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新型熱殺菌技術和非熱殺菌技術知識

文章錄入：上海奔爍咨詢 | 文章來源：浙江消毒 | 添加時間：2022-10-9

      在食品加工和生產中，通過食品殺菌技術，可以抑制微生物生長或殺滅微生物，從而達到改善食品品質、延長食品貯藏期、保證食品安全的目的。
      傳統熱殺菌技術在食品工業中已被廣泛應用，它能夠殺死各種微生物，而且殺菌程度可以準確控制，是一種有效的殺菌方式。但熱殺菌所需的高溫會導致食品產生色澤、風味和營養物質的改變和損失。
      針對傳統熱殺菌技術存在的問題，出現了新型熱殺菌技術和非熱殺菌技術，它們具有節能、高效、安全、經濟以及更大限度保持食品天然的色、香、味的特點，因此受到很多人的關注，大大促進了包裝食品的生產和發展。

      傳統熱殺菌技術的本質是依靠燃燒燃料或電阻加熱在食品外部提供熱能，通過傳導和對流將熱能轉移到食品內部，從而達到殺菌和鈍化酶的目的。食品加工中常用的有巴氏殺菌和滅菌。
      一、巴氏滅菌
      巴氏殺菌指能夠殺死食品中幾乎所有的病原菌的熱處理強度。熱處理程度視目標產品中對象菌的耐熱性而定。
      在乳制品生產中，巴氏殺菌是最主要的熱處理方式（63℃/30min或72℃/15s）。總β-乳球蛋白變性率和糠氨酸含量是國際奶業普遍用來評估奶和奶制品品質的2個重要指標，與其他滅菌方式比較，巴氏殺菌乳中這2個指標均為最低。
      巴氏殺菌乳在冷藏條件下（≤10℃）貨架期一般為10d，其風味、營養價值和其他性質與新鮮原料乳差異很小。
      除乳制品外，巴氏殺菌在啤酒、果汁等食品的加工中也有很多應用。
      二、滅菌
      滅菌指能夠殺死食品中包括芽孢在內的幾乎全部微生物的熱處理強度。滅菌處理的強度比巴氏殺菌高。在乳制品加工中，瓶內滅菌乳一般采用110℃處理30min，可滅活乳中全部的酶類，但并不能完全滅活微生物產生的脂酶和蛋白酶；使一些維生素含量降低；可引起乳蛋白（包括酪蛋白）的一些變化；可使乳的pH值降低約0.2個單位；而且還容易產生美拉德反應導致褐變及一些賴氨酸的損失。       理想的熱殺菌效果應該是，在熱力對食品品質的影響程度限制在最小條件下，迅速而有效地殺死存在于食品物料中的有害微生物，達到產品指標的要求。超高溫殺菌、微波殺菌和歐姆殺菌是達到這一理想效果的新途徑。
      一、超高溫殺菌
      超高溫殺菌指加熱溫度為135~150℃，加熱時間為2~8s，加熱后產品達到商業無菌要求的殺菌過程。這一殺菌條件相對低酸性食品常規殺菌中采用的100~135℃高出20~40℃，因此稱為超高溫殺菌。
      大量實驗表明，微生物對高溫的敏感性遠大于多數食品成分對高溫的敏感性，故UHT能在很短時間內有效地殺死微生物，并較好地保持食品應有的品質，大大延長食品的貨架期。因而目前廣泛應用于乳品、飲料和發酵等行業。
      要達到殺菌要求，同時食品不受到熱損害，其技術關鍵是快速加熱和快速冷卻，最常用的換熱設備是板式換熱器。按照物料與加熱介質直接接觸與否，UHT過程可分為間接式加熱法和直接混合式加熱法。
      經過UHT的食品達到了商業滅菌要求，必須采用無菌包裝以防止在后續的包裝、運輸和銷售過程中受到微生物的污染。但通常的UHT設備只適用于不含顆粒的物料或所含顆粒的粒度小于1cm物料的加熱殺菌。對顆粒度大于1cm的物料，目前可用微波殺菌和歐姆殺菌來實現。
      二、微波殺菌
