食品的腐败变质一般是由微生物的代谢活动所引起。目前 ,在工业生产上对食品的杀菌处理普遍采用加热的方法。加热杀菌易引起食品的加热臭 ,破坏食品原有的色、香、味、形 ,引起热敏性物质 ,如Ｖc等营养成分的损失和其他一些难以克服的不期望变化。随着现代科学技术的发展 ,食品杀菌技术越来越受到瞩目。近年来国内外已开发出一系列高效、安全且能保持食品原有风味与营养成分的非热力杀菌新技术 ,其中一些有望部分取代现有的食品热杀菌方式。

1　等离子体杀菌

空气辉光放电发生等离子体 (oneatmo sphereuniform glowdischarge plsma, OAUGDP)系统能在数十秒内杀死微生物菌体及其孢子 ,并且OAUGDP可以在常温常压下操作 ,对产品及空气不产生升温作用。OAUGDP的最适处理时间与微生物种类、介质条件和等离子体密度有关,它适用于食品、医药和净化空气等的灭菌。OAUGDP是通过一个 8.5ｋＶ/ｃｍ以上的电场产生等离子体———活泼氧 (ROS),如原子态氧和氧自由基。ROS可快速破坏菌体细胞膜结构 ,从而导致菌体的死亡。采用紫外分光光度计法检测OAUGDP处理后的培养液 ,可以发现微生物细胞中某些大分子物质的流失。另外 ,具有被膜的某些病毒对OAUGDP更敏感 ,而不具有被膜的病毒则对OAUGDP有较大的抗性[5]。以上两点说明 , OAUGDP的杀菌作用与微生物的膜系统有关。

OAUGDP对革兰氏阳性菌和阴性菌、细菌芽孢、酵母和噬菌体都有致死作用 ,其灭菌效果与OAUGDP作用时间有关。在 15～60ｓ内 , OAUGDP可以使细菌数量减少约 5个对数周期 ,对于嵌入在琼脂中的细菌则需 4min才能达到同样的效果。对某些微生物的孢子而言 ,则需 5min左右的作用时间才能达到上述效果。有研究表明 ,经典等离子体发生器在 4～6ｋＶｒｍｓ和 5～6ｋＨｚ时 ,数分钟内就能完全杀灭啤酒酵母、大肠杆菌和白色念珠菌。但其杀菌效果受微生物所处表面材料性质的影响 ,聚丙烯表面的微生物对OAUGDP最敏感 ,其次为玻璃和琼脂[4]。

2 高压脉冲电场杀菌

早在 1879年Cohn和Mendelsohn就发现溶液中的电场能杀灭细菌。近年来随着电子加工技术的发展 ,逐步开展了对脉冲电场技术灭菌效果的深入研究。目前 ,高压脉冲电场 (highvoltage pulseselectric fidles, HVPEF)技术可在低于 40℃的条件下实现对液体物料的灭菌。在连续操作的情况下 ,能较好的杀灭大肠杆菌、啤酒酵母和金黄色葡萄球菌等[8]。我国的水果、蔬菜产量一直居世界前列 ,但由于杀菌等技术的滞后 ,使其产品的深加工程度不高 ,缺乏竞争力 ,如能将HVPEF法应用其中 ,不仅效果好 ,而且成本低 ,非常适合我国国情。关于HVPEF的杀菌机理目前还不完全清楚 ,曾提出过多种假说 ,如细胞膜穿孔效应、电磁机制模型、粘弹性形成模型等[9]。一般认为 ,溶液中电场的存在会使细胞膜电位混乱 ,甚至击穿细胞膜 ,使之发生不可逆破坏 ,造成细胞新陈代谢紊乱 ,细胞中生长的必需组分流失 ,能量产生停止 ,从而导致细胞的死亡。

HVPEF的杀菌效应是电场强度和处理时间的函数 ,随着电场强度的增加和处理时间的延长 ,杀菌性能随之提高。在连续处理系统中 ,场强可达 3 6KＶ/cm,通过泵来控制物料流过处理室的时间 ,处理时间一般少于1ｓ。某些物料 (如牛乳 )可能需要反复通过处理室几次才能达到杀菌效果 ,而其他一些物料 (如苹果汁等 )则只需要通过处理室一次就可达到期望的杀菌效果。

