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食品非加热杀菌技术的现状 张松袁惠新 ( 无锡轻工大学机械工程学院，江苏无锡2 1 4 0 3 6 ) 【摘要】本文介绍了目前在食品工业中所采用的多种非加热杀菌技术的原理及应用现状，包括高压 杀菌、电磁杀菌、光杀菌、超声波系苗、辐照系苗、生理杀菌、电解水杀菌及过滤法灭菌等。 关键词非加热杀菌冷杀菌食品 目前，杀菌技术可以分为物理杀菌和化学药剂杀菌。后者可| 三l 根据使用的药剂的不同 进行分类，最常用的即是次氯酸及其盐。前者可分为加热杀菌和非加热杀菌。加热杀菌必 须加热至一定高的温度才能达到杀菌的效果。高温杀菌在设备器材的杀茁过程中基本不会 带来什么问题，但是在食品工业中对食品及原料进行高温杀菌却会带来不利的影响，如变 质、变味、营养的损失等。此外，还会因工艺等方面的要求不宜采用加热杀菌或化学药剂 杀菌， 非加热杀菌技术正好可以避免加热杀菌所造成的不利影响。所谓非加热杀菌是相对 于加热杀菌而言的，即冷杀菌。冷杀菌在5 0 , - 6 0 年代就已经有所研究，近年来发展尤为迅 速，有的对原有技术加以改进、扩展，有的则利用新技术创造出新的杀菌方式。根据杀菌 所借助的方式，可以将冷杀菌大致分为高压杀菌、电磁杀菌、声波杀菌、光杀菌、辐照杀 菌、生理杀菌、电解水杀菌和过滤法灭菌等。这些不同的杀菌技术也各有适用的场合。 1 高压杀菌 高压杀菌是2 0 世纪9 0 年代由日本京都大学林为丸教授首先提出在食品| 业上应用， 并于1 9 9 1 年由日本明治屋食品公司率先推出了采用高压杀菌技术的果酱产品。所谓高压杀 菌，就是将食品物料以某种方式包装后，置于高压( 2 0 0M P a 以上m 装置中加压，使微 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变化致死，从而达到杀菌的 一5 3 目的。一股来说，3 0 0 , - 4 0 0 M P a 的压力可以杀灭细菌、霉菌、酵母等营养体：稍低压力即 可使病毒不活化；低压时可杀死寄生虫【”。高压杀菌的效果会随着压力的增加而增加杀 菌时间也会缩短。因此为了缩短杀菌时间，可以采用超高压瞬时杀菌。目前，高压杀菌主 要有高压低温杀菌和水中高压杀菌两种。 1 1 高压低温杀菌 日本睐之素公司在6 0 条件下，使用大约6 0 8 M P a 的压力对食品进行杀菌处理可 将霉菌和芽胞菌的数量减少到原来的十万分之一。在2 5 条件下使用大约6 0 8 M P a 的压 力处理2 0 分钟，可将土豆色拉、猪肉等食品的芽胞菌全部杀死。美国用高压低温对天然果 汁进行杀菌处理，也取得满意的结果。该技术对肉食、果蔬和果汁都不会破坏食品原有的 成分结构和风味同时达到杀菌效果。 1 2 水中高压杀菌 美国、日本的一些饮料生产厂家发明的在水中施压对天然果汁、豆奶等进行杀菌：压 力为2 5 3M P a 左右时，大肠杆菌被杀死；压力为4 0 5 M P a 左右时，其它的细菌、酵母、霉 菌等菌体亦被杀死。这种处理方法不仅可以节约工序和能源而且能使原料中的营养成分免 遭破坏，保留天然饮料原有的新鲜风味，还可延长贮藏期。 2 电磁杀菌 电磁杀菌可分为电杀菌和磁杀菌。电杀菌主要利用脉冲放屯产生的电化学效应、热学 和力学效应等杀菌；磁杀菌主要利用强磁场作用来杀菌。电杀卣主要有高压电场杀菌、静 电杀菌、常规电压自发脉冲放电杀菌等三种方法。 21 高压电场杀菌 该新技术首先在美国、法国的鱼糜、肉糜加工处理中得以应用，高压脉冲将泵入电场 区的鱼糜和肉糜中的微生物破坏，并使之泄出脂肪。利用这种新技术可以使食品及原料避 免因加热而引起蛋白质变形和维生素破坏的缺点。为了取得较好的效果一般使用温度为 4 5 5 0 J c 场强为3 0 k V c m 。 22 静电杀菌 该方法是用静电电晕放电所产生的离子雾和臭氧处理食品，杀菌保鲜效果显著。在酱 油的静电杀菌处理中就是采用负电晕电场。带电粒子与空气中的少量电子离子碰撞使分子 电离在电晕线附近产生“电子雪崩”，在电子、原子和分子的碰撞过程中，特别是电子与 氧分子的碰撞，产生臭氧0 ， 0 2 + e 斗2 0 + e ( I O + O z + f M l 斗0 3 + M ( ! ) 其中( M ) 为中间气体分子同时电子与酱油中的水作用产生O H 、H 2 0 2 、e 目、0 2 等 活性氧。