◎ 劉 源，侯真真

（1.佛山市海天調(diào)味食品股份有限公司，廣東 佛山 528000；2.廣東省食品工業(yè)研究所有限公司，廣東 廣州 510308）

在生產(chǎn)加工過(guò)程中，多種因素都會(huì)引起食品污染，包括原料、車(chē)間衛(wèi)生、加工設(shè)施、操作工人等。為了保證食品的安全性及貯藏性，延長(zhǎng)食品的貨架期，避免食品污染，需要采取一定的措施杜絕污染，如殺菌或滅菌等。殺菌方法有熱力殺菌、添加防腐劑等，但熱力殺菌容易破壞食品的營(yíng)養(yǎng)成分，化學(xué)防腐劑又存在一定的安全性問(wèn)題[1]。生活水平不斷提高，人們對(duì)食品安全和食物營(yíng)養(yǎng)健康越來(lái)越重視，急需一種能保證食品安全和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的殺菌技術(shù)。在這種情況下，物理殺菌技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并逐漸在食品加工生產(chǎn)中得到推廣應(yīng)用。

與傳統(tǒng)的熱殺菌技術(shù)相比，這些殺菌方法不易受到外界環(huán)境的影響。在殺菌過(guò)程中，食品本身的溫度不會(huì)升高或者升高幅度較低，能避免食品的營(yíng)養(yǎng)成分和感官品質(zhì)受到破壞，因此受到研究者和食品企業(yè)的關(guān)注。本文主要介紹不同種類(lèi)的物理殺菌技術(shù)，并探討物理殺菌技術(shù)在食品中的應(yīng)用。

1 新型殺菌技術(shù)

新型殺菌技術(shù)不同于傳統(tǒng)的熱力殺菌等技術(shù)，這是一類(lèi)采用物理方法或技術(shù)進(jìn)行殺菌的技術(shù)總稱(chēng)。物理殺菌技術(shù)采用的手段主要包括輻照、臭氧、超高壓、超聲波等。

1.1 輻照殺菌技術(shù)

輻照殺菌技術(shù)是利用某些射線如χ射線、γ射線或高速電子射線的穿透性，使被照食品表面或內(nèi)部微生物的細(xì)胞組織死亡，或者新陳代謝和生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程受到抑制，從而達(dá)到殺菌、延長(zhǎng)食品保鮮期和貨架期的目的[2]。與傳統(tǒng)的熱殺菌技術(shù)相比，輻照殺菌能耗低、污染小，輻照劑量可控，殺菌同時(shí)可以較好地保持食品感官和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，對(duì)預(yù)包裝食品也具有良好的殺菌效果。

對(duì)于輻照殺菌技術(shù)的安全性，1980年國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IEAE）、世界糧農(nóng)組織（FAO）、世界衛(wèi)生組織（WHO）聯(lián)合專(zhuān)家委員提出，在實(shí)際平均輻射劑量不超過(guò)10 KGy范圍內(nèi)，各種輻照食品不存在放射性輻射安全問(wèn)題。為了防止被照射物誘發(fā)產(chǎn)生放射性，電子射線的能量不得超過(guò)10 MeV，大多數(shù)采用5 MeV，X射線的能量一般在5 MeV以下。

由于輻射殺菌的良好殺菌效果和國(guó)際聯(lián)合專(zhuān)家委員會(huì)對(duì)輻射殺菌安全性的肯定，輻射殺菌逐漸推廣應(yīng)用。糧食、水果蔬菜、肉類(lèi)等食品的輻照保藏技術(shù)已在國(guó)內(nèi)外得到公眾認(rèn)可和接受，并取得一定的成效，顯示出廣闊的發(fā)展前景。

1.2 超高壓殺菌技術(shù)

