非热杀菌技术在包装食品中的应用

徐立伟　崔旭东　陈玉成　张锐

摘要：近年来，非热杀菌技术已成为当今食品包装发展的主流，其灭菌原理及其技术与食品安全密不可分。综述脉冲杀菌技术、微波杀菌技术等非热杀菌技术的杀菌原理、特点及应用前景，为相应领域研究提供一定的参考与借鉴。

关键词：非热杀菌；脉冲杀菌；食品；微波杀菌

中图分类号：TS201. 3 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）11-0062-03

杀菌技术与食品安全息息相关。杀菌技术可分为热杀菌和非热杀菌2种。与加热处理相比，非热杀菌技术不易破坏产品中容易变质的维生素和色素等成分，还可以节省能量。在需要通过加热将原料温度升高到一定程度进行杀菌的场合，非热杀菌技术占有一定的优势。

1 脉冲杀菌技术

脉冲杀菌技术可以分为超高压脉冲电场杀菌技术、强磁脉冲杀菌技术和脉冲强光杀菌技术。

1.1 超高压脉冲电场杀菌技术

超高压脉冲电场杀菌技术主要应用高压脉冲器产生的脉冲电场进行杀菌。脉冲产生的电场和磁场交替作用，使细胞膜透性增加、膜强度减弱，并最终破裂，膜内物质外流，膜外物质渗入，细菌体死亡。电磁场产生电离作用，阻断细胞膜的正常生物化学反应和新陈代谢，使细菌体内的物质发生变化。

国内外对此技术已作了许多研究，并设计出相应处理装置，能够有效地杀灭与食品腐败有关的几十种细菌。法国、美国的一些厂家已将这种新技术应用于实践，避免加热引起的蛋白质变性和维生素破坏。

1.2 强磁脉冲杀菌技术

强磁脉冲杀菌技术采用强脉冲磁场的生物效应进行杀菌，在输液管外面套装螺旋型线圈，磁脉冲发生器在线圈内产生2～10 T的磁场强度。当液体物料通过该段输液管时，其中的细菌即被杀死。

此技术具有下列特点：杀菌时间短，杀菌效率高；杀菌效果好且温升小，既能杀菌，又能保持食品原有的风味、滋味、色香、品质和组分（维生素、氨基酸等）不变；不污染环境及产品，无噪音，经济实用。

1.3 脉冲强光杀菌技术

脉冲强光杀菌技术利用脉冲的强烈白光闪照进行灭菌。其最基本的结构是动力单元和惰性气体灯单元，通过动力单元向惰性气体灯单元提供能量，使惰性气体灯发出与太阳光谱相反、但强度更强的紫外线至红外线区域光。

脉冲光使用高强度白光的极短脉冲，杀死食品表面的微生物。该高强度的白光类似阳光，但仅以几分之一秒钟的速度反射出来，比阳光更强，能迅速杀死细菌。脉冲强光的微生物致死作用明显，可进行彻底杀菌。不同的食品及菌种，需采用不同的光照强度与时间。该技术由于只处理食品的表面，因此对食品的风味和营养成分影响很小，可用于延长用透明物料包装的食品及新鲜食品的货架期。

2 微波及紫外杀菌技术

2.1 微波杀菌技术

微波是频率300～300 GMHz的电磁波。微波与物料直接相互作用，将超高频电磁波转化为热能。微波杀菌是微波热效应和生物效应共同作用的结果。微波对细菌膜断面的电位分布影响细胞膜周围的电子和离子浓度，从而改变细胞膜的通透性能，进而导致细菌营养不良，不能进行正常新陈代谢，因生长发育受阻而死亡。

从生化角度来看，细菌正常生长和繁殖的核酸（RNA）、脱氧核糖核酸（DNA）是由若干氢键紧密连接而成的卷曲大分子，微波导致氢键松弛、断裂和重组，从而诱发遗传基因或染色体畸变，甚至断裂。微波杀菌利用电磁场效应和生物效应杀灭微生物。实践证明，微波装置在杀菌温度、杀菌时间、产品品质保持、产品保质期及节能方面都有明显优势。

对于塑料包装材料的食品，微波杀菌能在原包装状态下，短时间内从食品中心加热杀菌，还能防止对食品的二次污染。

2.2 紫外线杀菌技术

日光能杀灭细菌主要依靠紫外线的作用，其杀菌原理是微生物分子受激发后处于不稳定状态，破坏分子间特有的化学结合，并导致细菌死亡。

微生物对于不同波长的紫外线敏感性不同，紫外线对不同微生物照射致死量也不同，革兰氏阴性无芽孢杆菌对紫外线最敏感，杀死革兰氏阳性球菌的紫外线照射量需增大5～10倍。因紫外线穿透力弱，适于对空气、水、薄层流体制品及包装容器表面进行杀菌。

