目前現(xiàn)行的幾種殺菌方式介紹

發(fā)布日期：2019-07-14 12:51:33 來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng)

1.1 熱力殺菌技術(shù)

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(xiàn)代極其重要的一種殺菌技術(shù)。1804年，法國(guó)人阿佩爾(Appert)發(fā)明了將食品裝瓶放于沸水中煮一段時(shí)間，能較長(zhǎng)時(shí)間保藏食品的方法，19世紀(jì)50年代，法國(guó)人巴斯德(Pasteur)闡明了食品的微生物腐敗機(jī)理，為殺菌技術(shù)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。 食品熱力殺菌可分為低溫殺菌法(巴氏殺菌)、高溫短時(shí)殺菌法和超高溫瞬時(shí)殺菌法。前兩種方法，由于殺菌效果穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，設(shè)備投資小，已有悠久的應(yīng)用歷史，現(xiàn)今還廣泛用在各類罐藏食品、飲料、酒類、藥品、乳品的生產(chǎn)中。后一種方法，由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已發(fā)展為一種高新食品殺菌技術(shù)。

1.2 超高溫瞬時(shí)殺菌技術(shù)(UHT)

超高溫殺菌于1949年隨著斯托克(Stork)裝置的出現(xiàn)而問(wèn)世，其后國(guó)際上出現(xiàn)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(shí)現(xiàn)對(duì)料液瞬間的殺菌。

超高溫瞬時(shí)殺菌技術(shù)的殺菌效果特別好，幾乎可達(dá)到或接近滅菌的要求，而且殺菌時(shí)間短，物料中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)破壞少，營(yíng)養(yǎng)成分保存率達(dá)92%以上，大大優(yōu)越于上述兩種熱力殺菌法。配合食品無(wú)菌包裝技術(shù)的超高溫式殺菌裝置在國(guó)內(nèi)外發(fā)展很快，目前這種殺菌技術(shù)已廣泛用于殺菌乳、果汁及各種飲料、豆乳、酒等產(chǎn)品的生產(chǎn)中。

1.3 電阻加熱殺菌技術(shù)

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(nèi)部產(chǎn)生熱量而達(dá)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(jìn)行連續(xù)殺菌的一種新技術(shù)。

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(dǎo)入食品，由食品自身的介電性質(zhì)產(chǎn)生熱量，以達(dá)到殺菌的目的。電阻加熱的適用性由食品物料的電導(dǎo)率來(lái)決定，大多數(shù)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(lái)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(shù)。英國(guó)APV食品加工中心的試驗(yàn)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(píng)果、菠蘿、桃等。

1.4 臭氧殺菌技術(shù)

臭氧在水中極不穩(wěn)定，時(shí)刻發(fā)生還原反應(yīng)，產(chǎn)生具有強(qiáng)烈氧化作用的單原子氧，在其產(chǎn)生瞬時(shí)，與細(xì)菌細(xì)胞壁中的脂蛋白或細(xì)胞膜中的磷脂質(zhì)、蛋白質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使細(xì)菌的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜受到破壞，細(xì)胞膜的通透性增加，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外流，使細(xì)菌失去活性。同時(shí)臭氧能迅速擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，氧化細(xì)胞內(nèi)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(yōu)點(diǎn)，自1785年發(fā)現(xiàn)以來(lái)，廣泛應(yīng)用于食品加工、運(yùn)輸與貯存及自來(lái)水、純凈水生產(chǎn)等領(lǐng)域。

1.5 輻照殺菌技術(shù)

自從原子能和平利用以來(lái)，經(jīng)過(guò)40多年的研究開(kāi)發(fā)，人們成功地利用原子輻射技術(shù)進(jìn)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(jiàn)的是Co60和Cs137的γ射線)對(duì)食品的穿透力以達(dá)到殺死食品中微生物和蟲(chóng)害的一種冷滅菌消毒方法。受輻照的食品或生物體會(huì)形成離子、激發(fā)態(tài)分子或分子碎片，進(jìn)而這些產(chǎn)物間又相互作用，生成與原始物質(zhì)不同的化合物，在化學(xué)效應(yīng)的基礎(chǔ)上，受輻照物料或生物體還會(huì)發(fā)生一系列生物學(xué)效應(yīng)，從而導(dǎo)致害蟲(chóng)、蟲(chóng)卵、微生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)、核酸及促進(jìn)生化反應(yīng)的酶受到破壞、失去活力，進(jìn)而終止農(nóng)產(chǎn)品、食品被侵蝕和生長(zhǎng)老化的過(guò)程，維持品質(zhì)穩(wěn)定。

