新型杀菌技术在食品中的应用研究进展

◎ 刘 源，侯真真

（1.佛山市海天调味食品股份有限公司，广东 佛山 528000；2.广东省食品工业研究所有限公司，广东 广州 510308）

在生产加工过程中，多种因素都会引起食品污染，包括原料、车间卫生、加工设施、操作工人等。为了保证食品的安全性及贮藏性，延长食品的货架期，避免食品污染，需要采取一定的措施杜绝污染，如杀菌或灭菌等。杀菌方法有热力杀菌、添加防腐剂等，但热力杀菌容易破坏食品的营养成分，化学防腐剂又存在一定的安全性问题[1]。生活水平不断提高，人们对食品安全和食物营养健康越来越重视，急需一种能保证食品安全和营养价值的杀菌技术。在这种情况下，物理杀菌技术应运而生，并逐渐在食品加工生产中得到推广应用。

与传统的热杀菌技术相比，这些杀菌方法不易受到外界环境的影响。在杀菌过程中，食品本身的温度不会升高或者升高幅度较低，能避免食品的营养成分和感官品质受到破坏，因此受到研究者和食品企业的关注。本文主要介绍不同种类的物理杀菌技术，并探讨物理杀菌技术在食品中的应用。

1 新型杀菌技术

新型杀菌技术不同于传统的热力杀菌等技术，这是一类采用物理方法或技术进行杀菌的技术总称。物理杀菌技术采用的手段主要包括辐照、臭氧、超高压、超声波等。

1.1 辐照杀菌技术

辐照杀菌技术是利用某些射线如χ射线、γ射线或高速电子射线的穿透性，使被照食品表面或内部微生物的细胞组织死亡，或者新陈代谢和生长发育进程受到抑制，从而达到杀菌、延长食品保鲜期和货架期的目的[2]。与传统的热杀菌技术相比，辐照杀菌能耗低、污染小，辐照剂量可控，杀菌同时可以较好地保持食品感官和营养品质，对预包装食品也具有良好的杀菌效果。

对于辐照杀菌技术的安全性，1980年国际原子能机构（IEAE）、世界粮农组织（FAO）、世界卫生组织（WHO）联合专家委员提出，在实际平均辐射剂量不超过10 KGy范围内，各种辐照食品不存在放射性辐射安全问题。为了防止被照射物诱发产生放射性，电子射线的能量不得超过10 MeV，大多数采用5 MeV，X射线的能量一般在5 MeV以下。

由于辐射杀菌的良好杀菌效果和国际联合专家委员会对辐射杀菌安全性的肯定，辐射杀菌逐渐推广应用。粮食、水果蔬菜、肉类等食品的辐照保藏技术已在国内外得到公众认可和接受，并取得一定的成效，显示出广阔的发展前景。

1.2 超高压杀菌技术

超高压杀菌技术是将食品置于密闭的高压容器内，然后向其加压，通过破坏微生物体内蛋白质中的非共价键和菌体细胞膜、细胞壁等，使蛋白质发生凝固、酶活性丧失，菌体多种细胞损伤，达到杀菌或抑制其活性的目的[3]。超高压杀菌技术的处理温度远低于热处理，耗能低，灭菌均匀，无污染，操作安全，能保持食品的原有风味、色泽和营养价值。

1899年，Bert Hite首次发现450 MPa的高压能延长牛奶的保存期，从此以后，有关HHP技术的研究一直没有间断；Bridgman因发现高静水压下蛋白质发生变性、凝固而获得了1946年诺贝尔物理奖。在食品工业中利用这一原理，使经高压处理后的食品得以长期安全保存并保持较好的营养价值。20世纪90年代，由日本明治屋食品公司首先实现了HHP技术在果酱、果汁、沙拉酱、海鲜、果冻等食品中的商业化应用。

