目前現行的幾種殺菌方式介紹

發布日期：2019-07-14 12:51:33 來源：互聯網

1.1 熱力殺菌技術

利用加熱殺滅食品中有害微生物的方法既是古老的方法，也是近現代極其重要的一種殺菌技術。1804年，法國人阿佩爾(Appert)發明了將食品裝瓶放于沸水中煮一段時間，能較長時間保藏食品的方法，19世紀50年代，法國人巴斯德(Pasteur)闡明了食品的微生物腐敗機理，為殺菌技術的發展奠定了理論基礎。 食品熱力殺菌可分為低溫殺菌法(巴氏殺菌)、高溫短時殺菌法和超高溫瞬時殺菌法。前兩種方法，由于殺菌效果穩定，操作簡單，設備投資小，已有悠久的應用歷史，現今還廣泛用在各類罐藏食品、飲料、酒類、藥品、乳品的生產中。后一種方法，由于其獨特的優點，已發展為一種高新食品殺菌技術。

1.2 超高溫瞬時殺菌技術(UHT)

超高溫殺菌于1949年隨著斯托克(Stork)裝置的出現而問世，其后國際上出現了多種類型的超高溫殺菌裝置。超高溫處理可分為間接加熱和直接加熱兩大類型。它是使料液迅速升溫至130℃以上，然后保持幾秒鐘，從而實現對料液瞬間的殺菌。

超高溫瞬時殺菌技術的殺菌效果特別好，幾乎可達到或接近滅菌的要求，而且殺菌時間短，物料中營養物質破壞少，營養成分保存率達92%以上，大大優越于上述兩種熱力殺菌法。配合食品無菌包裝技術的超高溫式殺菌裝置在國內外發展很快，目前這種殺菌技術已廣泛用于殺菌乳、果汁及各種飲料、豆乳、酒等產品的生產中。

1.3 電阻加熱殺菌技術

電阻加熱殺菌也叫歐姆殺菌，是一種新型熱殺菌方法，它借通入的電流使食品內部產生熱量而達到殺菌的目的，是酸性和低酸性食品和帶顆粒(粒徑小于25mm)食品進行連續殺菌的一種新技術。

電阻加熱殺菌使用交流電的頻率為50～60Hz，它利用電極將電流直接導入食品，由食品自身的介電性質產生熱量，以達到殺菌的目的。電阻加熱的適用性由食品物料的電導率來決定，大多數能用泵輸送的、溶解有鹽類離子且含水量在30%以上的食品都可用電阻加熱來殺菌，且效果很好，而一些脂肪、糖、油、未添加鹽的處理水等非離子化的食品則不適用該技術。英國APV食品加工中心的試驗表明，電阻加熱已成功地用于各種包含大顆粒的食品和片狀食品的殺菌，如馬鈴薯、胡蘿卜、蘑菇、牛肉、雞肉、片狀蘋果、菠蘿、桃等。

1.4 臭氧殺菌技術

臭氧在水中極不穩定，時刻發生還原反應，產生具有強烈氧化作用的單原子氧，在其產生瞬時，與細菌細胞壁中的脂蛋白或細胞膜中的磷脂質、蛋白質發生化學反應，從而使細菌的細胞壁和細胞膜受到破壞，細胞膜的通透性增加，細胞內物質外流，使細菌失去活性。同時臭氧能迅速擴散進入細胞內，氧化細胞內的酶或RNA、DNA，從而致死菌原體。 臭氧殺菌具有高效、快速、安全、便宜等優點，自1785年發現以來，廣泛應用于食品加工、運輸與貯存及自來水、純凈水生產等領域。

1.5 輻照殺菌技術

自從原子能和平利用以來，經過40多年的研究開發，人們成功地利用原子輻射技術進行食品殺菌保鮮。輻照就是利用X射線、γ射線或加速電子射線(最為常見的是Co60和Cs137的γ射線)對食品的穿透力以達到殺死食品中微生物和蟲害的一種冷滅菌消毒方法。受輻照的食品或生物體會形成離子、激發態分子或分子碎片，進而這些產物間又相互作用，生成與原始物質不同的化合物，在化學效應的基礎上，受輻照物料或生物體還會發生一系列生物學效應，從而導致害蟲、蟲卵、微生物體內的蛋白質、核酸及促進生化反應的酶受到破壞、失去活力，進而終止農產品、食品被侵蝕和生長老化的過程，維持品質穩定。

1980年聯合國糧農組織(FAO)、國際原子能機構(IAEA)和世界衛生組織(WHO)聯合專家委員會，提出了“用10KGY以下劑量輻照的任何食品，都沒有毒理學方面問題，沒有必要進行毒理學試驗”的建議，從而在世界范圍內推進了輻照在食品生產中的商業化應用。

