软包装肉制品非热力杀菌技术的应用与研发进展

李 明

(天津市天宝楼食品研发有限公司 天津300393)

0 引言

随着人民生活水平的大幅度提高，消费者对于食品的要求朝着绿色、健康、营养和安全的方向发展，软包装肉制品罐头凭借着重量轻、方便食用、易加热等优势，在肉制品消费市场上逐渐占据了主导地位。但是软包装肉制品传统的热力杀菌工艺，又存在着营养物质破坏、口感变化、挥发性成分损失等缺陷，不能充分满足消费者的需求。现在随着食品工业的发展，一类崭新的非热力杀菌技术获得了越来越多的关注。非热力杀菌条件易于控制，对外界环境影响较小，并且杀菌过程中由于食品的温度不变或者变化很小，既能有效杀灭腐败菌延长保质期，又有利于保持产品原有的色、香、味及营养成分。本文主要介绍超高压杀菌技术、脉冲强光、微波技术、辐照杀菌、生物杀菌技术等新型杀菌技术的原理及其在软包装肉制品领域的应用和研究进展，旨在推进我国在软包装肉制品杀菌技术方面的研究和应用。

1 超高压杀菌技术

超高压杀菌是20世纪80年代开发的一种非热力杀菌技术。该技术将食品经过软包装之后，以水或其他流体作为传递压力的媒介物，经超高压100～1000MPa作用达到杀菌目的。与传统热力灭菌相比，超高压灭菌具有在获得良好灭菌效果的前提下还能保持食品的口感、风味和营养物质的特点。超高压对微生物的杀灭作用主要是通过破坏微生物的细胞膜和细胞壁，使蛋白质变性凝固，抑制酶活性、影响DNA等遗传物质的复制，从而杀死食品中的腐败菌和致病菌。

超高压杀菌效果受多种因素影响。研究表明，在一定范围内，工作压力越大，杀菌速度越快，微生物的死亡率越高，杀菌效果越好。张立云等[1]、曾庆梅等[2]、闫雪峰等[3]通过选择不同的灭菌压力和保压时间对液态食品进行超高压灭菌，并以大肠菌群、酵母菌、霉菌的灭菌效果为判断依据，得出结论是在满足将大肠菌群完全灭杀的杀菌参数下，并不能将霉菌和酵母菌有效灭杀。这说明不同微生物超高压处理的效果有显著差异，针对不同的菌种应建立与之对应的杀菌公式。励建荣等[4]讨论了温度、pH值、水分活度、压力、保压时间和施压方式、目标菌种类及特性和物料自身成分等因素对超高压杀菌效果的影响。励建荣等[5]研究了高压处理后的果汁和蔬菜汁，通过实验说明超高压灭菌在确保灭菌效果的同时，不但能保证物料的色香味等感官指标不变，还能最大限度减少Vc损失。赵宏强等[6]将软包装后的鲈鱼片进行250MPa超高压灭菌处理，并与0.1MPa处理的对照样品进行冷藏期间嗜冷菌变化的动态分析，结果表明超高压处理软包装鲈鱼片的冷藏货架期明显延长4～5d。邱春强等[7]研究了超高压处理的酱卤鸡肉，通过实验说明在压力分别为200MPa和500MPa下，处理时间为15min时，菌落总数都会有明显下降，但在500MPa后持续加压，微生物数量降低的趋势变缓，获得了压力200～400MPa，处理时间20min的最佳处理方案。柏红梅等[8]对野山猪肉进行超高压灭菌处理，通过压力(250、350、450、550MPa)、灭菌温度(20、25、30、35℃)、保压时间(10、20、30、40min)3个灭菌参数的正交试验，以菌落总数和感官品质为评判依据，确定了灭菌压力486MPa、温度 26℃、时间16min的灭菌参数条件下物料能达到最好的灭菌效果和品质保证。通过邱春强和柏红梅2个实验小组的研究过程和结论，可以发现超高压灭菌技术受到多个灭菌参数的相互影响，对于不同的物料都拥有各自最佳的灭菌参数，因此超高压灭菌的工艺参数需要针对不同的物料特性及最终产品的质量需求分别单独确定。

