冷杀菌技术在食品中的应用

食品科学冷杀菌技术在食品中的应用

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并研究了冷杀菌技术在食品领域的应用。

关键词：食品；冷杀菌技术；应用

1 概述

微生物代谢活动易引起食品腐败变质，因此杀菌成了食品加工过程中非常重要的环节之一。广大消费者对食品中营养与品质的要求越来越高，不仅是食品新鲜问题，还要求食品保持其原有的风味。因此会不同程度地破坏食品中的营养成分和天然特性。为了更大限度保持食品本身的固有品质，一些新型的灭菌技术—冷杀菌应运而生，如超高压杀菌、超高压脉冲电场杀菌、脉冲强光杀菌、放射线杀菌等。

2 超高压杀菌

超高压杀菌（UHP，ultrahigh pressure processing sterilization）又称为高压技术或高静水压技术。将食品物料以某种方式包装完好后，放入液体介质（通常是食用水、油、甘油、油与水的乳液）中，在100~1 000MPa压力下作用一段时间后达到灭菌要求。其基本原理就是压力对微生物的致死作用，主要是通过破坏细胞膜、抑制酶的活性和影响DNA等遗传物质的复制来实现的。Buts等证明高压处理不会使果蔬中有益成分丢失，采用超高压这种冷杀菌技术，既可给消费者提供新鲜水果产品同时又能钝化病原菌及酵母。

超高压杀菌是高压、常温，既具有高效杀菌性，又能完好保留食

品营养，口感好，安全高，保存期长等优点。在国外此技术已应用于果蔬、乳制品、蛋制品等加工过程中。其味道和原来一样，色泽更新鲜，具有很大发展利用潜力。尤其是超高压杀菌结合其它杀菌处理方法，用以提高其杀菌效果也越来越受到重视。

3 高压脉冲电场杀菌技术

超高压脉冲电场杀菌是采用高压脉冲器产生的脉冲电场进行杀菌的方法。其基本过程是用瞬时高压处理放置在两极间的低温冷却食品。其机理基于细胞膜穿孔效应、电磁机制模型、粘弹极性形成模型、电解产物效应、臭氧效应等假设。其作用主要有2个：（1）场的作用。脉冲电场产生磁场，细胞膜在脉冲电场和磁场的交替作用下，通透性增加，振荡加剧，膜强度减弱，从而使膜破坏，膜内物质容易流出，膜外物质容易渗入，细胞膜的保护作用减弱甚至消失。（2）电离作用。电极附近物质电离产生的阴阳离子与膜内生命物质作用，阻碍了膜内正常生化反应和新陈代谢过程等的进行。同时，液体介质电离产生臭氧的强烈氧化作用，使细胞内物质发生一系列的反应。通过场和电离的联合作用，杀灭菌体。

但是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。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10欧姆，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。

4 脉冲强光杀菌技术

脉冲强光杀菌是一种安全、强效、节能的新型冷杀菌技术，是利用脉冲的强烈白光闪照而使惰性气体灯发出与太阳光谱相近，但强度更强的紫外线至红外线区域光来抑制食品和包装材料表面、固体表面、气体和透明饮料中的微生物的生长繁殖。此技术以杀灭食品表面与包装材料上的微生物，处理后的微生物呈现明显减少趋势，并且不会破坏食品的色香味和营养成分，具有投资少，食用更安全，杀菌用时短等优点。

脉冲强光杀菌技术除了对食品外包装、生活饮用水处理设备等进行杀菌处理外，还对制药及其他行业消毒设备和工业生产中起到杀菌作用。上世纪90年代美国圣地亚哥纯脉冲技术研究所发明了此项杀菌新技术，称之为“纯亮”杀菌。此后美国Xenon Corporation进行系列脉冲强光杀菌设备研发，并与美国宾州大学教授Ali Demirci博士合作进行各种食品杀菌试验，获得良好的效果，从而使该公司设备获得美国市场认可，该公司RS300B、RS300C和RS300M系列脉冲强光杀菌设备被用于鱼片、肉丁等食品以及血液的杀菌。

5 臭氧杀菌技术

臭氧杀菌是臭氧能与细菌细胞壁脂类的双键反应，穿入菌体内部，作用于蛋白和脂多糖，使细胞膜的通透性增加，细胞内物质外流，细胞失去活性，从而导致细菌死亡，实现杀菌作用。这种技术是通过臭氧发生器产生臭氧，臭氧在水中不稳定，分解产生活泼的氧原子是

一种强氧化剂，具有很强的杀功能力，不仅可杀死细菌，还可消灭细菌芽胞。在食品加工中臭氧杀菌主要用于对其表面的杀菌和水处理，饮料、果汁等加工过程中，臭氧水可用于生产设备的浸泡和冲洗达到灭菌目的；蔬菜加工中，臭氧杀菌技术可提高产品质量，降低生产成本；冷冻水产品加工的冻前处理中，臭氧杀菌对其卫生指标能够起到控制作用。

