非热杀菌技术在生鲜面生产中的研究进展

贾花婷，安艳霞，2，赵阳，2，温娅晴，任秀娟，张剑，2*

（1.河南农业大学 食品科学技术学院，河南 郑州 450002；2.农业农村部大宗粮食加工重点实验室，河南 郑州 450002）

面条起源于中国，是中国的传统主食之一[1]。迄今为止，面条的工业化生产主要分为干面（方便面、挂面）、半干面、农贸市场生切面条以及生鲜面[2]，其中爽滑筋道、质感新鲜、面香味浓郁的生鲜面得到了消费者一致认可[3]。但生鲜面因其较高的水分活度容易发生腐败变质、微生物生长繁殖等问题，难以长时间储存，严重制约了生鲜面的市场化发展。因此，在保证生鲜面品质能被消费者认可的情况下延长其储藏时间显得尤为重要。

影响生鲜面储藏期间品质腐败的因素大致分为4 种：1）微生物：微生物是生鲜面腐败的主要因素[4]，引起生鲜面品质败坏的微生物有细菌（其优势菌群为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌[5]和金黄色葡萄球菌）、霉菌（白曲霉和圆弧青霉[6]）还有少量的酵母菌。2）水：水分迁移会导致生鲜面中自由水以及结合水的变化，从而导致面条粘连发生品质劣变[7]。3）自身组分：蛋白质、淀粉以及脂肪等物质在储藏期间的变化也严重影响了生鲜面的品质，淀粉酶的存在导致淀粉在储藏过程中发生水解引起淀粉吸水膨胀等；蛋白质因微生物的生长代谢含量下降导致面筋网络结构遭到破坏影响面条的黏弹性及咀嚼性。4）储藏温度：食品中微生物及酶的活性、食品物理化学反应速率、品质的变化很大程度上取决于温度的变化，温度越高微生物生长繁殖越迅速[8]。

近些年，杀菌技术广泛地应用于面条生产中，主要包括热杀菌与非热杀菌技术两大类。传统的热杀菌技术通过高温使微生物和酶等物质失活从而达到杀菌效果，但热杀菌会导致蛋白质变性、淀粉糊化以及热敏营养物质的流失。非热杀菌技术即冷杀菌技术，能在相对较低的温度下灭活食品中的微生物等从而使食品达到有效保鲜的杀菌技术。与传统的热杀菌技术相比，非热杀菌技术的应用避免了热敏营养物质的流失以及食品在杀菌过程中导致的蛋白质变性等问题，有效地保证了食品品质。由于生鲜面生产过程中不宜加热，使得非热杀菌技术非常适合用于生鲜面的杀菌保鲜[9]。目前，应用于生鲜面的非热杀菌技术主要有微波、辐照、臭氧等，此外，低温等离子体、紫外、脉冲强光等技术在生鲜面杀菌方面也有应用，本文阐述以上6 种非热杀菌技术在生鲜面生产中的研究进展，以期对延长生鲜面的货架期提供有利的参考。

1 生鲜面防腐保鲜中非热杀菌技术的应用分析

1.1 微波杀菌技术

微波杀菌技术杀菌升温快、温度低、时间短、杀菌均匀，既能较好地保证食品中的活性物质又能很好地保持食品的色香味及营养成分，在食品应用过程中不仅方便快捷而且安全无污染。微波虽然会使食品温度升高，但微波杀菌比传统热杀菌技术时间短且加热温度较低，故微波杀菌技术一般被列为非热杀菌技术[10]。微波杀菌技术机理见图1。

图1 微波杀菌技术机理Fig.1 Microwave sterilization technology mechanism

在实际应用中微波杀菌是热效应与非热效应共同作用的，通过改变食品中的微生物等活性物质导致微生物活性降低甚至失活从而达到防腐保鲜的目的。微波杀菌保鲜效果的影响因素主要是微波功率与微波时间。目前，应用于生鲜面防腐保鲜的微波处理技术主要分为两种，一是处理生产面条的原料小麦粉，二是直接处理生鲜面条。近些年微波杀菌技术在生鲜面中的应用研究成果见表1，可以看出，微波杀菌技术可有效减小生鲜面中微生物的含量。

表1 微波杀菌技术在生鲜面防腐保鲜中的应用Table 1 Application of microwave sterilization technology in antiseptic preservation of fresh noodles