超高壓殺菌技術(shù)是將食品置于密閉的高壓容器內(nèi)，然后向其加壓，通過(guò)破壞微生物體內(nèi)蛋白質(zhì)中的非共價(jià)鍵和菌體細(xì)胞膜、細(xì)胞壁等，使蛋白質(zhì)發(fā)生凝固、酶活性喪失，菌體多種細(xì)胞損傷，達(dá)到殺菌或抑制其活性的目的[3]。超高壓殺菌技術(shù)的處理溫度遠(yuǎn)低于熱處理，耗能低，滅菌均勻，無(wú)污染，操作安全，能保持食品的原有風(fēng)味、色澤和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

1899年，Bert Hite首次發(fā)現(xiàn)450 MPa的高壓能延長(zhǎng)牛奶的保存期，從此以后，有關(guān)HHP技術(shù)的研究一直沒(méi)有間斷；Bridgman因發(fā)現(xiàn)高靜水壓下蛋白質(zhì)發(fā)生變性、凝固而獲得了1946年諾貝爾物理獎(jiǎng)。在食品工業(yè)中利用這一原理，使經(jīng)高壓處理后的食品得以長(zhǎng)期安全保存并保持較好的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。20世紀(jì)90年代，由日本明治屋食品公司首先實(shí)現(xiàn)了HHP技術(shù)在果醬、果汁、沙拉醬、海鮮、果凍等食品中的商業(yè)化應(yīng)用。

李汴生等[4]在超高壓對(duì)鮮榨菠蘿汁品質(zhì)影響的研究表明，隨著壓力值的上升，菌落總數(shù)逐漸減少，一定條件下可達(dá)商業(yè)無(wú)菌，并能較好地保持體系的均勻穩(wěn)定性，保持原有色澤。王雪青等[5]采用高壓處理了獼猴桃醬，與傳統(tǒng)熱處理的醬體相比，超高壓處理技術(shù)得到的醬體色澤翠綠，同時(shí)能較好地保留醬體中的維生素。

超高壓滅菌是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，針對(duì)不同的食品要有特定的處理技術(shù)。目前，高壓技術(shù)主要集中在低溫范圍內(nèi)的高壓技術(shù)及應(yīng)用高壓技術(shù)與其他技術(shù)結(jié)合處理食品的研究。

1.3 臭氧殺菌技術(shù)

一般認(rèn)為，臭氧殺菌技術(shù)的原理是臭氧作用于細(xì)胞膜，引起膜損傷，新陳代謝發(fā)生障礙，生長(zhǎng)被抑制，繼續(xù)滲透則膜內(nèi)脂蛋白和脂多糖被破壞，細(xì)胞通透性改變，菌體被殺死[6]。在各種微生物中，對(duì)臭氧耐受力的強(qiáng)弱順序依次是芽孢菌、沙門(mén)氏菌、綠膿桿菌、金黃色葡萄球菌、霉菌和酵母菌[7]。同時(shí)，臭氧可以分解果蔬儲(chǔ)藏時(shí)產(chǎn)生的有害氣體，如乙炔等，因此臭氧可在果蔬儲(chǔ)藏中發(fā)揮殺菌和保鮮的作用。

臭氧殺菌過(guò)程中，臭氧會(huì)分解成氧氣而不產(chǎn)生殘余污染，使用后不需通風(fēng)換氣，具有擴(kuò)散性好、濃度均勻、無(wú)死角等特點(diǎn)，且費(fèi)用低，恒溫保鮮冷庫(kù)采用臭氧處理只需增加5%～10%的費(fèi)用。但是，臭氧殺菌需在環(huán)境相對(duì)濕度60%以上進(jìn)行，且濕度越高殺菌效果越好，環(huán)境濕度低于45%時(shí)，臭氧對(duì)空氣中的微生物幾乎沒(méi)有殺滅作用。