1980年聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)、國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)和世界衛(wèi)生組織(WHO)聯(lián)合專家委員會(huì)，提出了“用10KGY以下劑量輻照的任何食品，都沒(méi)有毒理學(xué)方面問(wèn)題，沒(méi)有必要進(jìn)行毒理學(xué)試驗(yàn)”的建議，從而在世界范圍內(nèi)推進(jìn)了輻照在食品生產(chǎn)中的商業(yè)化應(yīng)用。

1.6 微波殺菌技術(shù)

微波指波長(zhǎng)在0.001～1m(頻率300～300000MHz)的電磁波。它能以光速向前直進(jìn)，遇到物體阻擋，能引起反射、穿透、吸收等現(xiàn)象，用于殺菌的微波頻率為2450MHz。研究結(jié)果普遍認(rèn)為微波對(duì)微生物的致死效應(yīng)有2個(gè)方面的因素，即熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)。熱效應(yīng)是指物料吸收微波能，使溫度升高從而達(dá)到滅菌的效果。而非熱效應(yīng)是指生物體內(nèi)的極性分子在微波場(chǎng)內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，這種強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)使微生物的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞失去活性或破壞微生物細(xì)胞內(nèi)的酶系統(tǒng)，造成微生物的死亡。微波殺菌具有穿透力強(qiáng)、節(jié)約能源、加熱效率高、適用范圍廣等特點(diǎn)，而且微波殺菌便于控制，加熱均勻，食品的營(yíng)養(yǎng)成分及色、香、味在殺菌后仍接近食物的天然品質(zhì)。微波殺菌目前主要用于肉、魚(yú)、豆制品、牛乳、水果及啤酒等的殺菌。

1.7 遠(yuǎn)紅外線殺菌技術(shù)

對(duì)紅外線的利用始于20世紀(jì)，1935年美國(guó)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(yuǎn)紅外區(qū)有強(qiáng)烈的吸收。遠(yuǎn)紅外加熱殺菌不需要傳媒，熱直接由物體表面滲透到內(nèi)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(jiān)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(chuàng)的紅外線無(wú)菌包裝機(jī)，全機(jī)由ML-501型封裝機(jī)和MS-801型通道式紅外線熱收縮機(jī)組成。該機(jī)可根據(jù)被包裝物形狀和大小的不同，選用相應(yīng)厚度和顏色的熱收縮薄膜，同時(shí)在熱輻射中滅菌，其滅菌程序簡(jiǎn)便，包裝質(zhì)量大大超過(guò)手工包裝，而且包裝效率提高6～8倍。

1.8 紫外線殺菌技術(shù)

紫外線按其波長(zhǎng)不同可分為3段:長(zhǎng)波段(3200～4000 )，中波段(2750～3200 )，短波段(1800～2750 )。處于2400～2800 區(qū)段的紫外線殺菌力較強(qiáng)，而最強(qiáng)的波長(zhǎng)為2500～2650 ，多以2537 作為紫外線殺菌的波長(zhǎng)。當(dāng)微生物被紫外線照射時(shí)，其細(xì)胞的部分氨基酸和核酸吸收紫外線，產(chǎn)生光化學(xué)作用，引起細(xì)胞內(nèi)成分，特別是核酸、原漿蛋白、酯的化學(xué)變化，使細(xì)胞質(zhì)變性，從而導(dǎo)致微生物的死亡。紫外線進(jìn)行直線傳播，其強(qiáng)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(shè)備、器具、工作臺(tái)的滅菌處理。

1.9 磁力殺菌技術(shù)

磁力殺菌是把需消毒殺菌的食品放于磁場(chǎng)中，在一定磁場(chǎng)強(qiáng)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(jīng)處理后的食品，其風(fēng)味和品質(zhì)不受影響，主要適用于各種飲料、流質(zhì)食品、調(diào)味品及其他各種包裝的固體食品。