臭氧对几乎所有病菌、霉菌、真菌及原虫卵囊都有明显的灭活效果，并可以破坏肉毒杆菌毒素。臭氧的灭菌速度极快，是氯的300倍～600倍，紫外线的3 000倍。臭氧的高氧化还原电位，决定了它在氧化、脱色、除味、保鲜方面的应用。臭氧溶解于水中，能消杀水中对人体的有害物质，如铁、锰、铬、铅、氧化物等，还可以分解有机物及灭藻。但臭氧的灭菌效果受温度和湿度的影响，在低温高湿条件下，灭菌效果好；在高温条件下，臭氧易分解，灭菌效果下降；环境湿度低，灭菌效果较差，对干燥菌体几乎无杀菌作用。臭氧杀菌技术作为一种安全可靠的冷杀菌技术，现已广泛应用于食品加工生产中。

6 辐照杀菌

辐照就是运用X射线、γ射线或电子高速射线照射食品引起食品内的物质发生物理、化学或生物学上的变化，从而抑制或破环其新陈代谢和生长发育，使细胞死亡，延长食品的贮藏期。食品中常用的辐照源主要是Co60、Cs137等所产生的γ射线，其穿透性强，对只要求表面处理的食品效果不佳。食品辐照操作简单，照射较易控制，几乎无热效应，可较好地保持食品原有的品质，卫生安全性较高，节能。

水产品、肉制品、蛋类、蜂花粉经射线辐照后能较长时间保存。肉类制品经预处理后，真空密封包装和冷冻，- 40e辐照，对肉制品无不良影响。经辐照完全杀菌的牛肉、鸡肉、火腿、香肠、鱼虾在常温下皆可贮藏较长时间，若在低氧或无氧条件下处理则贮藏时间更长。蛋类辐照杀菌一般用10kGy左右的剂量便可杀灭沙门氏菌，鲜蛋若用80kGy的电子射线照射后，涂上聚乙烯醇塑料薄层，于28e ~ 30e贮存一个多月，好蛋率达9110% ~ 9113%。蛋液及冰冻蛋液可用B-及C-射线辐照，灭菌效果良好。蜂花粉用110kGy的剂量照射，能有效地杀灭花粉中的微生物，花粉的温升也不明显，这对保存花粉的营养成分是十分有好处的。除此之外，辐照还广泛用于包装材料和包装容器的表面杀菌，一般剂量为20~ 30kGy便可达到杀菌要求。高压电子束则适用对单层薄膜进行杀菌处理。

7 电阻杀菌技术

电阻杀菌（electrical resistance sterilization）又称欧姆杀菌，是利用电流通过食品时，食品中的极性分子在电极极性的高频变化下，不断地旋转摩擦而产生热量，达到杀死活菌体的作用。这种杀菌技术主要用于炖牛肉类炖制食品，可实现连续化生产，能量利用率也高，易于操作控制。美军纳蒂克研究所经过6年的努力，对电阻杀菌过程中食品的各种变化，包括食品化学成分的变化、商业无菌检验、感官特性变化等进行了跟踪试验，结果显示这类产品经37℃条件下加速试验可储存6个月，在26℃常温下可储存8天，而且口感与新鲜食品相似。这种杀菌技术初次应用在牛奶上，它是一种纯放电加工，在电热室中

通过碳电极，把牛奶加热到70℃，结果能使分支杆菌结核菌和大肠杆菌失活。常用于炖牛肉类炖制食品，可实现连续化生产，能量利用率也高，易于操作控制。

8 半导体光催化杀菌技术

半导体光催化杀菌（semiconductor photocatalysis sterilization）时，当光照射到较大聚集体的半导体表面时，激发产生光生电子和光生空穴。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、空穴一方面与细胞壁、细胞膜以及胞内组分作用，导致酶失活等；另一方面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、细胞膜或细胞内的组成成分发生生化反应。半导体光催化能够进行彻底杀菌，这种杀菌是通过生物生命活动过程中电子的得失而导致的结果。因而控制合适的光催化条件，就能达到良好的杀菌效果。半导体光催化以n型半导体为催化剂，例如TiO2、CdS、ZnO、ZnS、CdS、WO2、Fe3O4、SnO2等，已证明TiO2和ZnO催化活性最好，CdS也具有较好活性。ZnO、CdS在光照时不稳定，常因光阳极腐蚀游离出Zn2+、Cd2+及因光阴极腐蚀而析出金属Zn、Cd，光阳极腐蚀产物Zn2+、Cd2+对生物有毒性。TiO2化学性能、光电化学性能均十分稳定、耐光腐蚀，对生物无毒性，来源丰富，因而常选择TiO2为半导体杀菌光催化剂。半导体杀菌在光动力学疗法和水的深度处理方面有着广泛应用前景。

9 结束语

冷杀菌是在食品温度不升高或升高很低的条件下进行杀菌，弥补了热杀菌的不足，可最大限度地保持食品功能成分的生理活性及原有的色、香、味及营养成分，是一种安全、高效的杀菌方法。作为新型杀菌技术，近年来冷杀菌受到了国内外食品行业的极大关注，使之成为21世纪食品工业研究和推广的重要高新技术之一，在食品加工过程中采用冷杀菌技术成为必然的趋势。因此它是最有应用前景的杀菌技术。

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