無菌原理

無菌原理，也叫無生機原理，是指使食品處於無生機狀態，即商業無菌狀態。商業無菌是指殺滅食品中的病原菌、產毒菌以及導致食品敗壞的腐敗菌，從而保證食品正常的貨架壽命。商業無菌處理後，如熱處理，仍可能存在少量的耐熱芽孢，但經熱處理後。這類細菌在貯存過程中不能正常繁殖。為了創造和保持果品加工產品的無生機環境，通常要採用密封和殺菌的手段。運用此原理保存的食品主要有罐頭和果汁。

基本介紹

• 中文名：無菌原理
• 外文名：Sterile principle
• 別名：無生機原理
• 狀態：無生機狀態，即商業無菌狀態
• 目的：保證食品正常的貨架壽命
• 適用食品：主要有罐頭和果汁

簡介

無菌原理，也叫無生機原理，是指使食品處於無生機狀態，即商業無菌狀態。商業無菌是指殺滅食品中的病原菌、產毒菌以及導致食品敗壞的腐敗菌，從而保證食品正常的貨架壽命。商業無菌處理後，如熱處理，仍可能存在少量的耐熱芽孢，但經熱處理後。這類細菌在貯存過程中不能正常繁殖。為了創造和保持果品加工產品的無生機環境，通常要採用密封和殺菌的手段。運用此原理保存的食品主要有罐頭和果汁。

為創造商業無菌狀態而採取的殺菌措施，通常有三種方式，即熱殺菌、冷殺菌和化學殺菌。

冷殺菌技術

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。

超高壓脈衝電場殺菌

超高壓脈衝電場殺菌是採用高壓脈衝器產生的脈衝電場進行殺菌的方法。其基本過程是用瞬時高壓處理放置在兩極間的低溫冷卻食品。其機理基於細胞膜穿孔效應、電磁機制模型、粘彈極性形成模型、電解產物效應、臭氧效應等假設。其作用主要有2個：（1）場的作用。脈衝電場產生磁場，細胞膜在脈衝電場和磁場的交替作用下，通透性增加，振盪加劇，膜強度減弱從而使膜破壞，膜內物質容易流出，膜外物質容易滲入，細胞膜的保護作用減弱甚至消失。（2）電離作用。電極附近物質電離產生的陰陽離子與膜內生命物質作用，阻礙了膜內正常生化反應和新陳代謝過程等的進行同時，液體介質電離產生臭氧的強烈氧化作用，使細胞內物質發生一系列的反應。通過場和電離的聯合作用殺滅菌體，超高壓脈衝電場殺菌已在實驗室水平上取得了顯著的成效。它可保持食品的新鮮及其風味，營養損失少。但因其殺菌系統造價高，制約了它在食品工業上的套用，且超高壓脈衝電場殺菌在黏性及固體顆粒食品中的套用還有待進一步的研究。

強磁場脈衝殺菌

該技術採用強脈衝磁場的生物效應進行殺菌，在輸液管外面，套裝有螺旋興線圈，磁脈衝發生器線上圈內產生2～10T的磁場強度。當液體物料通過該段輸液管時，其中的細菌即被殺死。該技術具有以下特點：殺菌時間短且效率高。殺菌效果好且溫升小，能做到既能殺菌，又能保持食品原有的風味、滋味、色香、品質和組分（維生素、胺基酸等）不變，不污染產品，無噪音，適用範圍廣泛。

脈衝強光殺菌

脈衝強光殺菌是採用脈衝的強烈白光閃照方法進行滅菌。通過惰性氣體發出與太陽光譜相反，但強度更強的紫外線至紅外線區進行殺菌。使用高強度白光的極短脈衝，殺死食品表面的微生物。該高強度的白光類似陽光，但僅以幾分之一秒鐘的速度反射出來，比陽光更強能迅速殺死細菌。脈衝強光下使微生物致死作用明顯，可進行徹底殺菌。在操作時對不同的食品、不同的菌種，需控制不同的光照強度與時間。可用於延長以透明物料包裝的食品的保鮮期。

