冷殺菌

所謂非加熱殺菌（冷殺菌）是相對於加熱殺菌而言，無需對物料進行加熱，利用其它滅菌機理殺滅微生物，因而避免了食品成分因熱而被破壞。冷殺菌方法有多種，如放射線輻照殺菌、超音波殺菌、放電殺菌、高壓殺菌、紫外線殺菌、磁場殺菌、靜電殺菌、感應電子殺菌和強光脈衝殺菌等。

基本介紹

• 中文名：冷殺菌
• 外文名：cold sterilization

詳細概述

冷殺菌（物理殺菌）是當代一類嶄新的技術，物理殺菌條件易於控制，外界環境影響較小，由於殺菌過程中食品的溫度並不升高或升高很低，即有利於保持食品功能成分的生理活性，又有利於保持色、香、味及營養成分，所以包裝與食品機械的設計與製造上採用冷殺菌技術是非常必要的。

由於考慮到消費安全及消費者心理的需求，現代的食品加工工藝與技術要求最大限度地保留食品的色、香、味及其營養成分。然而，傳統的食品熱力殺菌方法已經遠遠不能滿足這種要求。近年來國內外研究出一些新型的冷殺菌技術，如超高壓殺菌、超高壓脈衝電場殺菌、脈衝強光殺菌、放射線殺菌、紫外殺菌等冷殺菌技術引起了食品科學研究工作者的高度關注。

冷殺菌不僅有利於保持食品功能成分的生理活性，且還有利於保持色、香、味及營養成分。在傳統食品加工中主要採用熱殺菌，從而導致營養物質破壞，變色加劇，揮發性成分損失。

近幾年．國內外已開發出一系列高效、安全且能保持食品原有風味與營養成分的冷殺菌新技術，其中一些有望部分取代現有的食品熱殺菌方式。

特點

傳統食品加工中採用的熱殺菌，難免導致營養物質破壞、變色加劇、揮發性成分損失等弊端。因此冷殺菌技術越來越受到人們重視。冷殺菌作為一類新型殺菌技術，其條件易於控制，受外界環境影響較小，殺菌過程中食品的溫度波動很小，既有利於保持食品功能成分的生理活性，又有利於保持色、香、味及營養成分，所以有誘人的發展前景。

分類

冷殺菌技術可以分為物理殺菌和化學殺菌。物理殺菌方法主要有：超高壓殺菌、高壓脈衝電場殺菌、高壓脈衝磁場殺菌、脈衝強光殺菌、超音波殺菌、輻照殺菌、紫外線殺菌等；化學殺菌方法主要有：臭氧殺菌、高壓二氧化碳殺菌、二氧化氯殺菌、生物殺菌等。

超高壓殺菌技術

• 超高壓殺菌的基本原理食品的超高壓處理，是指利用壓媒(通常是液體介質，例如水)使食品在極高的壓力下產生酶失活、蛋白質變性、澱粉糊化和微生物滅活等物理化學及生物效應．從而達到滅菌和改性的物理過程。其基本原理是利用了壓力對微生物的致死作用。高壓導致微生物的形態結構、生物化學反應、基因機制及細胞壁膜發生多方面的變化，從而影響微生物原有的生理活動機能，甚至使原有功能破壞或發生不可逆變化。
  
• 超高壓殺菌技術的特點超高壓技術可實現均勻、瞬時、高效殺菌：可使原物質的維生素、色素、香味成分等低分子化合物不會發生變化及產生異臭物等，保持其原有性質：蛋白質、澱粉類物質超高壓處理後可獲得新特性的食品，延長食品的儲藏時間。超高壓處理過程是一個純物理過程，瞬時壓縮，作用均勻，操作安全．無化學添加劑，無需加熱且在常溫或低溫下進行，工藝簡化，節約能源，無“三廢”污染。
  
• 超高壓殺菌技術的套用超高壓殺菌技術是一種已被美國農業部食品安全與檢查局(USDA-FSIS)認證並為消費者接受的食品加工技術。早在1899年，美國化學家Berthite首次發現450MPa的高壓能延長牛乳的儲藏期：1914年，美國物理學家Bridgman因發現靜水壓下蛋白質發生變性、凝固而獲得了諾貝爾物理獎。日本首先實現了超高壓殺菌技術在果汁、沙拉醬、果醬、海鮮、果凍等食品的商業化套用。之後，歐洲和北美的大學、公司和研究機構也相繼加快了對超高壓殺菌技術的研究。
  
• 近期。中國黃亞東等利用超高壓處理技術對純天然、熱敏性的胡蘿蔔一花生奶茶進行殺菌處理．能使蛋白質變性、微生物失去活性，從而可達到保持營養、改善風味、提高品質、延長貨架期等目的。勵建榮等研究了高壓處理的果汁和蔬菜汁，實驗證實了高壓處理的殺菌效果，而且維生素C的損失很少．殘存酶的活性只有4%。大量研究為超高壓殺菌技術套用於食品產業提供了科學依據。目前，超高壓殺菌技術加工的果蔬製品和肉製品在一些已開發國家已經達到商業化生產的7Ic平
  