      微波是指頻率為300MHz~300GHz，即波長為1m~1mm的超高頻電磁波。微波殺菌是熱效應和非熱效應的共同結果。一方面微波穿透介質，極性分子受交變電場作用而取向運動，摩擦生熱，產生熱效應。
      另一方面生物體與微波作用會產生復雜的生物效應，即非熱效應，如微波電場改變細胞膜斷面電子分布，使其通透性改變；引起蛋白質變性；改變生理生化反應的活化能；誘發各種離子基團，使微生物的生理活性物質發生改變；導致DNA和RNA結構中氫鍵的松弛、斷裂和重新組合，誘發一些基因突變，中斷細胞的正常生理功能。
      微波加熱設備主要由直流電源、磁控管、加熱器、控制器和冷卻系統組成，可應用于肉制品、禽制品、水產品、果蔬、罐頭、奶制品、農作物、布丁和面包等一系列產品。
      三、歐姆殺菌
      歐姆殺菌是利用電極，將電流直接導入食品，由食品本身介電性質所產生的熱量達到直接殺菌的目的。歐姆殺菌技術適于處理黏度較高的液體物料，并可以含有一些顆粒的物料，如肉湯、布丁的商業化無菌處理。采用歐姆加熱，使顆粒的加熱速率與液體的加熱速率相接近成為可能，并可獲得比常規方法更快的顆粒加熱速率（1~2℃/s），因而可縮短加工時間，得到高品質產品。
      歐姆殺菌裝置系統主要由泵、柱式歐姆加熱器、保溫管、控制儀表等組成，其中最重要的部分是柱式歐姆加熱器。加熱高酸制品時，反壓維持在0.2MPa，殺菌溫度達90~95℃，加熱低酸食品時反壓維持在0.4MPa，殺菌溫度達120~140℃。目前，英國APVBaker公司已制造出工業化規模的歐姆加熱設備，可使高溫瞬時技術應用于含顆粒（粒徑高達25mm）食品的加工。       非熱殺菌技術是指采用非加熱的方法殺滅食品中有害和致病的微生物，使殺菌對象達到特定殺菌程度要求的殺菌技術。食品的非熱殺菌主要包括物理殺菌和化學殺菌，物理殺菌包括臭氧殺菌、生物防腐劑等，化學殺菌包括輻照殺菌、高靜壓殺菌、脈沖電場殺菌、高密度二氧化碳殺菌、超聲波殺菌、紫外線殺菌、脈沖光殺菌、脈沖X射線殺菌等。這里介紹在食品工業中研究和應用較多的5種新技術。
      一、高密度二氧化碳殺菌
      高密度二氧化碳殺菌技術是近年來發展起來的一種新型的非熱力殺菌技術，借助于5~50MPa的亞臨界或超臨界二氧化碳。二氧化碳在常壓下可抑制微生物，在高壓狀態下可有效殺滅大量微生物。
      當溫度高于31℃，壓力高于7.34MPa時，二氧化碳處于超臨界狀態。在低于超臨界壓力和溫度下，二氧化碳是亞臨界和氣體狀態。
      超臨界二氧化碳同時具備液體和氣體的特性，黏度低，擴散性和溶解性高。DPCD的殺菌機理可能是對微生物細胞造成了機械損傷、細胞及細胞膜的破壞以及細胞內成分的泄漏或失活、胞內pH值的降低等。
      高密度二氧化碳對微生物具有良好的殺菌效果，其中包括假單胞菌、鏈球菌、沙門氏菌、埃希氏腸桿菌、李斯特氏菌、葡萄球菌、梭狀芽孢桿菌、腸球菌、乳酸菌、酵母菌、霉菌、真菌、微生物孢子等。細菌、真菌對高密度二氧化碳較敏感，與微生物孢子相比更易被滅活。
      二、脈沖電場殺菌
      脈沖電場殺菌技術是將高電壓（15~100kV/cm）脈沖作用于電極間的食品，常溫下進行，作用時間短（<1s），以殺滅食品中的微生物的一種新型殺菌技術。
      三、臭氧殺菌
      臭氧具廣譜抗菌特性，對細菌營養細胞、芽孢、病毒、真菌均有高效殺滅作用。2001年FDA將臭氧列入可直接與食品接觸的添加劑范圍，這是臭氧殺菌技術發展的里程碑，在食品原料清洗、果蔬保鮮和畜產品加工中應用越來越多。