臭氧殺菌

臭氧氧化力極強，僅次於氟，能迅速分解有害物質，殺菌能力是氯的600～3000倍，其分解後迅速的還原成氧氣。利用其性能的臭氧技術在歐美、日本等已開發國家早就得到廣泛套用，是殺菌消毒、污水處理、水質淨化、食品貯存、醫療消毒等方面的首選技術。美國華盛頓大學醫學研究人員發現，臭氧可以抑制癌細胞的生長；日本石川島播麻種工業公司證明，臭氧水有望成為最佳的果樹殺菌劑，其殺菌效果明顯優於次氯酸鈉；中國醫學科學院研究證明，臭氧可以有效地殺滅淋球菌，並且對水中的重金屬有分解作用。試驗證明臭氧水是一種廣譜殺菌劑，它能在極短時間內有效地殺滅大腸桿菌、蠟桿菌、痢疾桿菌、傷寒桿菌、流腦雙球菌等一般病菌以及流感病菌、肝炎病毒等多種微生物。可殺死和氧化魚、肉、瓜果蔬菜、食品表面能產生異變的各種微生物和果蔬脫離母體後繼續進行生命活動的微生物，加速成熟乙烯氣體，延長保鮮期。

放射線殺菌

放射線同位素放出的射線通常有α、β、γ 3種射線，用於食品內部殺菌只有γ射線。

γ射線是一種波長極短的電磁波，對物體有較強的穿透力，微生物的細胞質在一定強度γ射線下，沒有一種結構不受影響，因而產生變異或死亡。微生物代謝的核酸代謝環節能被射線抑制，蛋白質因照射作用而發生變性，其繁殖機能受到最大損害。射線照射不會引起溫度上升。一般抗熱力大的細菌，對放射線的抵抗力也較大。

紫外線殺菌

日光能殺滅細菌，主要是紫外線的作用，殺菌原理是微生物分子受激發後處於不穩定的狀態，從而破壞分子間特有的化學鍵導致細菌死亡。微生物對於不同波長的紫外線的敏感性不同，紫外線對不同微生物照射致死量也不同，革蘭氏陰性無芽孢桿菌對紫外線最敏感。殺死革蘭氏陽性球菌的紫外線照射量需增大5～10倍。但紫外線穿透力弱，所以比較適用於對空氣、水、薄層流體製品及包裝容器表面的殺菌。日本某公司研製開發了一種紫外線殺菌燈，使用時間可達到7000h，對活水魚槽中進行滅菌，既保持水質的清淨新鮮，又能延長活魚壽命。

微波殺菌

微波是頻率從300MHz～300GMHz的電磁波。微波與物料直接相互作用，將超高頻電磁波轉化為熱能的過程。微波殺菌是微波熱效應和生物效應共同作用的結果。微波對細菌膜斷面的電位分布影響細胞周圍電子和離子濃度，從而改變細胞膜的通透性能，細菌因此營養不良，不能正常新陳代謝，生長發育受阻礙死亡。從生化角度分析，細菌正常生長和繁殖的核酸（RNA）和脫氧核糖核酸（DNA）是若干氫鍵緊密連線而成的捲曲大分子，微波導致氫鍵鬆弛、斷裂和重組，從而誘發遺傳基因或染色體畸變，甚至斷裂。微波殺菌正是利用電磁場效應和生物效應起到對微生物的殺滅作用。採用微波裝置在殺菌溫度、殺菌時間、產品品質保持、產品保質期及節能方面都有明顯的優勢。德國內斯公司研製的微波室系統，加熱溫度為72～85℃，時間為1~8min、殺菌效果十分理想，特別適用於已包裝的麵包、果醬、香腸、鍋餅、點心以及貯藏中殺滅蟲、卵等。微波處理的食品保質期達6個月以上。

超聲殺菌

超聲殺菌是利用超聲空穴現象產生的剪應力能機械地破碎細胞壁和加快物質轉移的原理進行殺菌，所以超聲頻率一般為20KHz-100KHz，能量為104kw/cm²，波長為3.0cm-7.5cm，是一種有效的非熱處理殺菌法。Villamiel等對奶製品採用超聲殺菌和傳統殺菌進行對比研究，結果發現在相同的試驗條件下，超聲殺菌效果優於傳統殺菌，初步表明超聲殺菌可用於奶製品工作。