杀菌所需脉冲数取决于产品本身特性及脉冲的电流强度。使用的脉冲数越多 ,微生物细胞及孢子数量下降的程度越大。据报道 ,在 2 5～3 0℃、300ｋＶ/cm时 ,用 500ns的脉冲处理霉菌 (黑曲霉 )、酵母 (啤酒酵母 )以及细菌 (蜡状芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌和绿脓杆菌 )时发现 ,除孢子外 ,各种微生物在3000个脉冲后细胞数量均可下降约 3～4个对数周期 ,蜡状芽孢杆菌数量在 1 5000个脉冲后下降约 7.5个对数周期。HVPEF的致死率与脉冲长度成线性关系 ,甚至当脉冲为亚微秒级时 ,此关系仍然成立。此外 , HVPEF灭菌性能还与脉冲的波形密切相关 ,在波形为指数衰减、振荡衰减、正方波和双极脉冲的研究中发现 ,商业上采用双极正方波形的脉冲时 , HVPEF的灭菌效果最佳。

微生物细胞的大小对于杀菌效果也有很大的影响 ,体积越大的细胞对HVPEF越敏感 ,这是因为细胞尺寸与电场在膜上诱导的电场强度成比例。在较低的场强下 ,体积大的细胞膜产生较大的诱导电场 ,相应的就更易发生膜的破裂。因此在以大肠杆菌、啤酒酵母、金黄色葡萄球菌为对象菌的研究中发现 ,啤酒酵母对HVPEF最敏感 ,所用脉冲数较其他 2种微生物分别少 4倍和 5倍 ,大肠杆菌不仅所用的脉冲数量多 ,且残留的活细胞多。

除此以外 ,微生物培养基的组成、离子浓度和悬浮液的导电性能等对HVPEF的灭菌效果也有一定的影响。值得注意的是处理室的设计,必须考虑进入其中的物料应处于相同的条件下,以保证杀菌效果的均匀性。

3　超高压灭菌

超高压技术被誉为“食品工业的一场革命” ,它不仅能杀灭微生物 ,而且能使在超高压环境中的淀粉成糊状 ,蛋白质成胶凝状 ,获得与加热处理不一样的食品风味。超高压灭菌的机理是通过破坏菌体蛋白中的非共价键 ,如氢键、二硫键和离子键等,使蛋白质的高级结构被破坏 ,基本物性发生改变 ,从而导致蛋白质的凝固及酶的失活。超高压还可造成菌体细胞膜破裂 ,使菌体内的化学组分产生外流等多种细胞损伤。以上这些因素综合作用的结果导致了微生物的死亡。超高压灭菌一般采用水为压力介质 ,通常压力为100～ 600ＭＰa ,当压力超过 600ＭＰa时 ,水会出现临界冰的现象 ,因而只能采用油作为压力介质。

超高压技术采用液态介质进行处理 ,易实现杀菌的均匀、瞬时、高效 ,对某些高粘度热敏性物料进行杀菌时 ,Ｖc的保存率可达95%以上。采用超高压技术可以实现目前国内能够种植 ,但由于杀菌问题而无法生产的日本调料芥末的生产。

超高压灭菌的效果受多种因素的影响 ,如微生物种类、细胞形态、温度、时间、压力大小等[1 5]。一般来说 ,病毒在稍低的压力下就能失活 ,而细菌、霉菌和酵母菌的营养体在3 0 0～ 400ＭＰa的压力下才失活 ,杀灭芽孢则需更高的压力。实际工作中 ,可采用适当升温 (约 50℃左右 )或间歇性重复处理来杀灭芽孢。糖和盐对微生物具有保护作用 ,在粘度非常大的高浓度糖溶液中 ,超高压灭菌效果并不明显。