臭氧的强氧化性使它具有杀菌消毒的作用，但它仅能杀死表层中的细菌而大量 存在于酱油液体中各个地方的活性氧才起主要的杀菌作用。 2 3 常规电压自发脉冲放电杀菌 该方法主要用于液态原料的杀菌相比于高压脉冲放电杀菌，它的放电电压低，一股为 3 5 0 V 以卜| 两极间场强为3 5 0 V c r n 咀F 庄处理物料时时间较蚝，但升温慢不需冷却设 一5 4 各另外其设备也比较简单，安全性要求低无需冷却系统单机投资少。目前这种方法仍在试 验中，工业中并无应用，但它的前景是非常广阔的。 2 4 磁力杀菌 该方法需要采用6 0 0 0 高斯的磁力强度。食品放入两极之间接受磁场的作用。同时还 要不断地连续摇动。虽然处理过程不需要加热，但是其杀菌效果可以达到百分之百，而且 对食品无任何不利的影响。 3 辐照杀菌 辐照所采用的射线是电离产生的x 射线、Y 射线和电子束，射线能激励被辐照物质 的分子而使之引起电离作用。在一定强度的放射线辐照下，微生物细胞的细胞质结构全部 会受到不同程度的影响，以致微生物产生变异或死亡。 3 1 x 射线杀菌 日本的一种密封连带式无菌食料填充包装机就是利用x 射线对食品进行与杀菌的。 处理过程中一般采用5M e v 以下能量的x 射线。 32Y 射线杀菌 又称为核辐射杀菌。这是由美国食品工业新开发的利用发射性元素衰变时发出的电离 射线一Y 射线杀菌一股采用钴6 0 或铯1 3 7 作放射源。波长极短的Y 射线能穿透固体 物品，通过破坏细胞壁来系灭微生物使被加工食品无菌。在处理过程中食品的温度不会 明显升高。同样，处理过程中一股也采用5M e v 以下能量的Y 射线。 3 3 电子束灭菌 电子柬具备的高能量( 离子化辐射) ，能使目标分子的结构产生变化，其离子化辐射 的形态决定了它穿透进包装中心的程度。当包装材料的厚度大于辐照电子的射程时，它只 能处理包装材料的表面，此时可以对平整的包装材料表面作连续的杀菌处理。食品辐照处 理中一般采用1 0 M e v 以下的能量的电子柬。 在利用辐照杀菌过程中，由于放射线也会对人体产生不得影响，因而限制了这种方法 的应用。电子束辐射对人体的危害不大，安全性较高，而x 射线和Y 射线的危害较大。不 过，人们也不必担心对食品进行辐照处理会遗留枝残质和使食品产生毒| 生、变味变质等副 作目j 。经过科学家们的研究己证实，在食品工业中采用的辐照( 辐照平均总剂量在1 0 k G y 左右j 不会对食品产生不利影响，也不会在食品中遗留核残质。 4 光杀菌 光杀菌，属于二非电离辐照杀菌，主要利用光线辐照作用而引发的一些反应来系菌的。 普通光线中，可见光是不能直接通过辐照杀菌，紫外线和红外线则可以，但是红外线是利 用辐照时的热效应，不在本文讨论的范围之内。 4 1 紫外线杀菌 主要设备是紫外线杀菌灯，在日本的活水鱼槽中得以应用。这种灯以高纯度的石英 玻璃为材料其强力紫外线所产生的臭氧能够使活鱼致死的亚硝酸转变为硝酸，活水槽中 的病原菌就是披这些硝酸杀死的。 一5 5 4 2 强光脉冲杀菌 光杀菌中的种很特别的方法。这种方法是采用强烈白光闪照的方法进行灭菌的。它 由个动力单元和一个惰性气体灯单元组成。动力单元能提供所需的能量，惰性气体灯能 发出的光线，其光线范围极宽，包括了由紫外线到近红外线区域的所有光波，强度可以达 到太阳光的数千倍至数万倍。与射线不同该种连续的宽带光谱短而强的脉冲，只能抑制 食品和包装材料的表面、透明饮料、固体表面和气体中的微生物。J o s e p h d u n n 等研究结果 表明它能杀死大多数微生物，比传统的紫外线灯的效率更高。影响强光脉冲杀菌的主要因 素有：闪照次数、菌液原始浓度及输入电压，其中闪照次数影响最大，闪光间隔影响不大 6 】。 5 超声波杀菌 超声波杀菌主要应用于液体物料。作用于液体物料的超声波，当声强达到一定值时， 会使液体产生空化现象或效应。由于空化剧烈收缩和崩溃而产生的高压、高温、冲击波和 高速射流等效应会对液体物料中的微生物产生粉碎和杀灭作用。 6 生理杀菌 生理杀菌就是利用一些对细菌有克制作用的物质来抑制和杀灭细菌。目前发现这样的 物质有壳多糖杀菌和生酶杀菌两种。 61 壳多糖杀菌 脱己酰壳多糖杀菌具有抗微生物的作用特别是抗真菌作用尤为显著。