食品冷杀菌技术

食品冷杀菌技术

摘要：冷杀菌技术是一种新技术，既能杀灭食品中微生物，又能最大限度保持食品色泽、香味及营养成分。依据冷杀菌作用原理不同，将其分为物理冷杀菌、化学冷杀菌、生物冷杀菌3大类，并就冷杀菌技术在食品领域的应用研究进行了综述。

关键词：食品；冷杀菌；物理；化学；生物

食品腐败变质是由于微生物的代谢活动所引起的，因此杀菌工艺是食品加工过程中重要的一个环节。食品杀菌包括热杀菌和冷杀菌，热杀菌可致死微生物、钝化酶及改善其品质，但对食品营养品质方面有较大影响；而为了迎合消费者对于食用安全、性质稳定和不加添加剂等需求，冷杀菌技术由此诞生。冷杀菌技术不仅杀灭微生物，还能够保证食品营养成分的生理活性、对其固有的风味、色泽等方面的影响较小。冷杀菌技术则包括超高压杀菌、高压脉冲电场杀菌、磁力杀菌、感应电子杀菌、辐照杀菌、微波杀菌、超声波杀菌、紫外线杀菌、臭氧杀菌、脉冲强光杀菌、酶法杀菌等。而本文则综述了国内外冷杀菌技术的研究进展及现状，主要介绍了超高压杀菌、磁力杀菌和脉冲强光杀菌等技术基本原理和应用。

1.超高压杀菌技术

1.1超高压杀菌技术的原理[1-2]

食品超高压杀菌,即将包装好的食品物料放入液体介质(通常是食用油、甘油、油与水的乳液)中，在100～1000MPa压力下处理一段时间使之达到灭菌要求。其基本原理就是利用压力对微生物的致死作用,主要通过破坏细胞膜、抑制酶的活性和影响DNA等遗传物质的复制来实现。

1.2超高压杀菌技术在食品科技中的运用

1986年京都大学林力九教授首次开展高压食品实验，随后日本的Meidi-Ya公司于1990年生产了第一个高压食品—果酱，揭开了超高压技术运用的序幕。明治屋食品公司将草莓、猕猴桃、苹果酱软包装后,在室温下以400～600 MPa的压力处理10～30 min后不仅起到了杀菌作用，还能保证产品原有的风味和色泽，且维生素C含量也大大得到提高。此后在日本市场上随处可以发现许多超高压食品，包括口味像新鲜水果的果酱、果汁、色拉调味料、即食甜点、葡萄柚和具有”即榨”新鲜风味的橘子汁等。而在法国，这些果汁也可在市场上看到。在美国，超高压处理鳄梨占据的市场份额正逐年增加。王雪青（高压对猕猴桃酱质量的影响）等对猕猴桃酱进行了高压处理，经高压处理的猕猴桃酱较传统热处理的酱体色泽翠绿，维生素含量高，而且在700 MPa的高压下杀菌，稳定色泽和防止维生素C氧化的作用最佳。Landl等人[3]发现在20℃下400MPa对苹果酱处理5min，对其维生素C和总酚含量的影响较小、对于其抗氧化方面具有显著效果。付中民等[4]对蜂蜜进行高压处理，发现效果明显，但对于如何处理好压力对于菌类和酶类、氨基酸等方面需要进一步研究。梁彦等[1]发现在400～600MPa的压力下，可以杀灭细菌、酵母菌、霉菌，避免了一般高温杀菌带来的不良变化。冯艳丽等[5]证实了100～600MPa 的高压作用5～10min可以使一般的细菌和酵母菌减少直至杀灭,但孢子对压力有一定的耐受性，当压力达到600MPa，结合一定的温度处理(≦50℃)作用15～20min则可以实现完全灭菌。张晓敏等人[6]利用高压进行牡蛎去壳及延长其货架寿命的研究，结果表明压力207～310

MPa经不同时间处理后，贮藏在4℃以下，27 d后，样品的pH只降低0.5，水分含量略有上升，不仅可减少2～3个对数的微生物的数量，且牡蛎有较高的品质超高压技术解决了牡蛎产业的两大问题：消除牡蛎中有害致病菌和牡蛎脱壳。

相关研究表明高压技术和其他技术相结合，更能有效地杀灭微生物，破坏酶，延长货架寿命。Jacky等人[7]通过PH和压力对于改善火鸡质地方面的影响发现PH对于蛋白的溶解度影响较小，50、100MPa 处理可提高低PH火鸡的持水能力，而200MPa处有助于肌纤维蛋白含量的提升。Pedro等人[8]发现通过对鲜肉进行冷处理（-35℃）和高压处理（650MPa）10min后，可在保持色泽的基础上进行杀菌处理。Landl等人[3]发现5℃下对整个流体蛋进行300MPa 、200S处理，并通过乳酸链球菌与高压的协同作用下可显著抑制其中的李斯特菌属。Barba等人[9]发现经过高压处理（600MPa）与脉冲电场（36kv/cm）的共同处理后蓝莓果汁的维生素C含量降低较小且拥有较高的抗氧化性。Wimalaratne等人[10]通过压力与热处理协同作用即在温和压力条件下对产品处理达到抑制孢子的效果，但效果不是很明显仍需进一步研究。Pilar Trespalacios等人[11]利用谷氨酰胺转氨酶与高压（500MPa）协同作用下对于改善肉纤维结构方面有较大作用。Park 等人[12]进一步利用高压CO2 和高压技术相结合的方法处理胡萝卜汁，结果表明4.9MPa二氧化碳和300MPa 高静水压结合处理可使需氧菌完全失活，多酚氧化酶、脂肪氧化酶、果胶甲酯酶残留活性分别低于11.3 %、8.3 %、35.1 % ，高静水压并不影响胡萝卜汁的浊度