1.10 高壓電場(chǎng)脈沖殺菌技術(shù)

高壓電場(chǎng)脈沖殺菌是將食品置于兩個(gè)電極間產(chǎn)生的瞬間高壓電場(chǎng)中，由于高壓電脈沖(HEEP)能破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜，改變其通透性，從而殺死細(xì)胞。 高壓脈沖電場(chǎng)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(duì)一組電容器進(jìn)行充電，將電容器與一個(gè)電感線圈及處理室的電極相連，電容器放電時(shí)產(chǎn)生的高頻指數(shù)脈沖衰減波即加在兩個(gè)電極上形成高壓脈沖電場(chǎng)。由于LC電路放電極快，在幾十至幾百個(gè)微秒內(nèi)即可以將電場(chǎng)能量釋放完畢，利用自動(dòng)控制裝置，對(duì)LC振蕩器電路進(jìn)行連續(xù)的充電與放電，可以在幾十毫秒內(nèi)完成殺菌過(guò)程。另一種是利用特定的高頻高壓變壓器來(lái)得到持續(xù)的高壓脈沖電場(chǎng)。殺菌用的高壓脈沖電場(chǎng)強(qiáng)度一般為15～100kV/cm，脈沖頻率為1～100kHz，放電頻率為1～20kHz。 壓電場(chǎng)脈沖殺菌一般在常溫下進(jìn)行，處理時(shí)間為幾十毫秒，這種方法有2個(gè)特點(diǎn):一是由于殺菌時(shí)間短，處理過(guò)程中的能量消耗遠(yuǎn)小于熱處理法。二是由于在常溫、常壓下進(jìn)行，處理后的食品與新鮮食品相比在物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)成分上改變很小，風(fēng)味、滋味無(wú)感覺(jué)出來(lái)的差異。而且殺菌效果明顯(N/No<10-9)，可達(dá)到商業(yè)無(wú)菌的要求，特別適用于熱敏性食品，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1.11 超聲波殺菌技術(shù)

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(zhì)相互作用蘊(yùn)藏著巨大的能量，當(dāng)遇到物料時(shí)就對(duì)其產(chǎn)生快速交替的壓縮和膨脹作用，這種能量在極短的時(shí)間內(nèi)足以起到殺滅和破壞微生物的作用，而且還能夠?qū)κ称樊a(chǎn)生諸如均質(zhì)、催陳、裂解大分子物質(zhì)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(zhì)，保證食品安全。朱紹華采用超聲波發(fā)生儀作為滅菌設(shè)備，以醬油為滅菌對(duì)象，取得了良好的效果。

1.12 脈沖強(qiáng)光殺菌技術(shù)

脈沖強(qiáng)光殺菌技術(shù)是采用強(qiáng)烈白光閃照的方法進(jìn)行滅菌，它由一個(gè)動(dòng)力單元和一個(gè)惰性氣體燈單元組成。動(dòng)力單元是一個(gè)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(fā)出由紫外線至近紅外區(qū)域的光線，其光譜與太陽(yáng)光十分相近，但強(qiáng)度卻強(qiáng)數(shù)千倍至數(shù)萬(wàn)倍，光脈沖寬度小于800μs。該技術(shù)由于只處理食品的表面，從而對(duì)食品的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)成分影響很小，可用于延長(zhǎng)以透明材料包裝的食品及新鮮食品的貨架期。周萬(wàn)龍等研究表明，脈沖強(qiáng)光對(duì)枯草芽孢桿菌、酵母菌都有較強(qiáng)的致死效果，30余次閃照后，可使這些菌由105個(gè)減少到0個(gè);脈沖強(qiáng)光起殺菌作用的波段可能為紫外線，但其他波段可能有協(xié)同作用。

1.13 超高壓殺菌技術(shù)