飲用水殺菌是臭氧殺菌應(yīng)用歷史最長(zhǎng)、應(yīng)用規(guī)模最大的一個(gè)領(lǐng)域。由于臭氧會(huì)自行分解成氧氣而不產(chǎn)生殘余污染的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)臭氧殺菌的飲用水無(wú)異味，且安全可靠。臭氧殺菌也應(yīng)用到了冷庫(kù)消毒中，試驗(yàn)表明，臭氧消毒對(duì)冷藏保鮮庫(kù)效果很好，在一定條件下，細(xì)菌的殺滅率可達(dá)90%以上，霉菌殺滅率為80%，同時(shí)能獲得較好的除異味效果[8]。宋麗麗等[9]利用臭氧對(duì)中藥粉滅菌，細(xì)菌和霉菌滅菌率平均達(dá)到95%以上。另外，由于臭氧能夠分解C2H2等氣體，能抑制果蔬的呼吸作用，在果蔬儲(chǔ)藏保鮮方面也得到了較廣泛的應(yīng)用。

1.4 超聲波殺菌技術(shù)

超聲波殺菌一般適合于液態(tài)食品殺菌或者以液體為媒介進(jìn)行殺菌，對(duì)樣品的處理量不能太大，受到一定限制。在液體中，利用超聲波產(chǎn)生空化現(xiàn)象使其中微小的泡核達(dá)到激活狀態(tài)，進(jìn)而引起振蕩、生長(zhǎng)、收縮及崩潰等動(dòng)力學(xué)變化。在這個(gè)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生瞬間高溫、高壓及溫度交變和壓力變化，作用于菌體和病毒，達(dá)到殺菌、保鮮的作用[10]。

超聲波對(duì)微生物的作用在理論上已經(jīng)得到較好的解釋?zhuān)趯?shí)際應(yīng)用上還存在一些問(wèn)題，超聲波對(duì)水和空氣的消毒效果較差，單獨(dú)使用超聲波用于食品殺菌仍缺乏說(shuō)服力，有待進(jìn)一步研究。目前，超聲波殺菌主要應(yīng)用于果蔬汁飲料、酒類(lèi)、牛奶、醬油等液體食品。

多個(gè)研究結(jié)果顯示，單獨(dú)使用超聲波對(duì)食品中微生物的殺菌效果是有限的，需與其他方法結(jié)合才能獲得較好的殺菌效果。丘苑新等[11]研究了超聲波協(xié)同輻照處理對(duì)番茄醬的殺菌效果。結(jié)果表明，在適宜的超聲功率和輻照劑量下，總細(xì)菌的滅菌率和乳酸桿菌的滅菌率可達(dá)98%以上。郭麗娟等[12]研究了超聲波協(xié)同臭氧處理對(duì)梨汁菌落總數(shù)的影響，結(jié)果表明，超聲與臭氧協(xié)同作用能獲得較好的殺菌效果，明顯優(yōu)于單獨(dú)超聲殺菌或單獨(dú)臭氧殺菌。

2 其他新型殺菌技術(shù)

2.1 高壓脈沖電場(chǎng)殺菌技術(shù)

高壓脈沖電場(chǎng)殺菌主要是利用瞬間高壓作用于放置在兩極間的食品，脈沖電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替作用，使細(xì)胞膜透性增加、振動(dòng)加劇，膜的強(qiáng)度減弱，膜破裂而喪失保護(hù)作用；電極附近產(chǎn)生的陰、陽(yáng)離子與膜內(nèi)生命物質(zhì)相互作用，阻斷膜內(nèi)正常生化反應(yīng)和新陳代謝過(guò)程，通過(guò)以上兩種方法的同時(shí)作用殺死菌體[13]。

殺菌的高壓脈沖電場(chǎng)目前常采用LC振蕩電路，利用自動(dòng)控制裝置對(duì)LC振蕩電路進(jìn)行連續(xù)充電與放電，可以在幾十毫秒內(nèi)完成殺菌處理。高壓脈沖電場(chǎng)強(qiáng)度一般為15～100 kV/cm，脈沖頻率為1～100 kHz，放電頻率為1～20 Hz。殺菌過(guò)程在常溫、常壓下進(jìn)行，殺菌時(shí)間短，能耗遠(yuǎn)低于熱處理法，但殺菌的效果顯著，并且處理過(guò)的食品物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)成分改變很小，特別適合于熱敏性很高的食品[14]。目前，高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù)可在低于40 ℃條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)液體物料滅菌，在連續(xù)操作的情況下，能較好殺滅大腸桿菌、啤酒酵母和金黃色葡萄球菌等[15]。

