冷杀菌技术

冷杀菌技术杀菌是保证食品安全，延长食品保质期的基本手段。

冷杀菌技术也称为非热杀菌技术。

它与通常的加热杀菌技术相比，在杀菌过程中食品温度不升高或温升很小，可以避免高温对食品的营养、风味、质地、色泽的不良影响，特别是对于热敏性较强的果品、蔬菜制品的杀菌有非常重要的意义。

冷杀菌技术主要包括超高压杀菌、辐照杀菌、高强度脉冲电场杀菌、微波杀菌、脉冲强光杀菌、超声波杀菌、紫外线杀菌、臭氧杀菌等，在食品加工中有广阔的应用前景。

这里介绍用于果蔬加工的几种冷杀菌技术。

一、超高压杀菌超高压技术（ultra-high pressure processing，UHP）是目前受到广泛关注的一项食品加工高新技术，主要应用于食品的杀菌。

常用的压力范围是100~1000MPa。

其杀菌原理是强大的压力导致微生物的形态结构、生物化学反应、基因机制以及细胞壁、膜发生多方面的变化，从而影响微生物原有的生理活动机能，甚至使原有功能破坏或发生不可逆的变化。

一般来说，细菌、霉菌、酵母菌在300 MPa下可致死，细菌的芽孢在600MPa以上的压力下可致死，酶在400 MPa以上的压力下可被钝化。

在杀菌的同时，能够较好地保持食品固有的色香味、质构特点和营养品质。

高压对食品中营养成分和品质的影响主要表现在以下几方面：1、对蛋白质的影响：蛋白质在高压下会凝固变性，这种现象称为蛋白质的压力凝固。

压力凝固的蛋白质消化性与热力凝固的相同。

2、对淀粉、糖的影响：常温下加压到400~600MPa，可使淀粉糊化，吸水量增加，形成不透明的粘稠糊状物。

高压对糖类几乎没有影响。

3、对油脂的影响：常温下加压到100~200MPa，油脂就会凝固，解压后能恢复原状。

4、由于超高压杀菌在较低温度下进行，因此食品中维生素、色素、香气、风味损失很小。

酶作为一种蛋白质，在高压下变性失活，有利于保持食品的营养品质和感官品质。

日本、美国、欧洲在高压食品的研发方面处于领先地位。

1990年4月日本的Meidi-Ya公司生产了第一个高压食品——果酱。

目前这些国家已有研究和生产超高压的果汁、果冻、果味酸奶、贝类、蛋制品等的报道。

超高压处理的果汁，其色泽、风味、营养与未经加压处理的新鲜果汁几乎无差别。

日本小川浩史等人分别对柑橘类果汁（pH2.5~3.7)进行100~600 MPa、5~10min的高压灭菌研究，结果表明，细菌、酵母菌、霉菌数随压力的提高而减少。

酵母菌、霉菌、无芽孢细菌可以被完全杀死，但棒杆菌属等枯草杆菌能形成耐热性强的芽孢而有残留。

但如果加压至600MPa，再结合适当的低温加热（47~57℃），则可达到完全灭菌的要求。

经过超高压处理的果汁达到商业无菌状态，同时果汁风味、组成成分没有发生变化，在室温下可保持数月。

所以超高压杀菌是果汁长期保存的有效方法之一。

超高压杀菌生产果汁的工艺流程是：果实预处理榨汁配料、混合灌装密封超高压杀菌成品由于蔬菜腌制品向低盐化方向发展，以及人们对化学防腐剂的反感，使超高压杀菌技术在蔬菜腌制品的生产加工上显示其优越性。

对蔬菜腌制品进行300~400MPa处理，可使酵母菌和霉菌致死，提高了制品的保藏性，同时保持了原料原有的生鲜特色。

正如食品的加热杀菌效果与许多因素有关，超高压杀菌效果也受许多因素影响，包括压力大小、加压时间、施压方式、处理温度、微生物种类、食品本身的组成和添加物、pH值、水分活度等。