1.6 微波殺菌技術

微波指波長在0.001～1m(頻率300～300000MHz)的電磁波。它能以光速向前直進，遇到物體阻擋，能引起反射、穿透、吸收等現象，用于殺菌的微波頻率為2450MHz。研究結果普遍認為微波對微生物的致死效應有2個方面的因素，即熱效應和非熱效應。熱效應是指物料吸收微波能，使溫度升高從而達到滅菌的效果。而非熱效應是指生物體內的極性分子在微波場內產生強烈的旋轉效應，這種強烈的旋轉使微生物的營養細胞失去活性或破壞微生物細胞內的酶系統，造成微生物的死亡。微波殺菌具有穿透力強、節約能源、加熱效率高、適用范圍廣等特點，而且微波殺菌便于控制，加熱均勻，食品的營養成分及色、香、味在殺菌后仍接近食物的天然品質。微波殺菌目前主要用于肉、魚、豆制品、牛乳、水果及啤酒等的殺菌。

1.7 遠紅外線殺菌技術

對紅外線的利用始于20世紀，1935年美國福特汽車公司的格羅維尼(Groveny)首先取得將紅外線用于加熱和干燥的專利。食品中的很多成分及微生物在3～10μm的遠紅外區有強烈的吸收。遠紅外加熱殺菌不需要傳媒，熱直接由物體表面滲透到內部，因此不僅可用于一般的粉狀和塊狀食品的殺菌，而且還可用于堅果類食品如咖啡豆、花生和谷物的殺菌與滅霉以及袋裝食品的直接殺菌。 日本三茲公司首創的紅外線無菌包裝機，全機由ML-501型封裝機和MS-801型通道式紅外線熱收縮機組成。該機可根據被包裝物形狀和大小的不同，選用相應厚度和顏色的熱收縮薄膜，同時在熱輻射中滅菌，其滅菌程序簡便，包裝質量大大超過手工包裝，而且包裝效率提高6～8倍。

1.8 紫外線殺菌技術

紫外線按其波長不同可分為3段:長波段(3200～4000 )，中波段(2750～3200 )，短波段(1800～2750 )。處于2400～2800 區段的紫外線殺菌力較強，而最強的波長為2500～2650 ，多以2537 作為紫外線殺菌的波長。當微生物被紫外線照射時，其細胞的部分氨基酸和核酸吸收紫外線，產生光化學作用，引起細胞內成分，特別是核酸、原漿蛋白、酯的化學變化，使細胞質變性，從而導致微生物的死亡。紫外線進行直線傳播，其強度與距離平方成比例地減弱，并可被不同的表面反射，穿透力弱，廣泛用于空氣、水及食品表面、食品包裝材料、食品加工車間、設備、器具、工作臺的滅菌處理。

1.9 磁力殺菌技術

磁力殺菌是把需消毒殺菌的食品放于磁場中，在一定磁場強度作用下，使食品在常溫下起到殺菌作用。由于這種殺菌方式不需加熱，具有廣譜殺菌作用，經處理后的食品，其風味和品質不受影響，主要適用于各種飲料、流質食品、調味品及其他各種包裝的固體食品。

1.10 高壓電場脈沖殺菌技術

高壓電場脈沖殺菌是將食品置于兩個電極間產生的瞬間高壓電場中，由于高壓電脈沖(HEEP)能破壞細菌的細胞膜，改變其通透性，從而殺死細胞。 高壓脈沖電場的獲得有2種方法。一種是利用LC振蕩電路原理，先用高壓電源對一組電容器進行充電，將電容器與一個電感線圈及處理室的電極相連，電容器放電時產生的高頻指數脈沖衰減波即加在兩個電極上形成高壓脈沖電場。由于LC電路放電極快，在幾十至幾百個微秒內即可以將電場能量釋放完畢，利用自動控制裝置，對LC振蕩器電路進行連續的充電與放電，可以在幾十毫秒內完成殺菌過程。另一種是利用特定的高頻高壓變壓器來得到持續的高壓脈沖電場。殺菌用的高壓脈沖電場強度一般為15～100kV/cm，脈沖頻率為1～100kHz，放電頻率為1～20kHz。 壓電場脈沖殺菌一般在常溫下進行，處理時間為幾十毫秒，這種方法有2個特點:一是由于殺菌時間短，處理過程中的能量消耗遠小于熱處理法。二是由于在常溫、常壓下進行，處理后的食品與新鮮食品相比在物理性質、化學性質、營養成分上改變很小，風味、滋味無感覺出來的差異。而且殺菌效果明顯(N/No<10-9)，可達到商業無菌的要求，特別適用于熱敏性食品，具有廣闊的應用前景。

1.11 超聲波殺菌技術

超聲波是頻率大于10kHz的聲波。超聲波同普通聲波一樣屬于縱波。超聲波與傳聲媒質相互作用蘊藏著巨大的能量，當遇到物料時就對其產生快速交替的壓縮和膨脹作用，這種能量在極短的時間內足以起到殺滅和破壞微生物的作用，而且還能夠對食品產生諸如均質、催陳、裂解大分子物質等多種作用，具有其他物理滅菌方法難以取得的多重效果，從而能夠更好地提高食品品質，保證食品安全。朱紹華采用超聲波發生儀作為滅菌設備，以醬油為滅菌對象，取得了良好的效果。