研究认为脱 乙酰壳多糖可以利用聚阳离子聚合物在微生物表面形成一层包衣，阻止微生物细胞与外在 的联系，从而抑制了微生物的机理达到杀菌的目的。在食品工业中，在不产生副作用的前 提F + 可以向原料中加入脱乙酰壳多糖来杀菌。 6 2 抗生酶杀菌 日本、美国正加大力度开发应用抗生酶在食品工业中的杀菌作用，目前发现的抗微生 物酶有四粪：是使细菌失去新陈代谢作用；二是对细菌产生有毒作用：三是破坏微生物 细胞的细胞膜成分，如对格兰氏阳性菌具育抑杀作用的带有溶菌酶的壳多糖酶和葡萄糖酶： 四是钝化其他的酶；目前这几种酶的应用程度还不高，已使用的是的第三类。 7 电解水杀菌 电解水杀菌从杀菌本质上来说是用强酸、强碱等物质杀菌的，是属于化学药剂类杀菌。 但是从原料的制作过程和对食品杀菌过程中的温度变化来看具有明显的冷杀菌的特征，所 用电解水主要以自来水等为原料的食盐水电解后得到的，根据生成方式不同可分为强酸性 电解水、弱酸性电解水及碱性电解水( 见表1 ) 。其中常用的是强酸性电解水，它可以快速 杀死病原微生物，多数细菌不超过5 秒，最长为2 5 分钟；真菌一般为5 3 0 秒，最长的 B a i l l u se r e u s ( 蜡状芽孢杆菌) 也不超过5 分钟；抗真菌不超过2 5 分钟”1 。而且残毒性 极低，具有较高的安全性，避免了常见消毒杀菌剂的残毒性随其毒陛和浓度的增加而增加 的缺点。 一5 6 寰1 电解水的生成方式 4 1 制造牲阳极( + )用极( - ) 羁电俅眦5 虬上可作冼险甩鞭眭术H t 9 一1 0 饮用 - - - W 隅膜式强醣性电解永眦7 以 强碱眭水P H l l 5 诜涤作 强电解承 下可杀蕾作用用 弱酸性电解水P H 5 6 有杀 一槽无隔陵式 茁作用 8 过滤灭菌法 过滤灭菌是把细菌等微生物作为“杂质”除去，并不能将它们杀死。这种方法出现比 较早，多应用于对空气、氮气、水等流动物质的连续灭菌目前在啤酒的制造过程、无菌 包装等方面仍有应用。但是这种灭菌方法也有它的局限性。它不能滤除流质中直径小于滤 i L 直径的微生物而且对不通过过滤介质的流质、下游设备以及与其它物质接触的表面等 无灭菌效果。根据过滤过程中需要的动力方式可以将过滤器分为二类： ( 一) 深层过滤器和膜过滤器这种过滤器需要较大压力差才能使流质通过过滤器。 深层过滤器由纤维状的或颗粒装的材料组成，将材料压迫、缠绕、烧制或连接成具有流通 孔道的板模。深层过滤器对微粒的滞留是靠过滤器板模的机械阻留和吸附的共同作用而实 现的。膜过滤器具有连续的结构，采用的膜的滤孔直径仅为O 2um 。这砷膜完全可以除去 一般的体积较大的细菌( 一般球菌的大小为0 5 lum ，杆菌为05 1x1 0um N ) 、原生物 和部分病毒。滤膜上方大颗粒物质的集结会进过滤，但是细菌等物质也会积聚于介质表面 使细孔堵塞。 ( 二) 高效粒子空气( H E P A ) 过滤器H E P A 过滤器利用动力，不需要用高压差距。 它能把空气中的粒子、微生物有效地过滤掉，而且不会将滤孔堵塞。 9 结语 以上介绍的各种杀菌方法主要是应用于食品J = 业中的，但是随着食品工业和其他相关 科技的发展，还会不断地涌现出新的杀菌技术以适应不同食品物辩及生产的要求。食品的 卫生质量也会随着不断地提高，因此病原微生物由食物侵染肌体危害健康的机率会大大地 减少，同时由餐具、衣物等物品咀及手指等身体部位与外界的接触式的间接侵染的机率会 相对提高，所以简便日用型、家用型冷杀菌器材应该具有广阔的发展前景，对此应该加大 在这方面的开发力度，目前日常生活中家庭里最常用的杀菌消毒方式是加热煮沸对餐具、 食物等进行但是加热煮沸并不能满足人们在其他方面的需求，如对生吃食物( 水果等) 的 清洗、净手等，我们热情地希望能够出现这类产品。在所介绍的几种方法中，电解水杀菌、 常规电压自发脉冲发电杀菌、超声破杀菌等都是可通过开发研究来满足家庭里某些方面的 杀菌要求。 参考文献 王仲礼国外冷系菌保鲜食品新技术肉类研究，1 9 9 9 ( 3 ) ：4 5 - 4 6 5 7 2 石秀东，葛凤清李儒萄液中常规电压自发脉冲放电技术的研充食品与发酵工业，1 9 9 9 ( 6 ) ：2 8 3 2 3 袁惠新，陆振曦吕季善食品的加工和贮藏技术化学工业出版社2 0 0 n2 4