真空-蒸汽-真空食品表面杀菌技术

史智佳，乔晓玲，陈文华，成晓瑜，杨 巍

（中国肉类食品综合研究中心，北京100068）

真空-蒸汽-真空食品表面杀菌技术

史智佳，乔晓玲，陈文华，成晓瑜，杨 巍

（中国肉类食品综合研究中心，北京100068）

食品安全质量一直是人们高度关注的焦点，畜禽肉、水果和蔬菜等固体食品的表面在生产过程中极易受到致病菌的污染，导致食物中毒和产品召回事件，对食品产业造成严重影响。真空-蒸汽-真空（vacuum-steam-vacuum，VSV）表面杀菌技术使食品交替暴露于真空和蒸汽环境，不但可以有效杀死致病菌，而且不会对食品品质造成不良影响。本文主要介绍了VSV杀菌技术的原理、设备构造和实际应用，并指出该技术今后一段时期内的研究重点。

畜禽肉，果蔬，表面杀菌

食品中的微生物是导致食品腐败变质的主要原因。一般说来，食品原料都带有微生物。在食品的采收、运输、加工和保藏过程中，食品也有可能污染微生物。在一定的条件下，这些微生物会在食品中生长、繁殖，使食品失去原有的或应有的营养价值和感官品质，甚至产生有害和有毒的物质。因此，食品杀菌便成为食品生产中必不可少的工序。随着人们生活水平的提高，消费者不仅要求保证食品安全，而且还追求食品更加营养、健康和绿色，对食品品质有了更高的要求。为了更好地保持食品原有或应该有的品质，很多新型杀菌技术应用而生。真空-蒸汽-真空（vacuum-steam-vacuum，VSV）表面杀菌技术是传统热杀菌技术的改良，它适用于固态食品（禽、肉、水果和蔬菜）的表面巴氏杀菌，不仅可以提高杀菌速度，而且还不会对食品品质造成破坏，应用潜力巨大、前景广阔。

1 真空-蒸汽-真空表面杀菌技术的原理

VSV表面杀菌技术由包括抽真空、高压蒸汽杀菌和再次抽真空三个步骤，整个过程不足1s，从而缩短了食品的热接触时间，减轻了处理过程对食品品质的破坏作用。

VSV表面杀菌技术的第一步是抽真空，其作用是移除食品表面的空气和水蒸汽。相关研究证实，尽管蒸汽具有很好的杀菌能力，但是食品表面的空气和水分对蒸汽与食品间的热传导起到了阻碍作用［1-2］。为达到一定的杀菌效果，需要相应地延长杀菌时间，这往往会对食品表面品质产生不利影响。因此，在蒸汽杀菌前进行抽真空处理，除去食品表面的空气和水分，可以增强食品表面与蒸汽的有效接触，缩短杀菌时间，进而降低杀菌过程对食品品质的影响。对于大多数食品，这一步骤大约需要0.1s的时间。

之后的第二步是通入热蒸汽杀菌，大多是食品所需时间同样是0.1s。第三步是对食品再次进行抽真空处理，其作用是使食品表面在蒸汽杀菌过程中积累的水分快速蒸发，带走余热，降低食品表面温度，减少蒸汽杀菌过程对食品造成的热损害，该步骤一般为0.3～0.5s。

由于在蒸汽杀菌过程中食品表面会积累冷凝水，再次形成阻隔层，所以VSV表面杀菌技术往往需要2～3个循环，或者更多。通过抽真空和蒸汽杀菌的交替作用，可以显著提高杀菌效果［3］，并且克服高温蒸汽对食品表面造成的不利影响。

2 真空-蒸汽-真空表面杀菌设备

VSV表面杀菌设备主要包括蒸汽系统、真空系统、处理系统、伺服系统和控制系统几个部分。Michael Kozempel等人在其文章中详细介绍了杀菌设备的设计及工作原理，图1和图2分别是杀菌设备及其处理系统的结构示意图［4］。

图1 VSV表面杀菌设备结构示意图

图2 VSV表面杀菌设备的处理系统的结构图

在图1中，不同的管路和阀门将蒸汽仓、真空仓、处理釜、伺服系统和控制系统连接在一起。蒸汽仓内充满高压高温蒸汽，能够有效杀死食品表面的微生物；真空仓可以有效移除食品表面的空气和水分，提高杀菌效果同时，可以减少热蒸汽对食品品质造成的损害；针对不同的食品，处理釜的设计有所不同；伺服系统主要提供设备运行的动力；控制系统通过不同的命令或者预制的程序控制整个杀菌过程按步进行。此外，还有一些特殊设计的阀门，保证整个系统的功能能够实现。