2 脉冲强光杀菌

脉冲强光杀菌是采用强烈的白光脉冲闪照方法对食品表面进行灭菌的技术，其基本原理是可见光、红外线和紫外线共同作用于物料表面的微生物，通过闪照瞬间的高强度能量使微生物的细胞壁及遗传物质发生不可逆改变，从而达到灭菌目的。该技术是对物料的表面进行杀菌处理，适合于感官、风味、营养物质等质量因素对温度敏感的透明包装的产品杀菌处理，以延长产品的货架期。Dunn[9]研究得出脉冲强光对多数微生物都可起到灭杀作用。周万龙等[10]选用枯草芽孢杆菌、大肠杆菌、酵母菌为灭菌对象，研究结果表明输入电压、菌种原始浓度、闪照次数都能影响杀菌的效果，其中闪照次数对于灭菌效果的影响最大，选择合适的灭菌参数和菌液甚至可以达到完全灭菌的效果。江天宝等[11]在固定脉冲能量(6J/cm2)和闪照频率(3次/s)的情况下，通过控制变换闪照时间、闪照距离、染菌浓度分析烤鳗片的杀菌效果和品质变化，得出结论是脉冲强光可有效杀除烤鳗片表面的大肠杆菌，在闪照时间为15s的条件下，杀菌率可达到99.99%，同时杀菌过程对烤鳗片的品质影响较小。在固定脉冲能量和闪照频率的情况下，闪照时间是杀菌效果的主要决定因素。黄现青等[12]采用脉冲强光对冷却鸡胸肉进行杀菌处理，利用响应面法对灭菌参数进行优化，并通过杀菌率、剪切力、离心失水率和色差4个指标为判别依据，得到了脉冲能量400J、脉冲距离12cm、脉冲时间50s的最优杀菌工艺参数。通过研究发现随着脉冲能量的增加，杀菌率呈增加趋势且差异性显著；脉冲距离增大，杀菌率呈下降趋势且差异性显著；随着脉冲时间的增加，杀菌率呈增加趋势且差异性显著。

3 微波杀菌技术

微波杀菌是一种低温杀菌技术，微波杀菌的作用机制分为热效应理论和非热效应理论。热效应理论是食品中的极性分子在微波作用下发生来回运动，分子之间发生剧烈摩擦，产生热量。微波作用下的物料升温是内外同时发生且升温均匀的，与普通热杀菌相比微波杀菌具有受热时间短、升温速度快、受热均匀、物料品质损失少的特点。非热效应理论是处于微波中的微生物的细胞内的极性分子发生运动，改变蛋白质、核酸等分子的结构，使微生物的部分功能丧失而达到杀菌目的。微波杀菌具有良好的穿透性，同时作用于物料的表面和内部，杀菌均匀彻底，因此可进行包装后杀菌。

目前食品工业中使用较多的微波频率是915MHz和2450MHz，其中微波炉多用2450MHz，食品加工多用915MHz。湿式微波杀菌是微波杀菌工艺升级版，该工艺与传统工艺的区别是，在微波杀菌过程中加入循环水，使微波加热的均匀性得到了更好的提升。戚彪等[13]用2450MHz微波对软包装卤猪肝进行灭菌，结果表明杀菌温度为70℃微波杀菌的猪肝在灭菌效果上和传统热力杀菌的效果一致，且猪肝品质优于传统热杀菌。席益民等[14]对气调包装的扒鸡进行微波杀菌，实验表明900W杀菌功率即可获得良好的杀菌效果，杀菌功率的持续增加对扒鸡的货架期没有明显的延长效果；微波杀菌对气调包装扒鸡产品品质的影响较小，随杀菌强度增加，产品的口感和理化指标与未杀菌空白组无明显区别。

4 辐照杀菌

辐照杀菌是利用射线(其中包括X射线、γ射线和加速电子束等)的辐照能量来杀灭微生物的一项技术。辐照射线照射到食品上会引起食品中的微生物蛋白质或遗传物质发生变化，抑制或破坏其生长或者繁殖，甚至使微生物的细胞组织死亡，从而达到杀菌、延长货架期的目的[15-16]。

辐照灭菌按其用途和剂量可分为辐照消毒杀菌和辐照完全杀菌。辐照消毒杀菌的作用是抑制或部分杀灭腐败微生物和致病性微生物；完全辐照灭菌是一种大剂量辐照灭菌方法，剂量范围为10～60kGy。它能杀灭肉类及其制品上的所有微生物，从而达到“商业无菌”的目的[17]。食品辐射源有3种：X射线、γ射线和电子射线。影响辐射效果的主要因素有剂量、辐射介质和状态、温度、辐射气氛、微生物种类。与其他灭菌技术相比，辐照灭菌有其自身的优点，在适当剂量下，辐照处理过程中物料温度上升很小，辐照均匀、快速、易于控制，物料在包装条件下灭菌，辐照处理后无残留，产品的原有品质和风味可以最大限度地保持不变。

