冷杀菌技术在食品工业中应用的研究进展

专题论述

食品研究与开发

F ood Research And Development

2011年1月第32卷第1期

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冷杀菌技术在食品工业中应用的研究进展

张志强

（新疆轻工职业技术学院，新疆乌鲁木齐830021）

摘要：冷杀菌技术给食品工业带来了新的革命。综述了目前食品领域的杀菌新技术———冷杀菌技术及在食品加工中的应用，展望了冷杀菌技术的发展前景。关键词：冷杀菌；新技术；应用

Research Advances of Cold Sterilization Technologys in the Food Field

ZHANG Zhi-qiang

（Institute of light Industry Technology , Urumqi 830021，Xinjiang ，China ）

Abstract ：The cold sterilization is new technological revolution in food industry. This paper mainly described the new technology of the cold sterilization in food fields at present, introduced various kinds of cold sterilization technology and its applications in the food fields, expected the development foreground of the cold sterilization. Key words :cold sterilization ；new technology ；application 杀菌是食品加工过程中非常重要的环节之一，其目的是杀死微生物，钝化酶类等，使食品具有足够的保质期。传统的热力杀菌是在加热的环境下进行的，因此会不同程度地破坏食品中的营养成分和天然特性。为了更大限度保持食品本身的固有品质，一些新型的灭菌技术———冷杀菌应运而生，如超高压杀菌、超高压脉冲强光杀菌、放射线杀菌等。近年来，脉冲电场杀菌、

随着人们饮食观念的改变，“原汁原味”的食品逐渐成为时尚，因而冷杀菌技术也越来越受到食品科学研究工作者的高度重视。1

食品冷杀菌技术及其应用

超高压杀菌是将食品物料以某种方式包装以后，

作者简介：张志强（1979—），男（汉），讲师，硕士，研究方向：农产品加工与贮藏的教学与研究。

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收稿日期：2010-07-10

甘油、油与水的乳液）放入液体介质（通常是食用油、中，在100MPa ～1000MPa 压力下作用一段时间后，使之达到灭菌要求。其基本原理是压力对微生物的致死作用，主要是通过破坏其细胞壁，使蛋白质凝固，抑制酶的活性和DNA 等遗传物质的复制等来实现[1]。

采用超高压技术，在400MPa ～600MPa 的压力霉菌和酵母菌。现下，能杀死果汁中几乎所有的细菌、在日本市场上已有利用超高压杀菌的果汁、果酱等产品出售[2]。这种经超高压处理过的果制品避免了一般高温杀菌带来的不良变化，口感好，色泽天然，安全性但该技术不能连续生产，只能分批运用。高，保质期长。超高压杀菌可能引起果蔬在极限压力下变形或状态明显改变。因此主要用于没有固定形状的果蔬制品。1.2超高压脉冲电场杀菌

超高压脉冲电场杀菌是采用高压脉冲器产生的脉冲电场进行杀菌的方法。其基本过程是用瞬时高压

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1.1超高压杀菌

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张志强：冷杀菌技术在食品工业中应用的研究进展

专题论述

处理放置在两极间的低温冷却食品。其机理基于细胞膜穿孔效应、电磁机制模型、粘弹极性形成模型、电解臭氧效应等假设。其作用主要有2个（:1）场产物效应、

的作用。脉冲电场产生磁场，细胞膜在脉冲电场和磁场的交替作用下，通透性增加，振荡加剧，膜强度减弱，从而使膜破坏，膜内物质容易流出，膜外物质容易渗入，细胞膜的保护作用减弱甚至消失。（2）电离作用。电极附近物质电离产生的阴阳离子与膜内生命物质作用，阻碍了膜内正常生化反应和新陈代谢过程等的进行。同时，液体介质电离产生臭氧的强烈氧化作用，使细胞内物质发生一系列的反应。通过场和电离的联合作用，杀灭菌体[3]。

超高压脉冲电场杀菌已在实验室水平上取得了显著的成效。它可保持食品的新鲜及其风味，营养损失少。但因其杀菌系统造价高，制约了它在食品工业上的应用。且超高压脉冲电场杀菌在黏性及固体颗粒食品中的应用还有待进一步的研究。1.3