和色泽，但这种结合处理对胡萝卜汁的品质有些影响。

超高压加工食品的优点主要表现在于超高压处理不会使维生素、色素、香气成分等低分子物质发生变化及产生异臭物等，加压后食品仍能保持原有的生鲜风味和营养成分；超高压处理后，蛋白质的变性状态及淀粉的糊化状态与加热处理也有所不同，可以期待获得具有新物性的食品；高压加工可以同热加工组合进行，使食品加工过程多样化，能开发出各种未来新型食品及食品加工工艺；超高压处理是液体介质短时间内等同压缩过程，从而实现灭菌的均匀、瞬时、高效性，且跟加热法比较能耗要低很多。随着超高压技术在国内的日益完善，我们仍需在借鉴国外现有条件的基础上对本地产品进行有效的开发。此外，超高压技术与其它技术的联合运用在食品方面具有广阔前景，这也是我们前进的方向。

2.磁力杀菌[13]

磁力杀菌是将食品放在N极和S极之间，用6000的磁力强度连续摆动，不需要加热,即可达100 %的灭菌效果,对食品的成分和风味无任何影响。日本三井公司将食品放在0.6 T磁密度的磁场中，在常温下48h，达100 %灭菌效果。1991年《日本酿造协会杂志》中报导磁力杀菌运用于清酒的酿造中，结果发现磁力作用时间越长杀菌效果越好。磁杀菌可用于饮料、调味品及各种包装的固体食品的杀菌[14]。目前国内已对水、酸奶等制品进行了磁场杀菌的研究。

由于食品中微生物的失活与磁场强度的关系，磁场与食品营养成分变性的关系，磁场能量效率与延长食品货架期的关系，磁场对食品

质量的影响和微生物失活机理等等，目前尚不清楚，还有待于进一步研究与探索。但利用磁场杀菌技术要求食品材料有较高的电阻率，一般大于10Ω·cm，以防材料内部产生涡流效应而导致磁屏蔽。金属包装的食品不能用此法来杀菌。因磁力杀菌对包装材料的要求高，因而限制了其应用范围。

3.脉冲强光杀菌技术

脉冲强光杀菌是利用强烈白光闪照进行杀菌技术，其系统主要包括动力单元和灯单元。动力单元为惰性气体灯提供能量，灯便放出只持续数百微秒，其波长由紫外光区域至近红外光区域强光脉冲，其光谱与太阳光相似，但比阳光强几千倍至数万倍。研究表明，脉冲强光对枯草芽孢杆菌、酵母菌都有较强的致死效果，30余次闪照后，使这些菌由105个减少到0个；脉冲光中起杀菌作用波段可能是紫外光，其它波段起协同作用[15]。由于细菌、酵母菌等微生物都系由水、蛋白质、碳水化合物、脂肪和无机物等复杂化合物构成一种凝聚态物质。脉冲强光有一定穿透性，当闪照时，脉冲强光作用于其活性结构上，使蛋白质发生变性，从而使细胞失去生物活性，达到杀菌目的。脉冲强光在杀菌和对食品进行保鲜同时能很好保持食品营养成分和风味不发生变化，且无有害物质残留。此外，脉冲强光杀菌技术在处理食品时所需费用也不高，适于烘烤食品、海产品、肉类、水果和蔬菜等杀菌及保鲜[16]。

4.紫外线杀菌[17]

紫外线杀菌主要是由于其辐射性能可以破坏有机物的分子结构。

微生物受紫外线照射时最容易受影响的是其体内的蛋白质和核酸。尤其是可诱导DNA中的胸腺嘧啶二聚体的形成，从而抑制DNA的复制和细胞分裂，乃至使其受伤甚至死亡。波长250～260 nm 的紫外线杀菌效果最佳，其杀菌效果比近紫外线(波长300～400 nm) 要大1000倍以上。不同种类的微生物抗紫外线的能力不一样，酵母菌和丝状菌抗紫外线的能力比细菌强，病毒和细菌的抗紫外线的能力基本相同。国内外紫外线杀菌的场合主要有食品厂用水的杀菌、液状食品杀菌、固体表面杀菌、食品包装材料杀菌及食品加工车间、设备器具、工作台的杀菌。但在这些场合，对霉菌的杀菌效果较差，常需配合酒精消毒来加强杀菌效果。由于紫外照射会破坏有机物分子结构，所以会给某些食品的加工带来不利的影响，特别是含脂肪和蛋白质丰富的食品经紫外线照射会促使脂肪氧化、产生异臭、蛋白质变性、食品变色等。此外，食品中所含的有益成分如维生素、叶绿素等易受紫外线照射而分解,因此紫外线照射杀菌的应用受到一定程度的限制。

