食品殺菌新技術(shù)

1、第八章 食品殺菌新技術(shù),概述,隨著人們生活水平的不斷提高，消費者對于食品的要求將朝著綠色、健康、營養(yǎng)和安全的方向發(fā)展。一般要求在加工過程中保持食品的品質(zhì)穩(wěn)定且不加添加劑。在傳統(tǒng)食品加工中主要采用熱殺菌，傳統(tǒng)的熱力滅菌并不能將食品中的微生物( 如一些耐熱的芽孢桿菌) 全部殺滅，同時加熱會不同程度地破壞食品中的營養(yǎng)成分和食品的天然特性。非熱殺菌是當(dāng)代一類嶄新的技術(shù)，殺菌條件易于控制，外界環(huán)境影響較小，由于殺菌過程中食品的溫度并不升高或升高很

2、低，既有利于保持食品功能成分的生理活性，又有利于保持其色、香、味及營養(yǎng)成分。,滅菌新技術(shù),1 超高壓殺菌將食品置于超高壓100 MPa ～ 1 000 MPa 之下，能獲得良好的滅菌效果。超高壓對微生物的致死作用主要是通過破壞其細(xì)胞壁，使蛋白質(zhì)凝固，抑制酶的活性和DNA 等遺傳物質(zhì)的復(fù)制等實現(xiàn)的。,2 微波殺菌,微波非熱效應(yīng)殺菌機(jī)理的是：微波作用能改變生物性排列聚合狀態(tài)及其運動規(guī)律，而且微波場感應(yīng)的離子流，會影響細(xì)胞膜附近的電荷分布，

3、導(dǎo)致膜的屏障作用受到損傷，產(chǎn)生膜功能障礙，從而干擾或破壞細(xì)胞的正常新陳代謝功能，導(dǎo)致細(xì)菌生長抑制、停止或死亡。再則細(xì)胞中的核糖核酸(RNA) 和脫氧核糖核酸(DNA) 在微波場力作用下可導(dǎo)致氫鍵的松弛、斷裂或重組。誘發(fā)基因突變或染色體畸變，從而影響其生物活性的改變，延緩或中斷細(xì)胞的穩(wěn)定遺傳和增殖。,3 膜分離技術(shù),膜分離是一種分子級分離。主要的膜系統(tǒng)按膜孔緊密程度由密到疏，可分為反滲透(RO) 、納米過濾(N) 、超濾(F) 、微濾(M

4、F),4 超高壓脈沖電場殺菌,主要原理是基于細(xì)胞結(jié)構(gòu)和液態(tài)食品體系間的電學(xué)特性差異。當(dāng)把液態(tài)食品作為電介質(zhì)置于電場中時，食品中微生物的細(xì)胞膜在強(qiáng)電場作用下被電擊穿，產(chǎn)生不可修復(fù)的穿孔或破裂，使細(xì)胞組織受損，導(dǎo)致微生物失活。電磁場產(chǎn)生電離作用，阻斷了細(xì)胞膜的正常生物化學(xué)反應(yīng)和新陳代謝，使細(xì)菌體內(nèi)物質(zhì)發(fā)生變化。,,試液溫升小，因而可有效保存食品的營養(yǎng)成分和天然特征。利用脈沖電場處理大豆，可實現(xiàn)滅酶脫腥，并有效地保留大豆的香氣。該技術(shù)是一種

5、常溫下非加熱殺菌的新技術(shù)。運用該技術(shù)應(yīng)綜合考慮場強(qiáng)的大小、殺菌時間、食品的pH 值和細(xì)菌的種類等因素，以確定最佳方案。,5 放射線殺菌,放射線同位素放出的射線通常有α、β、γ 三種射線，用于食品內(nèi)部殺菌的只有γ 射線。γ 射線是一種波長極短的電磁波，對物體有較強(qiáng)的穿透力，微生物的細(xì)胞質(zhì)在一定強(qiáng)度γ 射線輻照下，沒有一種結(jié)構(gòu)不受影響，因而產(chǎn)生變異或死亡。微生物代謝的核酸代謝環(huán)節(jié)能被射線抑制，蛋白質(zhì)因照射作用而發(fā)生變性，其繁殖機(jī)能受到最

6、大的損害。射線照射不引起溫度上升，故這種殺菌方式被稱為“冷殺菌”。不同微生物對放射線的抵抗力也不同，一般抗熱力大的細(xì)菌，對放射線的抵抗力也較大，但也有例外。,,食品經(jīng)過輻照后至少可以使99. 9 % 種常見的以食物為載體的病菌失去活性。采用輻照，不但殺菌范圍廣，而且對細(xì)菌的破壞力也很強(qiáng)，只有極少量的病菌在輻照后能夠存活下來，但其數(shù)量已不足以對人體構(gòu)成危害。食品在受到輻照后其成分會發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，使得營養(yǎng)物質(zhì)有所減少，但是，通過