强磁脉冲杀菌

该技术采用强脉冲磁场的生物效应进行杀菌。在输液管外面，套装有螺旋形线圈，磁脉冲发生器在线圈）T 的磁场强度。当液体物料通过该段输内产生（2～10液管时，其中的细菌即被杀死。因杀菌物料的温升一般不超过5℃[4]，物料的组织结构、营养成分、颜色均不遭破坏。应特别指出的是，利用磁场杀菌要求食品材·cm ，以防材料内料具有较高的电阻率，一般大于10Ω部产生涡流效应而导致磁屏蔽。这就是脉冲磁场杀菌对有些食品材料具有很好的杀菌效果，而有些杀菌效果较差的原因[5]。1.4脉冲强光杀菌

脉冲强光装置是以极强的直流电通过充有惰性气体的灯管，发出比地面上太阳光强近2万倍的光能，在仅10-7s 的滞留时间内照射于物料表面，达到有效杀死细菌的效果。由于脉冲光波长较长，不会发生小分子电离，其杀菌效果明显比非脉冲或连续波长的传上世纪90年代美国圣地亚哥纯脉冲技统UV 照射好。

术研究所发明了此项杀菌新技术，称之为“纯亮”杀菌。此后美国Xenon Corporation 进行系列脉冲强光杀菌设备研发，并与美国宾州大学教授Ali Demirci 博士合作进行各种食品杀菌试验，获得良好的效果，从而使该RS300C 公司设备获得美国市场认可，该公司RS300B 、和RS300M 系列脉冲强光杀菌设备被用于鱼片、肉丁等食品以及血液的杀菌[6]。1.5

臭氧杀菌

臭氧灭菌或抑菌作用，通常是物理的、化学的及

生物学等方面的综合结果。其作用机制可归纳为（:1）作用于细胞膜、导致细胞膜的通透性增加、细胞内物质）使细胞活动必需的酶失活。外流，使细胞失去活力；（2这些酶既有基础代谢的酶，也有合成细胞重要成分的酶；（3）破坏细胞质内的遗传物质或使其失去功能。臭氧杀灭病毒是通过直接破坏RNA 或DNA 完成的；而霉菌类微生物则是先作用于细胞膜，使其杀灭细菌、

构成受到损伤，导致新陈代谢障碍并抑制其生长，臭氧继续渗透破坏膜内组织，直至其死亡[7]。

臭氧对几乎所有病菌、霉菌、真菌及原虫卵囊都有明显的灭活效果，并可以破坏肉毒杆菌毒素。臭氧的灭菌速度极快，是氯的300倍～600倍，紫外线的3000倍。臭氧的高氧化还原电位，决定了它在氧化、脱色、除味、保鲜方面的应用。臭氧溶解于水中，能消锰、铬、铅、氧化物等，杀水中对人体的有害物质，如铁、还可以分解有机物及灭藻。但臭氧的灭菌效果受温度灭菌效果好；在高和湿度的影响。在低温高湿条件下，

温条件下，臭氧易分解，灭菌效果下降；环境湿度低，灭菌效果较差，对干燥菌体几乎无杀菌作用。1.6辐射杀菌

γ射线或电子高速射线照辐照就是运用X 射线、

射食品引起食品内的物质发生物理、化学或生物学上的变化，从而抑制或破环其新陈代谢和生长发育，使细胞死亡，延长食品的贮藏期。食品中常用的辐照源主Cs 137等所产生的γ射线，其穿透性强，对只要是Co 60、

要求表面处理的食品效果不佳。食品辐照操作简单，照射较易控制，几乎无热效应，可较好地保持食品原有的品质，卫生安全性较高，节能。除用于果蔬的贮藏保鲜，如抑制土豆、大蒜、洋葱等的发芽和延缓果蔬的衰肉类、老外，还可用于许多食品的消毒杀菌，如调味料、海产品、粮食及脱水蔬菜等[8]。目前，辐射杀菌已在许多国家得到政府的认可并批准使用，我国对稻谷、小麦、玉米、蔬菜、水果、鱼肉辐照保藏技术已取得成效，日益显示出广阔的前景。1.7紫外线杀菌