熱殺菌技術

濕熱滅菌法是指用飽和水蒸氣、沸水或流通蒸汽進行滅菌的方法，由於蒸汽潛熱大，穿透力強，容易使蛋白質變性或凝固，所以該法的滅菌效率比干熱滅菌法高，是藥物製劑生產過程中最常用的滅菌方法。濕熱滅菌法可分為：煮沸滅菌法、巴氏消毒法、高壓蒸汽滅菌法、流通蒸汽滅菌法、和間歇蒸汽滅菌法。

影響濕熱滅菌的主要因素有：微生物的種類與數量、蒸汽的性質、藥品性質和滅菌時間等。

煮沸滅菌法

將水煮沸至100攝氏度，保持5-10分鐘可殺死細菌繁殖體，保持1-3小時可殺死芽胞。在水中加入百分之一至百分之二的碳酸氫鈉時沸點可達105攝氏度，能增強殺菌作用，還可去污防鏽。此法適用於食具、刀箭、載玻片及注射器等。

巴氏消毒法

一種低溫消毒法，因巴斯德首創而得名。有兩種具體方法，一是低溫維持法：62攝氏度維持30分鐘；二是高溫瞬時法：75攝氏度作用15-30秒。該法適用於食品的消毒。

流通蒸氣滅菌法

利用常壓下的流通蒸汽進行滅菌。

高壓蒸汽滅菌法

103.4千帕蒸汽壓溫度達121.3攝氏度，維持15-20分鐘。

濕熱滅菌法

濕熱法可在較低的溫度下達到與乾熱法相同的滅菌效果，因為：①濕熱中蛋白吸收水份，更易凝固變性；②水分子的穿透力比空氣大，更易均勻傳遞熱能；③蒸汽有潛熱存在，每1克水由氣態變成液態可釋放出529卡熱能，可迅速提高物體的溫度。

濕熱滅菌法一般採用121攝氏度，滅菌20-30min，如果是產孢子的微生物則應採用滅菌後適宜溫度下培養幾小時，再滅菌一次，以用於殺死剛剛萌發的孢子。

區別：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、更新讎的食品。

化學殺菌法

所謂化學殺菌法，就是使用殺菌劑的方法，在此將含有靜菌作用的材料稱為殺菌劑。從歷史上看，殺菌劑的開發研究出於兩個目的：一個是為了防止物件腐爛的防腐劑，另一個是用於醫療目的的醫藥用品。

常用的主要殺菌體系有以下幾種。

①酒精系：乙醇、異丙烯。

②酮、醛系：甲醛、戊二醛。

③酚系：甲酚、洗必泰。

④氯化物系：次亞氯酸鈉、漂白粉。

⑤碘系化合物系：複方碘甘油液、聚乙烯吡咯酮碘。

⑥四級氨鹽：氯化亞苄基毒芹。

⑦過氧化物：過氧化氫、過錳酸鈉。

⑧重金屬化合物：硝酸銀、紅汞。

⑨抗生物質：盤尼西寧、鏈黴素、先鋒黴素等。

所謂利用殺菌劑殺菌是使菌體內的各種物質(蛋白質、脂質、核酸等)變性，或者與這些物質結合使之失去正常的功能。乙醇、醚等有機溶劑很多有殺菌作用，其殺菌作用是這些溶劑使細胞內外的脂質溶解而不能產生正常的功能。就酸、鹼而言，也是由於其使細胞加水分解而顯現出殺菌效果。

在殺菌劑中，很多是蛋白質變性劑。蛋白質變性劑是利用酵母的阻礙作用而使細菌的代謝停止，最終導致死亡。鹵族元素化合物、重金屬離子、過氧化氫都是化學活性的，容易與蛋白質化合，產生氧化、還原等化學反應，從而顯示殺菌效果。酚、醛、四級銨鹽也是蛋白質變性劑。但抗生物質不是蛋白質變性劑，而是酵母阻礙劑。