7、對食品輻照劑量的控制可以在很大程度上避免。實驗證明，通過劑量控制，營養(yǎng)物質(zhì)的減少低于傳統(tǒng)的加熱或罐裝等方法。,6 臭氧殺菌,臭氧氧化力極強(qiáng)，僅次于氟，能迅速分解有害物質(zhì)，殺菌能力是氯的600 倍～ 3 000 倍，其分解后迅速地還原成氧氣。臭氧技術(shù)在美國、日本和歐洲的發(fā)達(dá)國家中早就得到了廣泛應(yīng)用，是殺菌消毒、污水處理、水質(zhì)凈化、食品儲存、醫(yī)療消毒等方面的首選技術(shù)。試驗證明，臭氧水是一種廣譜殺菌劑?？蓺⑺篮脱趸~、肉、瓜果蔬菜、食品

8、表面能產(chǎn)生異變的各種微生物和果蔬脫離母體后繼續(xù)進(jìn)行生命活動的微生物，延長保鮮期。利用臭氧水洗滌蔬菜瓜果，可以有效清除其表面的殘留農(nóng)藥、細(xì)菌、微生物及有機(jī)物，同時避免了用洗潔凈洗滌瓜果蔬菜帶來的二次污染。,7 生物保藏,生物保藏被認(rèn)為是自然保藏法。其原理是利用抵抗微生物或天然殺菌素以控制食品中本身存有的致病菌生長以及霉菌毒素原生真菌的生長。辣椒、大蒜、生姜均含有多種植物殺菌素，特別是大蒜中的殺菌素殺菌能力極強(qiáng)。其中辣椒中含有辣椒堿對蠟

9、狀芽孢桿菌及枯草桿菌有明顯抑制效果；生姜中含有的精油有防腐作用；大蒜中的蒜素對痢疾桿菌、傷寒桿菌等一些致病性腸道細(xì)菌及許多食品腐敗方面的細(xì)菌、真菌等有較強(qiáng)的抑制和殺滅作用，其抗真菌作用強(qiáng)度相當(dāng)于化學(xué)防腐劑苯甲酸、山梨酸，是目前新發(fā)現(xiàn)的具有抗真菌作用的植物中抗菌作用最強(qiáng)的一種。因此利用辣椒、生姜、大蒜中含有的植物殺菌素的抗菌作用，不加任何防腐劑，即可防止產(chǎn)品腐敗。這是食品生物技術(shù)中趨活躍的研究開發(fā)領(lǐng)域之一，很有開發(fā)應(yīng)用前景。,8脈沖強(qiáng)磁

10、殺菌,脈沖磁場是采用強(qiáng)脈沖磁場的生物效應(yīng)進(jìn)行殺菌的技術(shù)。在輸液管外面，套裝有螺旋型線圈，磁脈沖發(fā)生器在線圈內(nèi)產(chǎn)生2 T ～ 10 T 的磁感應(yīng)強(qiáng)度，當(dāng)液體物料通過該段輸液管時，其中的細(xì)菌即被殺死。特點：殺菌時間短、殺菌效率高；殺菌效果好且溫升小，既能殺菌，又能保持食品原有的風(fēng)味、色澤、品質(zhì)和組分( 維生素、氨基酸等) 不變；不污染環(huán)境，不污染產(chǎn)品，無噪聲，經(jīng)濟(jì)實用，是理想的綠色產(chǎn)品；適用范圍廣。脈沖電磁場為食品工業(yè)中一些食品物料尤

11、其是液態(tài)或膏狀物料提供了一種低溫低能耗的滅菌方式。,,電磁場殺菌技術(shù)橫跨電子學(xué)、化學(xué)、微生物學(xué)、物理學(xué)、工程技術(shù)等多門學(xué)科，是典型的交叉學(xué)科，迄今的研究還很不夠，尚需一個發(fā)展過程，尤其在實際應(yīng)用方面。隨著微能源、生物電磁學(xué)和電場分析等理論基礎(chǔ)研究的深入，電磁場對生物體的作用研究越來越愛到人們的重視，電磁技術(shù)與食品科學(xué)相結(jié)合而形成的新技術(shù)應(yīng)用也日益廣泛。,9 紫外線殺菌,紫外線殺菌原理是微生物分子受激發(fā)后處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，從而破壞分子間特