紫外线是介于可见光的紫色光和X 射线之间的其杀菌的原理是光波，波长在100nm 和400nm 之间。利用生物细胞内的DNA 吸收240nm~280nm 范围内的光波，当对260nm 波长的光波吸收达到最大值时，DNA 受到破坏导致细菌死亡的特性进行杀菌。同时, 紫外光还可降解有机物。185nm~400nm 左右波长的紫外光可裂解有机物中的碳键使其降解[9], 即破坏微生物分子间特有的化学键导致细菌死亡。

目前使用紫外线装置大多数是管壁能够通过紫

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外线的低压汞灯, 这种技术多见于对水的处理。而对其它一些食品如果蔬汁饮料、啤酒、葡萄酒、牛奶或其它另外, 紫外线含有胶体颗粒或色素的液体均不能采用。

日本某公杀菌装置使用时间不宜过长, 否则效果变差。司研制开发一种紫外线杀菌灯, 使用时间可达到7000h, 对活水鱼槽中进行灭菌, 既保持水质的清净新鲜, 又能延长活鱼寿命[10]。1.8

软电子束冷消毒杀菌

软电子束冷消毒杀菌是利用直线加速器产生的电子束破坏微生物的DNA ，从而杀灭食品表面的细菌。因电子束的能量过大可能产生诱感放射性问题，则用于照射食品的电子束能量被限制在10MeV 以仅使食品表面呈无菌状态，不影下。电子束穿透性低，

响食品品质。美国密苏里大学、衣阿华州立大学和内蒂克陆军实验室联合组成一个跨学科研究组正在研发名为冷消毒的电子束技术, 其目的是消灭食品中可能致命的大肠杆菌O157∶H7。此法快, 不需加热。但有一系列变数如肉类的脂肪含量、厚度和状态（鲜肉还是冻肉）会影响冷消毒过程的时间和强度。此法现在只限用于液体和形状整齐的均质食品。该研究组希望将来能改进此技术, 使之可用于形状不规则的食品。

[11]

处理的杀菌方法。Villamiel 等对奶制品采用超声杀菌和传统杀菌进行对比研究，结果发现在相同的试验条件下，超声杀菌效果优于传统杀菌，初步表明超声杀菌可用于奶制品工业[13]。2

结束语

冷杀菌是在食品温度不升高或升高很低的条件下进行杀菌，弥补了热杀菌的不足，可最大限度地保持食品功能成分的生理活性及原有的色、香、味及营养成高效的杀菌方法。作为新型杀菌技术，分，是一种安全、近年来冷杀菌受到了国内外食品行业的极大关注，使之成为21世纪食品工业研究和推广的重要高新技术之一，在食品加工过程中采用冷杀菌技术成为必然的趋势。因此它是最有应用前景的杀菌技术。参考文献：

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收稿日期：2010-06-16

1.9半导体光催化杀菌

半导体光催化杀菌即是光照射到大聚集体的

TiO 2表面时，激发产生光生电子和光生空穴对。由于光电子迁移速度比光生空穴快得多，所以，光生电子和光生空穴分开。光生空穴有很强的得电子的能力，产生的光生电子-空穴对一方面与细胞壁、细胞膜以及细胞内组分作用，导致酶失活等，另一方面光生电子和水细胞膜中溶解氧发生作用形成氢氧自由基，与细胞壁、以及细胞内组分作用，使细胞功能单元失活。半导体光催化通过生物生命活动过程中电子的得失来进行杀菌，因而光催化条件控制得当，就能达到良好的杀菌效果。目前，导体光催化杀菌技术仅用于水处理，在食品领域的其它方面尚未得到应用，有待进一步的探索[12]。1.10

超声杀菌

超声杀菌利用超声空穴现象产生的剪应力能机械地破碎细胞壁和加快物质转移的原理进行杀菌，所用的超声波频率一般为20KHz~100KHz ，能量为104kw/cm2，波长为3.0cm~7.5cm ，是一种有效的非热