      臭氧的作用機理是首先作用于細胞膜，使膜構成成分受損傷而導致新陳代謝障礙，臭氧繼續滲透穿過膜而破壞膜內脂蛋白和脂多糖，改變細胞的通透性，導致細胞溶解、死亡；同時，臭氧還能使細胞活動所必要的酶失去活性，而影響其正常的生理功能。
      臭氧殺菌時除可直接利用臭氧氣體對物質進行處理外，還可將其溶解于水，形成臭氧水進行殺菌。臭氧水殺菌作用有些不同，其氧化反應有2種，微生物菌體既與溶解于水中的臭氧直接反應，又與臭氧分解生成的羥基間接反應，由于羥基為極具氧化性的氧化劑，因此臭氧水的殺菌速度極快。
      四、超聲波殺菌
      頻率大于20kHz的聲波，因超出人耳可聞的上限而被稱為超聲波。超聲波殺菌是通過傳聲介質的相互作用產生巨大的能量，在很短的時間內殺死微生物。一般認為，超聲波的殺菌效力主要來自于細胞內部的空化作用。其殺菌效果受到多種因素的影響，包括超聲波的頻率、強度和照射時間，微生物的種類和數量以及媒質的性質等。超聲波殺菌技術適合處理果蔬汁飲料、酒類、牛奶、礦泉水和醬油等液體食品。
      五、高靜壓殺菌
      高靜壓殺菌技術是將100~1000MPa的靜態液體壓力施加于液態或固態食品、生物制品等物料上并保持幾秒鐘到幾十分鐘，起到殺菌、破壞酶及改善物料結構和特性的作用。
      高靜壓殺菌具有一些優點：
      ①它能在常溫或常溫附近的溫度下達到殺菌滅酶的作用，而且其對大分子的修飾使得它可能對制品的質構等品質因素有一定的改善作用；
      ②HHP過程的傳壓速度快、均勻，只要制品本身不具備很大的壓縮性，不會影響制品的外觀形態。
      高靜壓殺菌效果也受諸多因素的影響，包括微生物的種類和生長期培養條件、壓力大小和加壓時間、施壓方式、處理溫度、pH值、介質成分及水分活度等。
      六、輻照殺菌
      輻照殺菌是指利用電磁射線、加速電子照射被殺菌的物料從而殺死微生物的一種殺菌技術。用于殺菌的輻照可分為電離輻照（如γ射線、加速電子）與非電離輻照（如紫外線、紅外線和微波）。
      食品輻照殺菌根據所要達到的目的及所需的劑量，可分為輻照耐貯殺菌、輻照巴氏殺菌和輻照阿氏殺菌。相對于其他殺菌技術，輻照殺菌有著自己的優越性。適宜的劑量下，物料的溫度在輻照處理過程中升高很小；輻照均勻、快速、易控制；物料也在有包裝的情況下進行殺菌；輻照處理后不會留下任何殘留物。
      同時它也有弱點，如需要專門的輻射源，設備投資大；射線對人體有影響，因此需要十分注意操作人員的防護措施；輻照的滅酶效果不好等。目前用于食品工業殺菌的射線多為60Co-γ射線。       雖然非熱殺菌技術在保持食品的色澤、風味、營養物質有很大的優勢，但是它也存在著自己的技術缺陷，例如難以殺死細菌芽胞，殺菌強度大時溫度易升高等，限制了其應用范圍。因此，人們將熱殺菌技術和非熱殺菌技術結合使用，或幾種非熱殺菌技術結合使用來達到所需的熱處理效果。
      隨著人們消費意識增強與消費水平提高，對食品的質量與安全的要求也越來越高。在這種形勢下，傳統熱殺菌技術仍然會繼續發揮它的重要作用，但新型熱殺菌技術和非熱殺菌技術的應用會更加廣泛，因為新的方式不僅能夠更好地保持食品原有的色香味，對環境的傷害也更小，節能、節水和減少廢氣廢水的排放。而各種殺菌方式的結合使用也是一種趨勢，能保證食品在達到殺菌、滅酶的要求下，更好地保持其本身的色澤、風味和營養價值。

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