1.2 辐照杀菌技术

辐照是一种通过具有能量的射线作用于食品，杀灭微生物等生物活性物质，从而达到食品保鲜目的的杀菌技术[21]。辐照杀菌技术是一种新型的冷杀菌技术，目前被广泛应用于食品杀菌。辐照杀菌技术有很多种，截至目前所用于食品的一般为γ 射线、电子束、X射线等。辐照技术在杀菌过程中所产生的热能较少，穿透性较强，很好地避免了传统热杀菌技术所造成的热敏营养物质的流失，较好地保持了食品的风味。辐射杀菌机理见图2。

图2 辐照杀菌技术机理Fig.2 Irradiation sterilization technology mechanism

影响辐照杀菌效果的因素主要有辐照射线类型、辐照时间、辐照强度、食品类型以及微生物种类等。目前，应用于生鲜面防腐保鲜的辐照处理技术主要分为两种，一是处理生产面条的原料小麦粉，二是直接处理生鲜面条。近些年辐照杀菌技术在生鲜面中的应用研究成果见表2，可以看出，辐照处理可有效减小生鲜面中微生物的含量。

表2 辐照杀菌技术在生鲜面防腐保鲜中的应用Table 2 Application of irradiation sterilization technology in antiseptic preservation of fresh surface

1.3 臭氧杀菌技术

臭氧是一种具有强氧化性的高效新型杀菌剂，能够在微生物表面进行强烈的氧化应激反应，导致微生物死亡[31]。臭氧稳定性较差，很快就会分解为氧气，避免了危害化学物质残留的问题，具有极高的安全性。1997 年，臭氧被美国食品药品监督管理局规定为公认安全的物质用作食品工业中的杀菌剂[32]。臭氧杀菌机理见图3。

图3 臭氧杀菌技术机理Fig.3 Mechanism of ozone sterilization technology

臭氧用于生鲜面的保鲜可以是以气态臭氧，也可以是以臭氧水的形式。臭氧杀菌保鲜的效果影响因素主要有臭氧浓度、处理时间、微生物种类等。臭氧杀菌技术在生鲜面防腐保鲜中的应用见表3。

表3 臭氧杀菌技术在生鲜面防腐保鲜中的应用Table 3 Application of ozone sterilization technology in the anti-corrosion and preservation of fresh noodles

1.4 微波、辐照、臭氧3 种杀菌技术对比

表4 反映了微波、辐照、臭氧3 种非热杀菌技术的杀菌机理及其在食品中应用的优缺点，以及在生鲜面中的杀菌效果和对生鲜面品质的影响。

表4 微波、辐照、臭氧3 种非热杀菌技术在生鲜面防腐保鲜中的应用Table 4 Application of microwave，irradiation and ozone three non-thermal sterilization technologies in the anti-corrosion and preservation of fresh surfaces

微波、辐照、臭氧3 种杀菌技术均能较好地降低微生物的活性，能够有效延长生鲜面的货架期。3 种杀菌技术适度的处理不仅能够使生鲜面达到良好的保鲜效果，还能在一定程度上改善面条的品质特性。其中适度的微波处理可以改善面条的拉伸特性；合适的辐照剂量能够有效改善面条的蒸煮、质构特性；适度的臭氧处理可改善面团的流变学特性，增加小麦粉的亮度。但这3 种处理技术也各有利弊：微波处理虽效率较高，但穿透性不强，主要适用于表面杀菌且杀菌不均匀；辐照处理穿透性高，可作用于食品内部，但辐照成本较高；臭氧处理因臭氧独特的物理化学性质容易挥发不会造成残留，但也因此在实际应用中难以确定其处理浓度，造成统计数值与实际数值的偏差。通过对微波、辐照、臭氧3 种处理技术的比较，发现无论是从对生鲜面品质的影响还是工厂大规模应用的成本以及技术方面，微波杀菌技术都更胜一筹。