1.12 脈沖強光殺菌技術

脈沖強光殺菌技術是采用強烈白光閃照的方法進行滅菌，它由一個動力單元和一個惰性氣體燈單元組成。動力單元是一個能提供高電壓高電流脈沖的部件，它為惰性氣體燈提供能量，惰性氣體燈能發出由紫外線至近紅外區域的光線，其光譜與太陽光十分相近，但強度卻強數千倍至數萬倍，光脈沖寬度小于800μs。該技術由于只處理食品的表面，從而對食品的風味和營養成分影響很小，可用于延長以透明材料包裝的食品及新鮮食品的貨架期。周萬龍等研究表明，脈沖強光對枯草芽孢桿菌、酵母菌都有較強的致死效果，30余次閃照后，可使這些菌由105個減少到0個;脈沖強光起殺菌作用的波段可能為紫外線，但其他波段可能有協同作用。

1.13 超高壓殺菌技術

近年來，由日本率先研制出一種新型的食品加工保藏技術，這就是超高壓殺菌技術。所謂高靜壓技術(HighHydrostaticPressure簡稱HHP)就是將食品密封于彈性容器或置于無菌壓力系統中(常以水或其他流體介質作為傳遞壓力的媒介物)，在高靜壓(一般100MPa以上)下處理一段時間，以達到加工保藏的目的。在高壓下，會使蛋白質和酶發生變性，微生物細胞核膜被壓成許多小碎片和原生質等一起變成糊狀，這種不可逆的變化即可造成微生物死亡。微生物的死亡遵循一級反應動力學。對于大多數非芽孢微生物，在室溫、450MPa壓力下的殺菌效果良好;芽孢菌孢子耐壓，殺菌時需要更高的壓力，而且往往要結合加熱等其他處理才更有效。溫度、介質等對食品超高壓殺菌的模式和效果影響很大。間歇性重復高壓處理是殺死耐壓芽孢的良好方法。

日本最新開發出的超高壓殺菌機，操作壓力達304～507MPa。超高壓殺菌的最大優越性在于它對食品中的風味物質、維生素C、色素等沒有影響，營養成分損失很少，特別適用于果汁、果醬類食品的殺菌。

1.14 膜過濾除菌技術

隨著材料科學的發展，各種可用于物料分離的膜相繼出現，膜分離技術已在食品、生物制藥等工業生產中得到廣泛應用，例如生化物質的提取、純水的制備、果汁的濃縮等。膜分離過程根據推動力的不同，大體上可分為兩種。一類是以壓力為推動力的膜過程，如超濾;另一類是以電為推動力的膜過程，稱為離子交換，如電滲析。以壓力為推動力的膜過程，根據膜所用的孔徑和截留能力可以分為微孔過濾、超濾和反滲透等。

通常膜的孔徑為0.0001～10μm，而物料中微生物粒子大小一般在0.5～2μm，若選用孔徑小于微生物的膜，使料液通過膜過濾器進行過濾，則菌體粒子被截留，稱之為過濾除菌。 膜過濾除菌技術具有耗能少、在常溫下操作、適于熱敏性物料、工藝適應性強等優點，其應用前景廣闊，現已廣泛用于食品、生化、制藥、用水及空氣、乳品、果汁等的過濾除菌。 食品工程中的殺菌技術還很多，如:二氧化氯殺菌技術、氯氣殺菌技術、電子滅菌技術、加熱與加壓并用殺菌技術、加熱與化學藥劑并用殺菌技術、加熱與輻射并用殺菌技術、靜電殺菌技術等。這些技術正在得以研究和應用。

2 發展趨勢與對策

當代食品殺菌技術多種多樣，有各自的特點和應用范圍，人們也在不斷探索新的殺菌方法。現代食品殺菌工藝正在逐步擺脫傳統的加熱殺菌方式，或采用低溫冷殺菌，或采用各種除菌方法，或運用現代的各種包裝技術與殺菌工藝密切配合，或運用現代的加工技術如冷凍干燥、真空濃縮、冷藏、冷凍、真空浸漬等，以求最大限度地減少食品中各種營養成分的損失，盡可能保持食品的原有風味，盡可能提高殺菌技術的經濟性、方便性，完善食品的包裝與貯藏條件，延長食品的貨架期，以滿足廣大消費者日益增長的物質生活的需要。面臨世界性的食品資源緊缺、能源枯竭、環境污染、人口爆炸等諸多問題，迫切要求經濟的、便捷的、實用的、多功能的高新食品殺菌技術得以大力研究，快速發展，以適應食品工業的現代化。 近年來我國食品工業進入快速發展時期，這對我國相對落后的殺菌技術研究提出了嚴峻的挑戰，迫切要求我們積極引進并吸收國外先進技術，深入進行殺菌工程技術的研究與開發，深化科研體制改革，加大科研投入力度，實施大兵團作戰模式，機械、化工、生化、微生物、高級物理、電子等各學科科研人員團結一致，密切合作，盡快構架我國殺菌工程技術研究與推廣體系，促使我國殺菌工程技術在近年來得到快速提高，縮小與國際先進水平的差距，以促進我國食品工業的進一步發展。