影響高壓脈沖電場(chǎng)殺菌效果的因素有很多，包括電場(chǎng)強(qiáng)度、處理時(shí)間、脈沖頻率、處理溫度、食品特性、微生物種類(lèi)和數(shù)量等因素。食品常見(jiàn)菌中，相同條件下用電場(chǎng)滅菌，存活率由低到高為：酵母菌、大腸桿菌、乳酸菌和霉菌。由于影響電場(chǎng)殺菌效果的因素較多，因此對(duì)特定食品要找出最佳的工藝參數(shù)。曾新安等[16]的實(shí)驗(yàn)表明，新鮮豬肉經(jīng)高壓電場(chǎng)處理后，其浸出汁中總氨基酸含量明顯增加，說(shuō)明高壓電場(chǎng)刺激能明顯增加肉類(lèi)的鮮味。另外，高壓脈沖電場(chǎng)殺菌對(duì)解決醋、酒中的沉淀問(wèn)題也很有效。

2.2 等離子體殺菌技術(shù)

等離子體是一種電離氣體，由離子、電子和中性粒子（原子或分子）組成，離子和電子所帶電荷數(shù)相等，整體呈電中性。按照帶電粒子溫度的相對(duì)高低，等離子體分為高溫等離子體和低溫等離子體。食品殺菌中常用的是低溫等離子體。等離子體殺菌的機(jī)理目前還不明確，但研究認(rèn)為，在等離子體形成過(guò)程中產(chǎn)生了紫外線和各種化學(xué)自由基等，其對(duì)于微生物的滅活起到主要作用[17]。

等離子體殺菌作為一種新興的廣譜滅菌技術(shù)，可殺死多種類(lèi)型的抗性細(xì)菌細(xì)胞、真菌類(lèi)病原菌、芽孢、病毒和酵母菌等，還可殺滅一些抗輻射細(xì)菌[18]。等離子殺菌技術(shù)在常溫狀態(tài)下殺菌，殺菌時(shí)間短，適合熱敏性食品的殺菌，不會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)和對(duì)操作者造成傷害，安全可靠，滅菌全面。

目前，國(guó)內(nèi)外已將這一技術(shù)應(yīng)用到食品加工領(lǐng)域，特別是食品表面殺菌、液體食品殺菌消毒、小包裝食品殺菌。自20世紀(jì)90年代起，美國(guó)食品和藥物管理局（FDA）就批準(zhǔn)了利用等離子體對(duì)食品表面進(jìn)行殺菌消毒，并且很快應(yīng)用于商業(yè)[19]。在果蔬食品保鮮方面，向果蔬食品的貯藏系統(tǒng)中通入低溫等離子體，不僅可以殺滅和分解儲(chǔ)藏物環(huán)境和表面的病原微生物農(nóng)藥，排除和分解乙烯等有害氣體，使果蔬保鮮時(shí)間延長(zhǎng)。

3 結(jié)語(yǔ)

新型的殺菌技術(shù)已經(jīng)在食品工業(yè)中得到一定程度的應(yīng)用，與傳統(tǒng)殺菌技術(shù)相比，這些新型殺菌技術(shù)的共同特點(diǎn)就是對(duì)食品的色、香、味以及營(yíng)養(yǎng)成分破壞較小，殺菌時(shí)間短，效率高，無(wú)污染。這些特點(diǎn)也是未來(lái)殺菌技術(shù)所追求的方向。但其中一些殺菌技術(shù)由于所需設(shè)備復(fù)雜、成本昂貴而沒(méi)有得到推廣應(yīng)用，這一問(wèn)題有待進(jìn)一步解決。研究新型殺菌技術(shù)，確定不同殺菌技術(shù)對(duì)不同食品殺菌的最佳工藝參數(shù)，研究不同殺菌技術(shù)對(duì)食品的殺菌機(jī)理和品質(zhì)影響機(jī)理，這些將是目前和未來(lái)的研究方向。

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