邓钢桥等[18]进行了泡椒凤爪的辐照杀菌研究，60Co-γ射线对产品中的微生物有很好的杀灭作用，能显著延长产品的保质期，辐照剂量为6kGy时，产品中已基本没有微生物的营养体存在。李淑荣等[19]进行了60Co-γ射线辐照烤鱼片杀菌效果的研究，当烤鱼片的辐照剂量由0kGy至6.0kGy逐步递增时，烤鱼片货架期显著延长且感官品质无明显影响，剂量为6.0kGy时杀菌率达到了99.99%且感官品质无明显变化，但剂量超过7.0kGy后感官品质发生了劣变。傅俊杰[20]利用γ射线辐照处理脱水蔬菜，辐照杀菌剂量为6～10kGy，能够保证对菜品品质无影响的情况下，有效地杀灭微生物，使菜品的保质期达到 1年以上。

5 生物杀菌(抑菌)技术

生物杀菌(抑菌)技术是一种安全、高效、无毒的冷杀菌(抑菌)技术。该技术主要是通过在食品生产过程中添加生物防腐剂来达到杀菌(抑菌)、延长货架期的目的。生物防腐剂根据其来源可分为3大类：

①植物来源的蒜素、生姜提取液中的萜类化合物、肉桂精油、辣椒碱等。蒜素杀菌能力极强，对食品中致病菌(痢疾杆菌、伤寒杆菌等)、腐败菌、真菌等有很强的杀菌和抑制作用，其作用效果可以和化学防腐剂山梨酸、苯甲酸相媲美，是目前发现的植物来源的生物防腐剂中抗菌效果最强的一种。据报道1mg蒜素相当于15个单位的青霉素抗菌力，蒜素稀释到1∶250000有抑制细菌作用，将其稀释1∶85000～1∶25000能抗葡萄球菌、链球菌、伤寒杆菌、痢疾杆菌、霉菌等[21]。魏玉西等[22]通过抑菌实验证明辣椒碱对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均有抑制效果，但是对霉菌的抑制效果不明显。

②微生物来源的乳酸链球菌肽、曲酸、纳他霉素等。乳酸链球菌素是目前研究最为广泛的一种生物防腐剂，它对大部分革兰氏阳性菌起抑制作用，但是对酵母菌和霉菌起不到抑制效果。纳他霉素能有效抑制霉菌和酵母菌的生长。

③动物来源的昆虫抗菌肽、壳聚糖、鱼精蛋白等。壳聚糖由于本身的分子结构导致水溶性差，防腐抗氧化活性不高，因此在使用壳聚糖时都要对其进行适度改性，改性后的壳聚糖运用到肉制品当中，不但能对抑制微生物的增长起到防腐作用，还能够抑制油脂氧化，延长产品的货架期。

生物杀菌(抑菌)技术并不能通过单一的生物防腐剂的使用来达到杀菌(抑菌)的目的，因为就目前的研究成果中，没有任何一个单独的生物防腐剂能全面杀菌(抑菌)，所以需要多种生物防腐剂，甚至和一些传统的化学防腐剂或杀菌方式联用，才能达到预期的杀菌效果，有效延长产品的货架期。

6 栅栏技术抑菌

“栅栏技术”一词，最早是由德国肉类研究中心Leistner提出的[23]。栅栏技术是多种杀菌防腐技术的科学结合，这些技术相互补充、相互合作，形成对腐败菌的多点灭杀或抑制，从而延缓食品的变质，有效延长食品的保质期。高温处理、低温冷藏、调整水分活度、pH调节、Eh值(氧化还原值)、防腐剂、竞争性菌群及辐照等阻止食品内腐败菌生长繁殖的因素统称为栅栏因子。通过这些因子单独或相互作用构成了防止食品腐败变质的“栅栏”，决定了食品品质的稳定性，即栅栏效应。在肉制品方面，栅栏因子众多，目前常用的栅栏因子主要有：初始菌量、温度、pH值、水分活度、Eh值(氧化还原值)、防腐剂、包装形式、辐照、竞争性菌群等，基于这些栅栏因子的抑菌作用，在肉制品的每个加工阶段运用相应的栅栏因子，进而保证产品品质的稳定性。金华火腿就是利用栅栏因子的协同作用保质防腐，是我国肉制品生产中对栅栏技术最早的应用典范。

7 结语

随着肉制品加工业的成熟与发展，辐照杀菌、超高压杀菌、微波杀菌等非热力杀菌技术在肉制品行业也得到一定程度的发展和应用。但在软包装肉制品加工中的应用报道较少，软包装肉制品加工中的二次灭菌大部分企业还是采用传统的热力杀菌技术，而传统热力杀菌技术的不足又不能很好地满足消费者对肉制品品质的要求。因此，非热力杀菌技术的研究和商业化应用对于软包装肉制品产业的发展有关键作用，通过该技术的应用，可以最大限度地减少因二次杀菌造成的营养成分的流失，尽可能使产品在杀菌前后保持稳定的、一致的感官性状，使产品在流通、销售环节的运输和贮藏更加便捷，延长产品的货架期，以满足广大消费者日益增长的物质生活的需要。