fēng)味、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有很大的優(yōu)勢(shì)，但是它也存在著自己的技術(shù)缺陷，例如難以殺死細(xì)菌芽胞，殺菌強(qiáng)度大時(shí)溫度易升高等，限制了其應(yīng)用范圍。因此，人們將熱殺菌技術(shù)和非熱殺菌技術(shù)結(jié)合使用，或幾種非熱殺菌技術(shù)結(jié)合使用來(lái)達(dá)到所需的熱處理效果。

隨著人們消費(fèi)水平和生活質(zhì)量的提高，人們的健康安全意識(shí)也在逐漸增強(qiáng)，對(duì)食品的質(zhì)量與安全也有著越來(lái)越高的要求。因此，越來(lái)越多的食品加工廠商為了保證食品在達(dá)到殺菌、滅酶的要求下，更好地保持其本身的色澤、風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，考慮到節(jié)能減排保護(hù)綠色環(huán)境的社會(huì)大方向，將會(huì)更多地應(yīng)用到各種殺菌方式結(jié)合使用。

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