在图2中，为了使真空仓和蒸汽仓交替接通处理釜，在处理釜和入口管之间设有一个盘阀，它可以相对于入口管旋转。盘阀上设置两个相对、内置有气阀的圆孔，圆孔直径及其与旋转轴线和处理釜中心线的角度要适中。盘阀与入口管间使用聚醚醚酮（polyetheretherketone，PEEK）密封。如此，通过圆盘阀的旋转，就可以使圆孔顺次正对入口管端口，实现真空和蒸汽处理的交替。

VSV杀菌技术的工作过程首先是将食品置入处理釜中，处理釜具有一个与伺服系统相连的球阀，在控制系统的控制下旋转90°，进而将处理釜内部与外界隔绝；接着与处理釜两侧相连接的盘阀旋转，将处理釜内腔交替暴露于真空和蒸汽环境，经过一定次数的这种交替循环，完成处理过程；最后球阀逆向旋转90°，打开处理釜，全部杀菌过程完成。

3 真空-蒸汽-真空杀菌技术的应用

由于蒸汽较同温度的水携带有更多热能，蒸汽液滴体积远远小于细菌体积，并且能够渗入食品表面的细纹内，所以其在食品表面冷凝放热，具有较水更好的杀菌效果。但是对于一些热敏感的食品，蒸汽杀菌会对食品品质造成不良影响，如使胴体和果蔬表面颜色劣变。VSV表面杀菌技术是在原有蒸汽杀菌技术的基础上，引进抽真空程序，既提高了杀菌效果，又减轻的蒸汽对食品的热损伤。对于大多数产品，VSV杀菌技术的处理条件是0.1s的真空、0.1s的蒸汽和最后0.3～0.5s的真空，蒸汽温度一般为138℃或143℃，2～3个处理循环。

3.1 VSV表面杀菌技术在肉类食品中的应用

VSV杀菌技术最初被用于鸡肉的表面杀菌，但是效果并不显著，后经过重新改造获得成功。之后，Morgan等人利用 VSV杀菌技术对接种有 Listeria innocua（107）的鸡肉、牛肉和猪肉样品进行杀菌实验（温度为121～157℃，时间为26～103ms），结果获得了1.9～4.0个对数值的杀菌效果，其中138℃和26ms与121℃和 48ms两个条件下对鸡肉的杀菌效果最好［5-6］。Kozempel等人将VSV杀菌技术应用于鲶鱼的杀菌中，通过优化处理条件获得了大于2个对数值的杀菌效果，可以保障鲶鱼不被李斯特菌污染［3］。Sommers等人采用VSV技术处理法兰克福香肠，在2个循环、时间1.5s和121℃条件下对李斯特菌获得了2.56个对数值的杀菌效果［7］。此外，VSV杀菌技术还被成功用于热狗的杀菌中，但是Huang通过研究发现，蒸汽杀菌过程中热狗表面的温度呈指数变化，因此为保证热狗的微生物安全性，建议采用延长VSV处理蒸汽杀菌时间，而非增加VSV处理过程中真空-蒸汽这样的循环次数［8］。目前，在国外一些屠宰厂，VSV杀菌技术已经被用于畜禽胴体冷却、排酸前的表面杀菌，不但可以有效降低畜禽在屠宰过程中被污染的微生物水平，延长冷却肉货架期，而且不会对胴体表面肉色产生影响。国内冷鲜肉货架期短一直是肉类行业面临的巨大难题，VSV表面杀菌技术为克服这一难题创造了机会。

3.2 VSV表面杀菌技术在果蔬食品中的应用

新鲜果蔬产品可以提供营养物质、纤维和抗氧化物质等，是健康饮食的重要组成部分。但是，新鲜的或者新鲜切块的果蔬产品很容易被致病菌等微生物污染，造成巨大的安全隐患。除在肉类食品中的应用外，VSV表面杀菌技术还被应用于果蔬的表面杀菌中，杀菌效果良好。Ukuku等人采用VSV表面杀菌技术处理哈密瓜，研究其对哈密瓜外壳表面的原有微生物在去壳和切块过程中的转移规律的影响，结果表明VSV处理使哈密瓜表面的好氧嗜温细菌降低了1.0个对数值，酵母和霉菌降低了2.0个对数值，假单胞菌降低了1.5个对数值，显著降低了哈密瓜在去壳和切块过程中污染情况，延长了切块哈密瓜的货架期，并且该处理对哈密瓜的品质未产生显著影响［9］。Geveke等人在138℃条件下通过延长真空和蒸汽时间至0.45s，使哈密瓜表面李斯特菌降低了3.0个对数值，并且杀菌效果随着时间的延长而增大［10］。Kozempel等人优化了哈密瓜、柚子和甜菜的VSV杀菌条件（蒸汽温度、蒸汽时间、真空时间和循环次数），最终获得了2.5个对数值（甜菜，平板菌落计数）到约4个对数值（柚子，李斯特菌）的杀菌效果；同时，他们还将优化后的杀菌条件成功地应用于番木瓜、芒果、鳄梨、猕猴桃、胡萝卜、黄瓜和桃子等果蔬［4］，证实了VSV杀菌技术应用于果蔬杀菌中的可行性。