輻射殺菌技術

• 輻射殺菌技術的基本原理食品輻射殺菌是利用x射線、^y射線或電子射線輻射食品，通過損害生物體細胞內的遺傳物質．破壞其新陳代謝。使細胞組織死亡從而達到殺菌消毒，延長食品儲存期的目的。目前研究較多的輻射源為1射線、60Co和10MeV以下的低能電子束。食品輻射殺菌過程中，通過輻射區域時所吸收的能量稱為輻照計量．通常以Gy或kGy為計量單位。
  
• 輻射殺菌技術的特點輻射殺菌技術，不需要加入添加物．是一種物理儲藏法，且屬於冷處理技術．具有許多優點。輻射殺菌技術射線穿透力強．可對預先包裝好的或烹調好的食品通過劑量控制和輻照工藝進行均勻徹底處理，輻照過程較易控制。可以在不破壞商品包裝和食品外觀又能保護食品原有性狀的條件下，殺滅食品中的致病菌和寄生蟲，消除在食品生產和製備過程中可能出現的交叉污染問題。輻照處理是“冷加工”。，在常溫下進行，不會引起內部溫度的升高，可以較好地保持食品原有的鮮度和風味，還可對凍結狀態的食品進行滅菌．這是其他方法不可比擬的。輻照食品不會留下任何殘留物，不污染環境，可提高食品衛生質量並有利於環境保護。
  
• 輻射殺菌技術的套用
  當前，聯合國糧農組織(FAO)、國際原子能機構(IAEA)、世界衛生組織(WHO)三大國際組織認定了總平均劑量不超過10kGy輻照的任何食品是安全的。美國食品與藥品管理局(FDA)以及美國乳製品業協會(ADA)也認可了食品輻射的安全性。據初步統計．目前世界上已有38個國家正式批准224種輻照食品的標準。目前中國已有近百種輻照食品通過了鑑定。在28個省(自治區、直轄市)建立了50多個商業化的輻照裝置，食品輻照規模不斷擴大，1999年的輻照量已達8．6萬t。2002年已超過lO萬t．位居世界首位。消費者對輻照食品接受性良好，中國食品輻照已步入商業化套用階段。
  

微波殺菌技術

• 微波殺菌技術的基本原理微波是頻率為300MHz-300GHz之間的電磁波。食品中的水、蛋白質、脂肪、碳水化合物等極性分子吸收微波能量之後發生碰撞．動能轉化為熱能，使食品發熱，即熱效應；生物體與微波作用還會產生複雜的生物效應，即非熱效應。簡單地說微波殺菌是微波熱效應和非熱效應共同作用的結果。微波的熱效應主要起快速升溫殺菌作用：而非熱效應則使用微生物體內蛋白質和生理活性物質發生變異，而喪失活力或死亡。
  
• 微波殺菌技術的特點利用微波殺菌處理時間短，容易實現連續生產，對食品營養成分和風味影響較小。由於微波穿透性好．所以可以在食品包裝後利用微波殺菌，實踐證明採用微波裝置在殺菌溫度．殺菌時間，產品品質，產品保質期方面有明顯優勢。
  
• 微波殺菌技術的套用 國外在20世紀60年代開始把微波殺菌技術用於食品工業。微波殺菌技術能夠很大程度地保持食品物料的營養成分，殺菌效果顯著。可以使食品不添加防腐劑而延長保存期。微波殺菌技術的優勢逐漸受到人們的重視，套用遍及糧油製品、調味品、禽肉製品、豆製品和奶製品、果蔬製品、水產品等方面。微波殺菌在具體食品中的研究和套用已有很多報導。微波殺菌可用於啤酒、醬油、飲料、豆奶及牛乳、茶飲料等流質食品的殺菌丁藝。微波殺菌效果很好，是企業節約成本、提高產品質量的有效途徑。
  

高壓脈衝電場殺菌技術

• 高壓脈衝電場殺菌技術的原理高壓脈衝電場殺菌技術主要適用於液體食品，藉助兩個電極，將高強度脈衝電場施加到液體食品上進行滅菌。關於脈衝電場殺菌機理．現有多種假設：主要有電介質擊穿理論、細胞膜穿孔效應、電磁機制模型、黏彈極性形成模型、電解產物效應和臭氧效應等．其中以細胞膜穿孔效應最具代表性。該理論認為食品中微生物的細胞膜在強脈衝電場作用下被擊穿，產生不可修復的破裂和穿孔導致微生物失活。
  
• 高壓脈衝電場殺菌技術的特點脈衝電場殺菌技術具有殺菌效果好、成本低、殺菌時問短、能耗低、對食品質量影響小等特點。影響滅菌效果的因素有對象菌的種類、電場強度、處理時間、處理溫度、介質電導率、脈衝頻率、波形、介質pH等。在連續操作的情況下．脈衝電場殺菌技術能較好地殺滅大腸桿菌、啤酒酵母和金黃色葡萄球菌等。
  