超高压灭菌对于液态和固态物料有不同的处理方法 ,其影响因素也不尽相同。肉类、果蔬等固态物料要装在耐压、无毒、柔韧 ,并能传递压力的软包装中 ,真空密封 ,采用不连续操作方式处理。饮料、酒等液态物料可像固体物料一样处理 ,也可直接以物料作为压力介质进行连续操作。采用超高压技术生产奶酪 ,可增加牛奶的凝乳酶凝结和酸凝结效果 ,提高产品质量和生产能力。目前采用超高压灭菌技术生产的某些食品 ,其市场前景非常看好。

4　辐射场技术———辐照杀菌

自 1921年 ,SchwrtaＢ就在美国首先提出了Ｘ射线能用于杀死肉制品中的旋毛虫。 1943年美国辐照处理汉堡包 ,标志着辐照食品的诞生。到 1985年8月 ,世界上已有 31个国家和有关组织批准了 76种辐照食品可供人使用。我国食品辐照的研究开始于 1 958年 ,卫生部现已批准 7种辐照食品可作为商品出售。部分技术项目已达到商业化推广应用的规模 ,如大蒜辐照抑芽保鲜技术 ,香肠辐照杀菌技术 ,酒的辐照陈化技术等。四川、湖南等地先后对辐照鲜猪肉进行了研究 ,结果表明 ,在真空包装条件下 , 6～8kGｙ辐照可使肉体的含菌量降低到 100个/ｇ以下 ,产品的保存期可达 6个月。此外 ,武汉、山东等地还对小包装肉制方便食品、板鸭、酱鸭、卤猪肉、火腿及牛肉干等产品进行了辐照灭菌研究 ,均获得了较好的研究结果和较完善的工艺技术。尽管近几年来我国辐照食品也有了长足地发展 ,但仍没有达到应用的发展规模和水平 ,辐照技术的优越性远没有得到充分地发挥。

目前主要问题有 :①辐照技术本身还不够完善 ,有些技术的研究缺乏可操作性 ,某些产品的辐照异味、变色问题 ;鲜、冻、预冷产品的商业化辐照工艺技术问题 ;示范性加工厂的设计建设问题等。②缺乏必要的配套技术。单一的技术很难达到预期的效果 ,仍需其它技术的密切配合 ,才能发挥其优势。如产品的包装技术 ,包装材料的选择 ,冷链技术 ,天然脱氧去味剂的应用技术等。③厂商普遍缺乏辐照食品方面的知识 ,不愿贴辐照食品的标识 ,未能按ＧＭＰ工艺规范生产 ,仍需加强宣传的力度。

5　非电离辐射技术———脉冲强光杀菌

脉冲强光杀菌是采用脉冲的强烈白光闪照方法进行灭菌的技术。美国Joseph Dunn等对该技术进行了研究 ,结果表明它能杀死大多数微生物。我国的周万龙等也开展了脉冲强光杀菌装置的研究 ,研制出自动化程度较高的脉冲强光杀菌试验装置 ,试验表明 ,脉冲强光闪照 40次可使枯草杆菌、大肠杆菌、酵母从每毫升高于 105个减少到 0个 ;用于液态淀粉酶和蛋白酶的钝化 ,两种酶活力分别下降 70.4%和 90.3 %,而且随着闪照次数的增加而逐渐下降 ,但是 ,此杀菌技术不适用于用玻璃包装的食品。目前关于脉冲强光杀菌的机理尚不清楚。据报道 ,脉冲强光杀菌作用可能是其它波段协同紫外线波段共同作用的结果 ,但这只是一种推测 ,需通过试验加以证实。脉冲强光杀菌对菌悬液的电导率影响不大 ,但能引起电位的变化 ,其原因及对微生物形态结构的影响尚待进一步研究。

除上述方法之外 ,还有一些其他的非热力杀菌新技术 ,如交变磁场杀菌,半导体光催化杀菌等。与传统的食品加热杀菌比较 ,非热力杀菌能充分保留食品的营养成分和原有风味 ,甚至产生某些令人喜爱的特殊风味 ,而且杀菌彻底 ,处理时间短 ,不产生毒性物质。但由于有些技术还不成熟 ,实际应用中还受到较大程度的限制。随着非热力杀菌机理的深入探讨和技术的逐步完善 ,相信非热力杀菌将技术会更多地取代现有的食品热杀菌技术 ,人们将享受到品质更好、更安全、更新鲜的食品。