3 辐照杀菌技术

辐照杀菌即利用放射线同位素Co60和Ce137生产的γ射线，或用高能电子束轰击重金属的靶所产生x射线，或用电子加速器产生的高能电子束对包装食品进行辐照处理。射线在照射过程中会产生直接效应和间接效应：直接效应是微生物细胞间质受高能电子照射后发生的电离作用和化学作用；间接效应是水分接受射线后产生电离作用再与胞内其他物质作用。这两种作用阻断胞内一切活动，导致微生物死亡。对不同菌种采用不同的辐照剂量，不但不会破坏食品的色、香、味，而且杀菌效果明显。

用100～1 000 kGy剂量照射杀菌，可有效限制有损机体健康的生物及致腐败性微生物的生长，有效清除高蛋白质食品（如肉类、乳制品、蛋制品）中危害极大的沙门氏菌。

各国的应用实践证明，辐照食品安全可靠。辐照食品的优点是保藏期长，照射1次可保鲜数年；既能杀死细菌，又能抑制与延缓食品本身的新陈代谢，消除食品的变质根源。辐照杀菌可节省大量能量，任何食物用辐照法杀菌后，仅采用普通包装便可贮藏，节省制罐、冷冻冷藏的材料及其所耗能量。

4 臭氧杀菌技术

臭氧氧化力极强，仅次于氟，能迅速分解有害物质，杀菌能力是氯的600～3 000倍，分解后迅速地还原成氧气。

试验证明，臭氧水是一种广谱杀菌剂，能在短时间内有效杀灭大肠杆菌、蜡杆菌、痢疾杆菌、伤寒杆菌等一般病菌，以及流感病菌、肝炎病毒等多种微生物。同时，臭氧水还可杀死和氧化鱼、肉、瓜果蔬菜、食品表面能产生异变的各种微生物和脱离果蔬母体后继续进行生命活动的微生物。

利用臭氧水洗涤蔬菜瓜果，可以有效清除其表面的残留农药、细菌、微生物及有机物，消除农药给人们带来的隐患；彻底杀灭水中的细菌，消除有机物，除去水中及被清洗物的异味、臭味。

一般认为，臭氧很容易同细菌细胞壁中的脂蛋白或细胞膜中的磷脂质、蛋白质发生化学反应，从而使细菌的细胞壁和细胞受到破坏（溶菌作用），使细胞膜的通透性增加，细胞内物质外流并失去活性。臭氧破坏或分解细胞壁后，能迅速扩散到细胞里，氧化细胞内的酶、DNA和RNA，使病原体致死。食品在采用气体置换包装、真空包装和封入脱氧包装时，填充臭氧可以杀灭酵母菌，解决食品变质问题。在矿泉水、汽水、果汁等生产过程中，对盛装容器、管路、设备和车间环境进行臭氧消毒，也可取得令人满意的效果。

5 超声波杀菌技术

频率在9～20 kHz/s以上的超声波，对微生物有破坏作用，能使微生物细胞的内容物因强烈震荡而被破坏。一般认为在水溶液内，超声波能产生具有杀菌能力的过氧化氢。也有人认为，微生物细胞液受高频声波作用时，其中溶解的气体变为小气泡，其冲击可使细胞破裂，从而对微生物有一定的杀灭效应。

6 高压杀菌技术

高压杀菌是20世纪80年代末开发的杀菌技术。食品在超高压100～1 000 MPa的压力下，具有良好的灭菌效果。超高压对微生物的致死作用原理为：通过破坏细胞壁，使蛋白质凝固，抑制酶的活性和DNA等遗传物质的复制。一般而言，压力越高，杀菌效果越好。

在400～600 MPa压力下，细菌、酵母菌、霉菌均可被灭杀，避免了一般高温杀菌带来的不良变化。超高压“冷杀菌”技术采用高压、常温灭菌方式，对食品饮料处理后，不但具备高效杀菌性，而且能完好保留食品饮料中的营养成分，产品口感佳，色泽天然，安全性高，保质期长。

在高压利用与包装形态方面，软包装袋和结扎软包装形态较为适宜，而铝扣结扎的鱼肉肠等不宜使用。对包装容器来说，复合纸容器、塑料罐易受热变形，而且存在密封性、涂层剥落等问题，因此不宜采用。

7 膜分离技术

膜分离是一种分子级分离，膜系统按膜孔紧密程度（由密到疏）可分为反渗透（RO）、纳米过滤（N）、超滤（F）、微滤（MF）。用微滤膜可实现发酵工业中的用水和产品无菌化。将微滤技术、色谱技术与化学处理、酶处理结合起来，可将乳蛋白中的各种组合分开，得到酪蛋白和乳清蛋白。

目前，各酒业公司已广泛使用0.45 um滤芯对成品酒进行终端过滤，替代原有的热杀菌技术。此技术不仅节省能耗，而且能够避免高温给产品带来的煮熟味。除此之外，膜分离技术在海水和苦咸水淡化、矿泉水杀菌以及食品厂废水处理、空气、细菌去除等方面应用广泛。

8 其他技术

相信随着科学技术的发展和技术的不断完善，更多的冷杀菌新技术、新方法、新手段以及新措施，会如雨后春笋般蓬勃涌现。

参考文献

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