李汴生等[4]在超高压对鲜榨菠萝汁品质影响的研究表明，随着压力值的上升，菌落总数逐渐减少，一定条件下可达商业无菌，并能较好地保持体系的均匀稳定性，保持原有色泽。王雪青等[5]采用高压处理了猕猴桃酱，与传统热处理的酱体相比，超高压处理技术得到的酱体色泽翠绿，同时能较好地保留酱体中的维生素。

超高压灭菌是一个复杂的过程，针对不同的食品要有特定的处理技术。目前，高压技术主要集中在低温范围内的高压技术及应用高压技术与其他技术结合处理食品的研究。

1.3 臭氧杀菌技术

一般认为，臭氧杀菌技术的原理是臭氧作用于细胞膜，引起膜损伤，新陈代谢发生障碍，生长被抑制，继续渗透则膜内脂蛋白和脂多糖被破坏，细胞通透性改变，菌体被杀死[6]。在各种微生物中，对臭氧耐受力的强弱顺序依次是芽孢菌、沙门氏菌、绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌、霉菌和酵母菌[7]。同时，臭氧可以分解果蔬储藏时产生的有害气体，如乙炔等，因此臭氧可在果蔬储藏中发挥杀菌和保鲜的作用。

臭氧杀菌过程中，臭氧会分解成氧气而不产生残余污染，使用后不需通风换气，具有扩散性好、浓度均匀、无死角等特点，且费用低，恒温保鲜冷库采用臭氧处理只需增加5%～10%的费用。但是，臭氧杀菌需在环境相对湿度60%以上进行，且湿度越高杀菌效果越好，环境湿度低于45%时，臭氧对空气中的微生物几乎没有杀灭作用。

饮用水杀菌是臭氧杀菌应用历史最长、应用规模最大的一个领域。由于臭氧会自行分解成氧气而不产生残余污染的特点，经过臭氧杀菌的饮用水无异味，且安全可靠。臭氧杀菌也应用到了冷库消毒中，试验表明，臭氧消毒对冷藏保鲜库效果很好，在一定条件下，细菌的杀灭率可达90%以上，霉菌杀灭率为80%，同时能获得较好的除异味效果[8]。宋丽丽等[9]利用臭氧对中药粉灭菌，细菌和霉菌灭菌率平均达到95%以上。另外，由于臭氧能够分解C2H2等气体，能抑制果蔬的呼吸作用，在果蔬储藏保鲜方面也得到了较广泛的应用。

1.4 超声波杀菌技术

超声波杀菌一般适合于液态食品杀菌或者以液体为媒介进行杀菌，对样品的处理量不能太大，受到一定限制。在液体中，利用超声波产生空化现象使其中微小的泡核达到激活状态，进而引起振荡、生长、收缩及崩溃等动力学变化。在这个过程中，会产生瞬间高温、高压及温度交变和压力变化，作用于菌体和病毒，达到杀菌、保鲜的作用[10]。

超声波对微生物的作用在理论上已经得到较好的解释，但在实际应用上还存在一些问题，超声波对水和空气的消毒效果较差，单独使用超声波用于食品杀菌仍缺乏说服力，有待进一步研究。目前，超声波杀菌主要应用于果蔬汁饮料、酒类、牛奶、酱油等液体食品。

多个研究结果显示，单独使用超声波对食品中微生物的杀菌效果是有限的，需与其他方法结合才能获得较好的杀菌效果。丘苑新等[11]研究了超声波协同辐照处理对番茄酱的杀菌效果。结果表明，在适宜的超声功率和辐照剂量下，总细菌的灭菌率和乳酸杆菌的灭菌率可达98%以上。郭丽娟等[12]研究了超声波协同臭氧处理对梨汁菌落总数的影响，结果表明，超声与臭氧协同作用能获得较好的杀菌效果，明显优于单独超声杀菌或单独臭氧杀菌。