12、有的化學(xué)結(jié)合，導(dǎo)致細(xì)菌死亡。微生物對于不同波長的紫外線的敏感性不同，紫外線對不同微生物照射致死量也不同，革蘭氏陰性無芽孢桿菌對紫外線最敏感；而殺死革蘭氏陽性球菌的紫外線照射量需增大5 倍～ 10 倍。高翔[ 7 ]用紫外線對醬油的殺菌處理研究表明， 照射劑量48 000 μW· s / cm2、醬油厚度0. 5 mm、照射距離30 cm、殺菌溫度20 ℃ 時，可使菌落總數(shù)降低85 % 、大腸菌群數(shù)降低98 % 。因紫外線穿透力

13、弱，適用于對空氣、水、薄層流體制品及包裝容器表面的殺菌。紫外線自古以來就被應(yīng)用于對車內(nèi)飲用水等多種用途水的殺菌。,10 脈沖強(qiáng)光殺菌,脈沖強(qiáng)光殺菌是采用脈沖的強(qiáng)烈白光閃照方法進(jìn)行滅菌的技術(shù)。其最基本的結(jié)構(gòu)是動力單元和惰性氣體燈單元。通過由動力單元向惰性氣體燈單元提供能量，以使惰性氣體燈發(fā)出與太陽光譜相反、但強(qiáng)度更強(qiáng)的紫外線至紅外線區(qū)域光進(jìn)行殺菌。脈沖光使用高強(qiáng)度白光的極短脈沖，殺死食品表面的微生物。該高強(qiáng)度的白光類似陽光，但僅以幾分之

14、一秒鐘的速度反射出來，比陽光更強(qiáng)，能迅速殺死細(xì)菌，并可進(jìn)行徹底殺菌用。由于只處理食品表面，從而對食品營養(yǎng)成分影響很小。,11 超聲波殺菌,頻率在9 kHz ～ 20 kHz 以上的超聲波，對微生物有破壞作用。它能使微生物細(xì)胞內(nèi)容物受到強(qiáng)烈的震蕩而使細(xì)胞破壞。一般認(rèn)為，在水溶液內(nèi)，當(dāng)超聲波強(qiáng)度超過某一空氣閥值時，會產(chǎn)生空化現(xiàn)象，即液體中微小的泡核( 氣或汽泡核) 在超聲波作用下被激活，它表現(xiàn)為泡核的振蕩、生長、收縮及崩潰等一系列動力學(xué)過

15、程?？諝馀萁^熱收縮及崩潰的瞬間，泡內(nèi)呈現(xiàn)5 000 ℃以上的高溫及109 K / s 的溫度變化率，產(chǎn)生達(dá)108 N / m2 的強(qiáng)大沖擊波。利用超聲波空化效應(yīng)在液體中產(chǎn)生的瞬間高溫及溫度交變變化、瞬間高壓和壓力變化，使液體中某些細(xì)菌致死，病毒失活，甚至使體積較小的一些微生物的細(xì)胞壁破壞，從而延長保鮮期。,12 高能射線殺菌,高能射線殺菌是利用放射性元素Co60 和Cs17衰變時放出的射線作為照射源的一種殺菌方法，用于冷殺菌技術(shù)是電離

16、輻射。射線在照射過程中會產(chǎn)生直接效應(yīng)和間接效應(yīng)。直接效應(yīng)是微生物細(xì)胞間質(zhì)受高能電子照射后發(fā)生的電離作用和化學(xué)作用；間接效應(yīng)是水分接受射線后產(chǎn)生電離作用再與細(xì)胞內(nèi)其他物質(zhì)作用。這兩種作用阻斷細(xì)胞內(nèi)一切活動，導(dǎo)致微生物死亡。對于不同菌種，控制不同輻照劑量，不但不會破壞食品色、香、味，不會有非食品物質(zhì)殘留，而且殺菌效果明顯。目前這種殺菌技術(shù)多用于肉制品、水果保鮮及水處理等。。,13低溫真空蒸汽殺菌,低溫真空蒸汽殺菌技術(shù)是一種新型的冷殺菌

17、技術(shù)，美國Minnesota 大學(xué)Roger Ruan 教授與俄羅斯食品工業(yè)研究中心進(jìn)行合作，取得良好的殺菌效果。低溫真空蒸汽熱焓高，溫度低，有利于熱敏物質(zhì)的殺菌，能最大限度地保持食品的營養(yǎng)成分和生物活性。低溫真空蒸汽熱導(dǎo)性好，可迅速達(dá)到食品等物體的中心進(jìn)行殺菌，因此熱效率高，比一般傳統(tǒng)熱蒸汽殺菌可節(jié)能30 % ，是一種容易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的新型殺菌技術(shù)。,14 動態(tài)超高壓殺菌,目前所研究的超高壓殺菌大部分還停留在靜態(tài)、間接式的設(shè)備上，對設(shè)