4 总结

真空-蒸汽-真空（vacuum-steam-vacuum，VSV）表面杀菌技术使食品交替暴露于真空和蒸汽环境，一方面可以有效杀死微生物，保障了食品安全；另一方面不会对食品品质造成不良影响，满足了消费者对食品品质的高要求，能为企业带来巨大经济效益。目前，尽管VSV技术的实际杀菌效果良好，但仍有一些理论问题尚未搞清楚。因此，在今后的一段时间内，需要设计制造出实验室用小型VSV处理设备，进一步展开VSV技术的杀菌作用研究，如处理过程中的热传导规律以及不同处理条件（温度、时间和真空度等）对热传导规律的影响等。相信随着研究的进一步深入，VSV处理技术会取得更好的杀菌效果，得到越来越广泛的使用。

［1］Morgan A I，Carlson R A.Steam injection heating［J］.Indust Eng Chem，1960，52（3）：219-220.

［2］Perry R H，Chilton C H，Maloney J O.Heat transmission［M］.New York：McGraw-Hill Book Co，1984：1-68.

［3］Kozempel M F，Marshall D L，Radewonuk E R，et al.A Rapid Surface Intervention Process to Kill Listeria innocua on Catfish Using Cycles of Vacuum and Steam［J］.Food Microbiology and Safety，2001，66（7）：1012-1016.

［4］Michael Kozempel，E Richard Radewonuk，O J Scullen，et al.Application of the vacuum/steam/vacuum surface intervention process to reduce bacteria on the surface of fruits and vegetables［J］.Innovative Food Scienceamp;Emerging Technologies，2002（3）：63-72.

［5］Morgan A I，Radewonuk E R，Scullen O J.Ultra high temperature，ultra short time surface pasteurization of meat［J］. Journal of Food Science，1996，61（6）：1216-1218.

［6］Morgan A I，Goldberg N，Radewonuk E R，et al.Surface pasteurization of raw poultry meat by steam［J］.LWT-Food Science and Technology，1996，29（5-6）：447-451.

［7］Sommers C H，Geveke D J.Inactivation of Listeria on Frankfurter Surfaces Using UVC Radiation and Vacuum-Steam-Vacuum Pasteurization［R］//Proceedings of the United States-Japan Cooperative Program in Natural Resources，October 21-28，2006，Sonoma，California.F23-F25.

［8］HuangLihan.Dynamicmeasurementandmathematical modeling of the temperature history on hot dog surfaces during vacuum-steam-vacuum processes［J］.Journal of Food Engineering，2005，71：109-118.

［9］Ukuku Dike O，Fan Xuetong，Kozempel Michael F.Effect of Vacuum-Steam-Vacuum Treatment on Microbial Quality of Whole and Fresh-Cut Cantaloupe［J］.Journal of Food Protection，2006，69（7）：1623-1629.

［10］Geveke D J，Kozempel M F，Feze N，et al.Confirmation of the vacuum/steam/vacuum process for the reduction of bacteria on cantaloupe using a commercial prototype［J］.Fruit Processing，2007：160-163.

Vacuum-steam-vacuum（VSV）surface pasteurization technique of solid food

SHI Zhi-jia，QIAO Xiao-ling，CHEN Wen-hua，CHENG Xiao-yu，YANG Wei
（China Meat Research Centre，Beijing 10068，China）

Food safety is a significant concern for food processors and consumers，the surface of solid food，such as livestock and poultry meat，fruits and vegetables，is easily contaminated by pathogenic bacteria in processing，result in bromatoxism and product recall，it brought great negative influence on food industry.The vacuum-steamvacuum（VSV）surface pasteurization process could kill pathogenic bacteria effectively with little or no thermal damage by exposing solid food to vacuum and steam alternatively.This paper mainly introduced the technical principle，equipment structure and applications，including its research emphasis in the future.

livestock and poultry meat；fruits and vegetables；surface pasteurization

TS201.1

A

1002-0306（2011）01-0339-03

2009-12-22

史智佳（1982-），男，助工，研究方向：畜产品加工。

公益性行业（农业）科研专项（200903012）。