1.5 其他非热杀菌技术

1.5.1 低温等离子体

低温等离子体杀菌技术是一种新型的非热杀菌技术，等离子体是通过对气体放电所产生的不同于固态、液态、气态之外的第四种物质状态[41]。等离子体整体呈电中性，是由离子、电子、自由基等组成的物质聚集态[42]。目前已有研究表明，低温等离子体对细菌、真菌、芽孢[43]、病毒等有害物质具有灭活作用。目前低温等离子体杀菌技术已经应用于食品杀菌，但用于生鲜面杀菌保鲜的研究较少。陈玥[44]将低温等离子体杀菌技术应用于生鲜面的杀菌保鲜，采用低温等离子体杀菌技术直接作用于面片，密封包装后在28 ℃下储藏0～5 d，结果表明经过处理的面片的菌落总数明显下降，综合考虑，当杀菌条件为处理时间20 s、电源功率70 W、电极间距4 mm 时，介质阻挡放电等离子体对生鲜面的表面具有良好的杀菌效果。Chen 等[45]使用低温等离子体直接作用于生鲜湿面，结果表明经处理的生鲜湿面的水分含量显著下降，低温等离子处理使生鲜湿面的水分迁移，内部结构稳定性提高。目前等离子体应用于生鲜面的杀菌研究较少，杀菌效果以及工艺成本还有待商榷，能否将其应用于工厂大规模生产还需进一步探讨。

1.5.2 紫外杀菌技术

紫外光电磁波普的波长在100～400 nm 范围内，紫外光杀菌技术因其经济、环保、安全且操作简单等优点，被广泛应用于食品的杀菌保鲜[46]。紫外杀菌的机理主要是通过损伤微生物的DNA 来实现的，紫外照射微生物细胞内DNA，使其相邻碱基之间形成共价键，并形成胸腺嘧啶二聚体，导致使细胞结构遭到破坏，严重阻碍了DNA 的转录与翻译，最终抑制微生物的生长[47]。已有研究表明，紫外处理可以有效抑制鲜切食品表面微生物的生长，并不会在食品表面残留，能够保留食品原有的风味、色泽以及营养物质[48]。韩金玉[49]使用紫外处理生鲜拉面，并在25 ℃下恒温储藏，结果表明使用紫外照射90 min 的生鲜拉面的保质期由6.81 h 延长至9.45 h。赵笑笑等[16]研究了紫外和微波方式对生鲜面条的保鲜效果，研究发现紫外照射生鲜面的杀菌效果不如微波杀菌。紫外在生鲜面的保鲜中一般不单独使用，通常会与其他技术联合使用。

1.5.3 脉冲强光杀菌技术

脉冲强光杀菌技术是一种新型低热杀菌技术，它利用瞬时峰值能量极强的脉冲光辐射杀灭食品和包装上各类微生物[50]，相对于热加工脉冲强光，利用高能强光辐射进行杀菌，具有高效、节能、环保、安全无污染无残留等特点，可有效地保持食品的营养成分和口感[51]。脉冲强光杀菌技术于1996 年应用于食品工业，迄今为止其在食品工业中已有突破性的进展[52]。赵雅健[53]使用脉冲强光（闪照距离9 cm，单脉冲能量500 J）处理即食湿面，研究发现脉冲强光可有效减少即食湿面的微生物含量。Li 等[54]使用脉冲强光处理小麦并磨成小麦粉制作生鲜面，研究发现脉冲强光处理过的小麦粉的微生物含量显著下降，适度的脉冲强光处理可有效地减少小麦粉的初始微生物含量，改善其理化性质，并在一定程度上抑制生鲜面在储藏过程中的褐变问题，具有延长生鲜面保质期的效果。目前脉冲强光处理技术用于延长生鲜面保质期的研究较少，未来还需进一步探讨。

2 结论与展望

本文综述了微波、辐照、臭氧、低温等离子、紫外、脉冲强光对生鲜面中微生物的杀菌效果。研究表明，以上6 种杀菌技术均对生鲜面具有较好的杀菌效果。其中臭氧、脉冲强光等的适度处理不仅能够降低生鲜面的微生物含量，还具有改善生鲜面品质特性的作用。通过对比微波、辐照、臭氧3 种非热杀菌技术，发现微波杀菌技术在生鲜面中的应用表现出较高的优越性。

目前的非热杀菌设备昂贵，杀菌成本较高，工厂大规模生产引用非热杀菌技术还有一定的难度。因此，加快非热杀菌技术在生鲜面保鲜的应用研究显得尤为迫切，在今后的研究过程中要理论联系实际，加快工业化进程。

非热杀菌技术在生鲜面的保鲜中还存在一定的局限性，紫外在生鲜面中的杀菌效果就略逊于微波，单一的非热杀菌技术相较于复合杀菌技术的杀菌效果较差。由此可见，未来对生鲜面保鲜技术的研究，需积极引用复合杀菌技术，争取获得更好的杀菌的效果。应用于其他食品的非热杀菌技术如超声波技术、LED蓝光技术等在生鲜面杀菌应用中是否具有可行性，也将是未来生鲜面杀菌技术的一大发展趋势。