5.二氧化钛光催化杀菌[18]

二氧化钛光催化以前用于水解水制氢、探讨光电化学理论、有机合成、矿化有机物及临床抗癌实践。二氧化钛光催化杀菌时，当光照射到较大聚集体的TiO2 表面时，激发产生光电子和光生空穴对。由于光生电子迁移速度比光生空穴快得多，所以可将光生电子和光生空穴分开。光生空穴有很强的得电子能力，这样产生的光生电子-空穴对与细胞壁、细胞膜以及细胞内组分作用，导致酶失活。另一方面光生电子-空穴对与水或水中溶解氧发生作用形成氢氧自由基，它们与

细胞壁、细胞膜或细胞内物质作用，使细胞功能单元失活。目前在食品工业领域中，二氧化钛光催化杀菌技术仅应用于水的处理，其它方面的应用有待于进一步探索。与传统的杀菌技术相比，以上食品杀菌新技术对食品的营养成分、风味、质地、感官影响较小。但单一的杀菌技术尚存在某一方面的欠缺或不足。因此，为了进一步提高杀菌效率，把对食品的营养成分、风味、感官的有害作用降到最低，利用两种或两种以上的杀菌方式串联或并联使用或与天然杀菌剂配合使用是今后杀菌技术研究的一个重要方向。

6.臭氧杀菌[19]

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600-3000倍，其分解后迅速还原成氧。利用其性能的臭氧技术在欧美、日本等发达国家早就得到运用，是杀菌消毒、污水处理、水质净化、食品贮藏、医疗消毒等方面的首选技术。美国华盛顿大学医学研究人员发现，臭氧可以抑制癌细胞的生长；日本石川岛播麻种工业公司证明，臭氧水有望成为最佳的果树杀菌剂，其杀菌效果明显优于次氯酸钠；中国医学科学院研究证明，臭氧可以有效地杀灭淋球菌，并且对水中的重金属有分解作用。试验证明，臭氧水能在极短的时间内杀灭微生物，从而延长保鲜期。

7.酶法杀菌

酶法杀菌又称抗生酶或酶法保鲜，它利用酶的催化作用，防止或消除外界因素对食品的不良影响，从而保持食品原有的优良品质与特性的技术。目前发现的抗微生物酶有4大类：使细菌失去新陈代谢的

作用；对细菌产生有毒作用；破坏细胞的细胞膜成分；钝化其他的酶[20]。应用于食品保鲜中的酶主要有溶菌酶、葡萄糖氧化酶、谷氨酰胺转胺酶、脂肪酶等。溶菌酶对革兰氏阳性菌、好气性孢子形成菌、枯草杆菌、地衣芽孢杆菌等都有抗菌作用，是一种安全的天然防腐剂，溶菌酶已广泛用于食品防腐保鲜[21]。葡萄糖氧化酶是用黑曲霉等经过发酵后制得的高纯度酶制剂，是生物领域最主要的酶制剂，在食品工业中应用广泛。在有氧条件下能催化葡萄糖生成葡萄糖酸-δ-内酯，反应中消耗掉一个氧分子，故可抑制好氧微生物的生长繁殖而起到防腐作用，也可作为除葡萄糖剂和脱氧剂而用于食品保鲜[22]。谷氨酰胺转胺酶、脂肪酶等对于多脂水产品的防腐保鲜上起重要作用。总之，抗微生物的酶在食品杀菌中的开发应用，引起了广泛的重视，尤其是在日本、加拿大、美国等这类研究更加广泛深入。

8.结论

综观以上食品冷杀菌技术，冷杀菌技术包括三大类：物理杀菌、化学杀菌和酶法杀菌。与传统杀菌技术相比，冷杀菌减少了对食品营养素和风味的破坏，由于一些技术尚处于试验研究阶段，对其中的杀菌原理尚不清，因而限制了它们的应用。其他灭菌技术仍需作进一步研究，透彻其杀菌机理和影响因素，从而取得最佳的灭菌效果。目前应着重研究：（1）灭菌技术的作用机理、影响因素和适用条件等；（2）努力降低生产成本；（3）不同的杀菌技术两两结合或更多的结合取得最佳的杀菌效果；（4）加强冷杀菌技术的安全性评价工作，尤其是新出现的冷杀菌技术所引起的食品内部结构变化、分子断裂重排导致有

毒物质的产生；杀菌技术不成熟导致有害物质残留；营养成分发生改变甚至缺失等安全、健康方面的问题应引起高度关注。随着食品工业的发展及现代检测技术的诞生，我们有理由相信在解决好安全方面问题的情况下，冷杀菌技术必将发挥越来越重要的作用。

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