在一定范围内，压力越高，杀菌效果越好。

在相同压力下，处理时间延长，杀菌效果也有一定的提高。

Mitsumasa Yasumoto等人研究了100~600MPa的压力对番茄汁中的凝结芽孢杆菌（Bacillus coagulans）和酵母菌（Saccharomyces bailii ) 的杀菌效果，找出了保压时间和施压大小的关系。

其结果是，对于凝结芽孢杆菌，Z=512-152logX（5≤X≥100）；对于酵母菌， Z=354-104logX。

其中X为保压时间，单位为min，Z为压力，单位为MPa。

超高压灭菌方式有连续式、半连续式、间歇式。

G.D.Aleman 研究报道，同持续静压(static pressure)处理相比，阶段性压力(sinusoidal and step pressure pulses)变化处理可使得菠萝汁中的酵母菌大幅度减少。

I.Hauakawa等人研究了嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus ) 的失活情况，得出重复的压力处理比较有效，600MPa的压力、70℃条件下处理5min 如此重复6次，可使含嗜热脂肪芽孢杆菌量为106/g的样品全部灭菌。

J.Yuste研究发现间歇式加压处理效果好于连续处理。

研究者认为其原因是，第一次加压会引起芽孢发芽，第二次加压则使这些发芽而成的营养细胞杀死。

因此对于易受芽孢菌污染的食物宜采用超高压多次重复短时处理。

温度对超高压灭菌的效果影响很大。

低温或高温下对食品进行高压处理比在常温下处理杀菌效果更好。

大多数微生物在低温下耐压能力降低，主要是因为压力使低温下细胞因冰晶析出而破裂的程度加剧。

蛋白质在低温下高压敏感性提高，致使此条件下蛋白质更易变性，而且人们发现低温下菌体细胞膜的结构也更易损伤。

低温对高压杀菌的促进效果特别引人瞩目，因为低温下高压处理对保持食品品质，尤其是减少热敏性成分的破坏较为有利。

适当提高温度对高压杀菌有促进作用。

P.Rovere进行了高压与热处理灭菌效果的模型和计算，主要找出了高压对模拟体系中生芽孢梭菌杆菌的热钝化动力学，指出高压下进行热处理其效果会由于压力作用而放大，如果控制好温度，则可以减少加工时间和加工压力。

针对芽孢菌的高耐压性，就现阶段研究来看，结合温度处理则是一种十分有效的杀菌手段。

高压处理装置由高压容器、加压装置及其辅助装置构成。

高压处理装置按照加压方式分为直接加压式和间接加压式两类，见图（）。

按照高压容器的放置位置分为立式和卧式。

立式的占地面积小，但物料的装卸需专门装置。

卧式的高压处理装置，物料进出方便，但占地面积大。

二、辐照杀菌食品辐照技术是核辐射技术应用的一个重要方面,它利用放射性核素60Co（钴）或137Cs（铯）的γ射线,以及加速器产生的电子束等辐照食品,达到抑制发芽、推迟成熟、促进物质转化、杀虫杀菌、防止霉变等目的。

由于食品辐照保藏与加工具有节能、简便、效率高等优点,在国内外已广泛应用,正在形成一门新兴的辐射加工产业。

从1943年美国麻省理学院B.E.Proctor博士第一次用射线辐照汉堡包研究食品保藏开始,国际上正式开始食品的辐照保藏与加工研究工作,到目前为止,世界上已有38个国家批准了224种辐照食品。