• 高壓脈衝電場殺菌技術的套用 高壓脈衝電場殺菌技術在果汁及其他食品加工中已顯出特有的優越性。目前，在歐、美等已開發國家該殺菌技術正逐步向商業化過渡。中國雖然近年來也開展了相應的研究．但只是處於實驗室小試，距離商業化還有一定距離。該技術的進一步成熟，很有可能彌補傳統殺菌法的不足而使液體食品滅菌工藝帶來一場變革。
  

脈衝磁場殺菌技術

• 脈衝磁場殺菌技術的基本原理脈衝磁場殺菌就是在常溫下．利用強磁進行殺菌，其裝置主要由輸液管和加在其外的螺旋線圈組成。線罔內可產生2-10T的磁感應強度，當液料通過該輸液管時。其中的微生物在強脈衝磁場作用下導致死亡。目前，關於脈衝強磁場殺菌機理尚未完全清楚，主要理論有磁場感應電流作用，磁場的洛倫茲力效應，磁場的震盪效應，電力效應等。
  
• 脈衝磁場殺菌技術的特點脈衝磁場殺菌技術突出的優點表現為：殺菌物料的溫度一般不超過5℃，食品的組織結構、營養成分和顏色都不受破壞，不會影響原有風味：距離線圈2m左右處，磁場強度衰減為相當於地磁強度，因此無漏磁問題，安全性好；與連續波和恆定磁場相比。脈衝磁場殺菌設備具有功率消耗低、殺菌時間短、對微生物殺滅力強、效率高等特點；磁場的產生和中止易於控制；由於脈衝磁場對食品有較強的穿透力，能深入食品內部，並可通過物料流動，強化料液的攪拌傳質效果，致使滅菌無死角，殺菌徹底。
  
• 脈衝磁場殺菌技術的套用李梅等研究了脈衝磁場殺菌，結果表明：脈衝磁場對細菌和藻類的殺滅具有強度和頻率的選擇，提高停留時間、磁場強度和脈衝頻率可提高殺菌和滅藻效果；馬海樂等曾對西瓜汁、生啤酒進行脈衝磁場殺菌試驗．結果表明產品均能達到商業無菌要求。
  

脈衝光殺菌技術

• 脈衝光殺菌技術的基本原理脈衝光殺菌技術是利用強烈白光閃照進行殺菌。它主要由一個動力單元和一個惰性氣體燈單元組成。動力單元是用來提供高電壓高電流脈衝的部件．為惰性氣體燈提供所需的能量：惰性氣體燈能發出波長由紫外線區域至近紅外線區域的光線．其光譜與到達地球的太陽光譜相近．但強度卻比太陽光強數千至數萬倍。脈衝光中起殺菌作用的波段可能是紫外光，其他波段起協同作用。由於細菌、酵母菌等微生物都是由水、蛋白質、碳水化合物、脂肪和無機物等複雜化合物構成的一種凝聚態物質。脈衝強光有一定的穿透性。當閃照時。脈衝強光作用於其活性結構上，使蛋白質發生變性，從而使細胞失去生物活性，達到殺菌的目的。
  
• 脈衝光殺菌技術的特點脈衝光只處理食品表面，對食品的風味和營養影響很小，其殺菌比傳統的紫外燈有更高的效率。Joseph Dunn等的研究表明，脈衝光能殺死大多數微生物。丁文彥等研究表明增加閃照次數、輸入電壓或菌液透光率都能提高殺菌率至100%。周萬龍的研究還表明脈衝強光殺菌不侶對微生物及酶有較強的致死和鈍化作用。而且對酪氨酸、葡萄糖、澱粉等食品成分未造成顯著破壞。
  
• 脈衝光殺菌技術的套用20世紀90年代美國聖地亞哥純脈衝技術研究所發明了此殺菌新技術，稱之為“純亮”殺菌。此後美國Xenon公司進行系列脈衝強光殺菌設備研發．並與美國賓夕法尼亞州大學教授AliDemirci博士合作進行各種食品殺菌試驗，獲得良好的效果．從而使該公司設備獲得美國市場認可，該公司RS300B、RS300C和RS300M系列脈衝強光殺菌設備被用於魚片、肉丁等食品以及血液的殺菌。脈衝光殺菌設備成本低並且可以安裝於食品加工生產線上，進行連續性生產，在生產成本和效率方面占有明顯優勢。
  

結語

除上述冷殺菌新技術外，食品殺菌還有臭氧殺菌技術、C02殺菌技術、紫外殺菌技術、交變磁場殺菌、半導體光催化殺菌等殺菌技術，它們都在食品工業的不同領域顯示出較好的套用價值。

與傳統的食品加熱殺菌比較，冷殺菌能充分保留食品的營養成分和原有風味，甚至產生某些令人喜愛的特殊風味，而且殺菌徹底，處理時間短。不產生毒性物質。但由於有些技術還不成熟，實際套用中還受到較大程度的限制。隨著冷殺菌機理的深入探討和技術的逐步完善，相信冷殺菌技術將會更多地取代現有的食品熱殺菌技術，人們將享受到品質更好、更安全、更新鮮的食品。