近年來(lái)，由日本率先研制出一種新型的食品加工保藏技術(shù)，這就是超高壓殺菌技術(shù)。所謂高靜壓技術(shù)(HighHydrostaticPressure簡(jiǎn)稱HHP)就是將食品密封于彈性容器或置于無(wú)菌壓力系統(tǒng)中(常以水或其他流體介質(zhì)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(shí)間，以達(dá)到加工保藏的目的。在高壓下，會(huì)使蛋白質(zhì)和酶發(fā)生變性，微生物細(xì)胞核膜被壓成許多小碎片和原生質(zhì)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(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。對(duì)于大多數(shù)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(shí)需要更高的壓力，而且往往要結(jié)合加熱等其他處理才更有效。溫度、介質(zhì)等對(duì)食品超高壓殺菌的模式和效果影響很大。間歇性重復(fù)高壓處理是殺死耐壓芽孢的良好方法。

日本最新開(kāi)發(fā)出的超高壓殺菌機(jī)，操作壓力達(dá)304～507MPa。超高壓殺菌的最大優(yōu)越性在于它對(duì)食品中的風(fēng)味物質(zhì)、維生素C、色素等沒(méi)有影響，營(yíng)養(yǎng)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(guò)濾除菌技術(shù)

隨著材料科學(xué)的發(fā)展，各種可用于物料分離的膜相繼出現(xiàn)，膜分離技術(shù)已在食品、生物制藥等工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，例如生化物質(zhì)的提取、純水的制備、果汁的濃縮等。膜分離過(guò)程根據(jù)推動(dòng)力的不同，大體上可分為兩種。一類是以壓力為推動(dòng)力的膜過(guò)程，如超濾;另一類是以電為推動(dòng)力的膜過(guò)程，稱為離子交換，如電滲析。以壓力為推動(dòng)力的膜過(guò)程，根據(jù)膜所用的孔徑和截留能力可以分為微孔過(guò)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(guò)膜過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾，則菌體粒子被截留，稱之為過(guò)濾除菌。 膜過(guò)濾除菌技術(shù)具有耗能少、在常溫下操作、適于熱敏性物料、工藝適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用前景廣闊，現(xiàn)已廣泛用于食品、生化、制藥、用水及空氣、乳品、果汁等的過(guò)濾除菌。 食品工程中的殺菌技術(shù)還很多，如:二氧化氯殺菌技術(shù)、氯氣殺菌技術(shù)、電子滅菌技術(shù)、加熱與加壓并用殺菌技術(shù)、加熱與化學(xué)藥劑并用殺菌技術(shù)、加熱與輻射并用殺菌技術(shù)、靜電殺菌技術(shù)等。這些技術(shù)正在得以研究和應(yīng)用。

2 發(fā)展趨勢(shì)與對(duì)策

當(dāng)代食品殺菌技術(shù)多種多樣，有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，人們也在不斷探索新的殺菌方法。現(xiàn)代食品殺菌工藝正在逐步擺脫傳統(tǒng)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(yùn)用現(xiàn)代的各種包裝技術(shù)與殺菌工藝密切配合，或運(yùn)用現(xiàn)代的加工技術(shù)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(yíng)養(yǎng)成分的損失，盡可能保持食品的原有風(fēng)味，盡可能提高殺菌技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性、方便性，完善食品的包裝與貯藏條件，延長(zhǎng)食品的貨架期，以滿足廣大消費(fèi)者日益增長(zhǎng)的物質(zhì)生活的需要。面臨世界性的食品資源緊缺、能源枯竭、環(huán)境污染、人口爆炸等諸多問(wèn)題，迫切要求經(jīng)濟(jì)的、便捷的、實(shí)用的、多功能的高新食品殺菌技術(shù)得以大力研究，快速發(fā)展，以適應(yīng)食品工業(yè)的現(xiàn)代化。 近年來(lái)我國(guó)食品工業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，這對(duì)我國(guó)相對(duì)落后的殺菌技術(shù)研究提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，迫切要求我們積極引進(jìn)并吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，深入進(jìn)行殺菌工程技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，深化科研體制改革，加大科研投入力度，實(shí)施大兵團(tuán)作戰(zhàn)模式，機(jī)械、化工、生化、微生物、高級(jí)物理、電子等各學(xué)科科研人員團(tuán)結(jié)一致，密切合作，盡快構(gòu)架我國(guó)殺菌工程技術(shù)研究與推廣體系，促使我國(guó)殺菌工程技術(shù)在近年來(lái)得到快速提高，縮小與國(guó)際先進(jìn)水平的差距，以促進(jìn)我國(guó)食品工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。