2 其他新型杀菌技术

2.1 高压脉冲电场杀菌技术

高压脉冲电场杀菌主要是利用瞬间高压作用于放置在两极间的食品，脉冲电场产生磁场，电场和磁场交替作用，使细胞膜透性增加、振动加剧，膜的强度减弱，膜破裂而丧失保护作用；电极附近产生的阴、阳离子与膜内生命物质相互作用，阻断膜内正常生化反应和新陈代谢过程，通过以上两种方法的同时作用杀死菌体[13]。

杀菌的高压脉冲电场目前常采用LC振荡电路，利用自动控制装置对LC振荡电路进行连续充电与放电，可以在几十毫秒内完成杀菌处理。高压脉冲电场强度一般为15～100 kV/cm，脉冲频率为1～100 kHz，放电频率为1～20 Hz。杀菌过程在常温、常压下进行，杀菌时间短，能耗远低于热处理法，但杀菌的效果显著，并且处理过的食品物理性质、化学性质和营养成分改变很小，特别适合于热敏性很高的食品[14]。目前，高压脉冲电场技术可在低于40 ℃条件下实现对液体物料灭菌，在连续操作的情况下，能较好杀灭大肠杆菌、啤酒酵母和金黄色葡萄球菌等[15]。

影响高压脉冲电场杀菌效果的因素有很多，包括电场强度、处理时间、脉冲频率、处理温度、食品特性、微生物种类和数量等因素。食品常见菌中，相同条件下用电场灭菌，存活率由低到高为：酵母菌、大肠杆菌、乳酸菌和霉菌。由于影响电场杀菌效果的因素较多，因此对特定食品要找出最佳的工艺参数。曾新安等[16]的实验表明，新鲜猪肉经高压电场处理后，其浸出汁中总氨基酸含量明显增加，说明高压电场刺激能明显增加肉类的鲜味。另外，高压脉冲电场杀菌对解决醋、酒中的沉淀问题也很有效。

2.2 等离子体杀菌技术

等离子体是一种电离气体，由离子、电子和中性粒子（原子或分子）组成，离子和电子所带电荷数相等，整体呈电中性。按照带电粒子温度的相对高低，等离子体分为高温等离子体和低温等离子体。食品杀菌中常用的是低温等离子体。等离子体杀菌的机理目前还不明确，但研究认为，在等离子体形成过程中产生了紫外线和各种化学自由基等，其对于微生物的灭活起到主要作用[17]。

等离子体杀菌作为一种新兴的广谱灭菌技术，可杀死多种类型的抗性细菌细胞、真菌类病原菌、芽孢、病毒和酵母菌等，还可杀灭一些抗辐射细菌[18]。等离子杀菌技术在常温状态下杀菌，杀菌时间短，适合热敏性食品的杀菌，不会产生有毒物质和对操作者造成伤害，安全可靠，灭菌全面。

目前，国内外已将这一技术应用到食品加工领域，特别是食品表面杀菌、液体食品杀菌消毒、小包装食品杀菌。自20世纪90年代起，美国食品和药物管理局（FDA）就批准了利用等离子体对食品表面进行杀菌消毒，并且很快应用于商业[19]。在果蔬食品保鲜方面，向果蔬食品的贮藏系统中通入低温等离子体，不仅可以杀灭和分解储藏物环境和表面的病原微生物农药，排除和分解乙烯等有害气体，使果蔬保鲜时间延长。

3 结语

新型的杀菌技术已经在食品工业中得到一定程度的应用，与传统杀菌技术相比，这些新型杀菌技术的共同特点就是对食品的色、香、味以及营养成分破坏较小，杀菌时间短，效率高，无污染。这些特点也是未来杀菌技术所追求的方向。但其中一些杀菌技术由于所需设备复杂、成本昂贵而没有得到推广应用，这一问题有待进一步解决。研究新型杀菌技术，确定不同杀菌技术对不同食品杀菌的最佳工艺参数，研究不同杀菌技术对食品的杀菌机理和品质影响机理，这些将是目前和未来的研究方向。

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