18、備要求很高，且十分昂貴。美國Minnesota 大學(xué)Roger Ruan 教授在動態(tài)超高壓殺菌技術(shù)方面做了大量研究，可以實現(xiàn)連續(xù)性殺菌，且可以用于工業(yè)化生產(chǎn)。動態(tài)超高壓殺菌技術(shù)是在80 MPa ～ 150 MPa 的壓力和常溫下對物料進(jìn)行處理的，達(dá)到了良好的殺菌效果。,15 活性包裝,活性包裝(Active Packaging) 又稱互相作用的包裝( Interactive Packaging) 或稱聰明的包裝( Smart Pac

19、kaging)，指具有常規(guī)包裝物性能以外的特殊功能的包裝技術(shù)。活性包裝是基于食品和環(huán)境之間的互相作用是動態(tài)改變的這一前題提出來的?；钚园b技術(shù)包括包裝或包裝的某些組成部分與包裝內(nèi)部的氣體及食品三者之間的相互作用?；钚园b能夠控制，甚至參與發(fā)生在包裝內(nèi)的各種反應(yīng)?；钚园b通過改變包裝條件來延長商品的貨架期或改善食品的安全性和感官性質(zhì)，同時維持食品的品質(zhì)?；钚园b不僅僅是產(chǎn)品與外界環(huán)境的屏障，它結(jié)合了先進(jìn)的食品包裝和材料科學(xué)技術(shù)，較傳統(tǒng)

20、包裝能更有效地保持食品的營養(yǎng)和風(fēng)味。目前，已有的活性包裝包括以下功能：脫氧，脫乙烯，清除、釋放CO2，調(diào)濕，抗菌，吸收不良?xì)馕叮尫乓掖嫉取?16 柵欄技術(shù),“ 柵欄技術(shù)” 一詞最早由德國肉類研究中心Leistner 提出，他們把食品防腐的方法或原理歸結(jié)為高溫處理、低溫冷藏、降低水分活度、酸化、氧化還原電勢、防腐劑、競爭性菌群及輻照等幾種因子的作用。這些因子單獨或相互作用形成特殊的防止食品腐敗變質(zhì)的柵欄，決定著食品微生物的穩(wěn)定性，抑制

21、引起食品氧化變質(zhì)的酶類的活性，即柵欄效應(yīng)。水分活度、酸度、溫度、防腐劑等柵欄因子相互影響對食品的聯(lián)合防腐保持作用，稱之為柵欄技術(shù)。柵欄技術(shù)是多種技術(shù)的科學(xué)結(jié)合，這些技術(shù)協(xié)同作用，阻止食品品質(zhì)的劣變，將食品的危害性以及在加工和商業(yè)銷售過程中品質(zhì)的惡化降低到最小程度，它是食品保藏的根本所在。,,目前，柵欄技術(shù)是將制約食品保藏的各種因素巧妙結(jié)合應(yīng)用的綜合方法，在食品行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。通過這種技術(shù)加工和貯存的食品也稱為柵欄技術(shù)食品。柵欄技

22、術(shù)在美國、印度以及歐洲一些國家已經(jīng)有較大發(fā)展。它視食品對象而異， 通過必要的處理，建立一系列有效抑制微生物生長并使其遭受殺滅的重要柵( 欄) 障( 礙) ，諸如一定的水分、一定的pH值、一定的溫度、一定的氣體氛圍等，以保持食品在保質(zhì)期內(nèi)的穩(wěn)定性。,17 化學(xué)消毒,化學(xué)消毒是利用化學(xué)消毒劑殺滅病原微生物。它的消毒機(jī)理是將化學(xué)藥物滲透到細(xì)菌的體內(nèi)，使菌體蛋白凝固變性，干擾細(xì)菌酶的活性，抑制細(xì)菌代謝和生長或損害細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，改變其滲透性，破壞

23、其生理功能等，使病原體的蛋白質(zhì)產(chǎn)生不可修復(fù)的損傷，從而起到消毒滅菌的作用。常用化學(xué)消毒劑按其殺滅微生物的效能可分為高效、中效和低效消毒劑。,高效消毒劑,能殺滅包括細(xì)菌芽孢和真菌孢子在內(nèi)的各種微生物，能滅活所有病毒?？勺鳛闇缇鷦┦褂玫囊欢ㄊ歉咝У幕瘜W(xué)消毒劑。如含氯或含碘消毒劑、過氧乙酸、過氧化氫、臭氧、甲醛、戊二醛和環(huán)氧已烷等。中效消毒劑能殺滅細(xì)菌芽孢以外的各種微生物。如乙醇( 酒精) 和酚類消毒劑等。,低效消毒劑,只能殺滅一般細(xì)菌繁