我国食品辐照贮藏研究开始于1958 年。

目前已制订并实施了相应的法规《辐照食品卫生管理办法》。

食品辐照处理时，射线可以穿过包装和冻结层，杀死食品表面及内部的微生物、害虫、寄生虫，而不留任何残留物。

经适当辐照的食品与新鲜食品在外观形态、组织结构及色香味上没有差异。

辐照技术目前主要用于谷物、水产品、蛋制品、调味品、香料、脱水制品等的杀虫、杀菌，水果蔬菜的抑菌保鲜等。

大量的辐射微生物学实验表明：各种微生物的辐射敏感性有很大差异，除个别球菌属的细菌外,无芽胞菌比芽孢菌敏感,在不产芽孢的细菌中革兰氏阴性菌比革兰氏阳性菌更敏感。

辐照食品的安全性受到人们关注。

辐照食品的生产必须严格执行《辐照食品卫生管理办法》，以保证安全性。

三、微波杀菌微波会使食品温度升高，但是微波杀菌所需时间比热力杀菌所需时间显著缩短，所以暂且把它归在冷杀菌技术中。

用于加热的微波频率是915MHz 和2450MHz。

微波杀菌效果包括热效应和非热效应两个方面。

1、热效应食品中极性分子在高频电场中不断改变自身排列方向，产生类似摩擦的作用，使分子获能，并以热的形式表现出来，表现为介质温度升高。

由于微波加热是利用食品本身作为发热体而进行内部加热，不靠热传导的作用，微波具有一定的穿透性，因此食品内部和表面可同时受到加热，所需加热时间短，并且加热均匀。

2、非热效应微波的作用会使微生物在其生命化学过程中产生的大量电子、离子和其它带电粒子的生物性排列组合状态和运动规律发生改变，亦即使微生物的生理活性物质发生变化。

同时，电场也会使微生物细胞膜附近的电荷分布改变，导致膜功能障碍，使细胞的正常代谢功能受到干扰破坏，使微生物细胞的生长受到抑制，甚至停止生长或死亡。

微波还使微生物细胞赖以生存的水分活度降低，破坏微生物的生存环境。

另外，微波还会导致细胞DNA和RNA分子结构中的氢键松弛、断裂和重新组合，诱发基因突变，染色体畸变，从而中断细胞的正常繁殖能力。

吴晖等人研究发现，枯草芽孢杆菌悬浮液进行微波杀菌时，D100=0.65,而相同菌种、浓度、温度下进行热力杀菌时 D100=5.50。

二者差异显著。

这种差异只能从处理方法的不同来解释。

由于微波杀菌时间短，有利于保持食品的营养成分和色香味，特别是能保留更多活性物质，可应用于药材、保健食品的杀菌，以及蔬菜、水果、肉、奶等制品的杀菌。

微波还可用于食品的灭酶保鲜。

在果蔬加工过程中用微波加热的方法代替沸水预煮灭酶，可避免水溶性营养成分的损失。

四、高压脉冲电场杀菌高压脉冲电场杀菌（High-intensity pulsed electric fields，PEF）的杀菌机理有多种假说，主要有细胞膜穿孔效应、电磁机智模型、粘弹极性形成模型，电解产物效应、臭氧效应等。

大多数学者倾向于认同电磁场对细胞膜的影响，并以此为基础对抑菌动力学进行推导。

脉冲电场的产生需要两个主要设备：脉冲能量供应装置和处理腔。

脉冲能量供应装置将通常的低电压转化为高电压，同时将低水平的电能收集起来，并贮存在贮存器中，然后这些能量能以高能的形式瞬间释放（百万分之一秒）。

输出电压、脉冲频率、脉冲宽度可以调节，以满足不同食品的杀菌要求。

不同菌种对电场的承受力有很大不同，无芽孢细菌较有芽孢细菌更易被杀灭，革兰氏阴性菌比阳性菌易于被杀灭。

杀菌效果还受菌数、电场强度、处理时间、处理温度、介质电导率、脉冲频率、介质pH 等因素的影响。

国外研究人员使用高压脉冲电场对培养液中的酵母、各类革兰氏阴性菌、阳性菌，以及苹果汁、香蕉汁、菠萝汁、牛奶、蛋清液等进行了大量研究，结果表明，该处理对食品的感官质量没有造成影响，其货架期一般可延长4~6周，抑菌效果可达到4~6个对数周期。

其处理时间一般为几个微秒到几个毫秒，最长不超过1秒。

这种技术还可用于大豆的灭酶脱腥，并可有效保留大豆固有的香味。