微生物控制的新技术

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1、1微生物控制的新技术微生物控制的新技术食品工业界在继续发展现有控制微生物控制方法的同时，正研究新技术以保证食品的 微生物安全，同时也为消费者提供稍需加工或不需加工的高质量食品。这些年，辐照、高 强度电子场、脉冲光、紫外线、高压加工和臭氧已作为消灭微生物的非加热方法。然而， 在商业上运用这些技术仅在最近几年。尽管这些新技术以及其它方法看起来能达到预期结 果，但通常也受到限制而不能应用于实际生产。因此在现有食品加工中采用上述新技术时， 必须理解每个方法的优点、缺点和由那些要求。 一、辐照一、辐照 伽玛射线 加速电子 辐射消毒（灭菌） 针对性的辐射杀菌 有选择的辐射杀菌辐照是消灭微生物的一种方法，通

2、常是用来描述一个产品暴露在离子射线下的常用术 语。 1伽玛射线和加速电子射线我们可能熟悉的一些普通形式的离子射线有射线，微波和紫外线，这些射线都已 在食品中应用，但这部分我们将集中讨论两种其它形式的射线，伽玛射线和加速电子射线。 这两种射线在消灭和减少食品中的微生物方面有着实际应用实例。美国 FDA 已批准对猪肉、牛肉、禽肉、羊肉、香料、调味品进行辐照，也可以用于水 果、蔬菜和谷物。有关食品辐照的要求在 21CFR PART179 可以查到。每种技术都有自已的术语，辐照也不例外。KILOGRAY 是个用于食品加工业中描述辐 照量值的术语。影响微生物抵抗辐照的一些因素包括： 细菌的数量 细菌的类

3、型 细菌的年龄 氧气的存在与否 食品的特征数量是主要的，存在的微生物越多，就需越多的射线消灭它们。一般而言： 芽胞比繁殖体对辐照更有抵抗性。 革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌对辐照更有抵抗性。 酵母比霉菌对辐照更有抵抗性。 微生物在生长期时对辐照更敏感。 生物体对辐照的敏感性在无氧时更大。 高蛋白食物和干燥食品能对微生物抵抗辐照提供更多的保护作用。辐照过程必须科学地设计以保证用最少量的射线最理想的减少微生物。 2辐射消毒（灭菌）辐射消毒（灭菌）类似商业无菌。食品暴露在 3040 千戈瑞之间的射线水平下被认为 是商业无菌消毒。暴露在 2.510 千戈瑞辐照水平将消除大部分食物的所有病原菌的繁殖体。这种

4、辐照 水平称为针对性辐射杀菌，类似于巴氏杀菌。2暴露在 0.752.5 千戈瑞辐照水平将消灭大部分食物中的腐败性微生物。这个过程称为 有选择的辐射杀菌。钴 60 或铯 137食品的商业辐射通常取决于伽玛射线和加速电子。伽玛射线辐照是用钴 60 或铯 137 作 为射线源来进行的。用钴 60 为辐照源的设备适合大批量产品的辐照，提供伽玛射线的钴棒，约有一支铅笔 大，贮存在深约 30 英尺的去离子水的防护池的中心。钴辐照用 10 英尺厚的混凝土墙，且 用一个系统复杂的锁和其他安全措施以保护员工们及防止其他外界射线进来。自外运来的 食品，送到周围暴露放射源料的固定位置。对暴露的食品射击线量值由对伽玛

5、射线源暴露 的单位部分的存放时间而定。 用铯为伽玛源的设备可以是小型的，含自我保护装置，而不需要外部防护。伽玛源的 防护用钢作单元部分而组成的，这个单元被用来设计以处理一盘食品。当食品放在地上封 闭的辐照源的房间里，带有铯的板会从地下室移上来在要处理食品的周围。伽玛射线的优点在于伽玛射线事实上可以穿透所有材料并且能完成对厚的食品的辐照。认可的辐照机构必须建立科学的伽玛射线辐照程序。 这是 FDA 法规的要求，21CFR PART139-食品生产、加工和处理的辐照。应严格按照确定的程序进行，且应仔细监控。 关键控制点包括辐照暴露的时间，辐照源的定位和产品装运方式，钴 60 随时间衰变，要确 定产

6、品暴露时间必须计算这种辐照源衰变期。最后，必须正确处理对射线敏感的可见指示 器具和剂量仪器，并作为公司质量保证计划的一部分。伽玛射线系统也有不足之处。辐照不能直接用于存放在特定区域的已包装好的食品。 这些系统设计用作连续操作且无法关掉辐照源。伽玛射线系统很贵且有辐照源的处理，安 全和有关环境的问题。 3电子束设备用于电子束的设备通常不如伽玛射线设备应用广泛，他们适合处理单个的或小批量产 品的辐照。电子束的优点是辐照能直接射向食品的具体区域-象种 X 射线仪-以具体部 位为目标。这种方法暴露在射线敏感区域的射线最少。当不用时，可以关掉电子束，且不 存在处理有关危害废物的问题。然而，象伽玛辐照过程

7、一样，认可的辐照机构也必须确定电子束处理程序。必须确定 关键处理参数并加以控制。这包括发射速度，电子束特征和产品装运方式。对关键控制的 要求与伽玛辐照相似。用电子束也有一些不足之处，穿透厚的产品受限，使该过程对许多类型的食品不适合。一些食品由于会改变风味、结构或其他质量特征，既不能暴露在伽玛射线，也不能在 电子束下。所需的营养成分的丢失也是个问题，尤其是维生素 B1 对射线非常敏感。辐照 能导致射线副产品的产生，称为射线性化合物。这些副产品被认为是食品添加剂，必须评 估其是否安全。 最后，食品使用辐照要求被辐照的食品通过标签或其它适当地标识说明经过辐照。辐照杀死微生物的优缺点优 点缺 点对所有

8、类型微生物都有效 可能比其他现有技术更昂贵 可能对一些热敏感食品损坏较少 可能引起食品的变化且必须被认可在产品上作食品添加剂 3将延长产品的货架期 伽玛射线设备可能引起安全及环境问题 伽玛射线能穿透厚的材料，能处理大包装产品 电子束不能穿透厚的产品必须克服公众对辐照的认识二、高强度脉冲光二、高强度脉冲光 由惰性气体灯产生的快速强光 百万分之一秒 通过近红外光谱的紫外 海平面日光强度的 20000 倍高强度脉冲光涉及应用光的快速、强烈、放大后的闪光。脉冲光是运用工程技术产生 的，通过在能量储存器中相对长时间（几分之一秒）的贮存而在短时间内（百万分之一或 千分之一秒）的释放而积累电子能量得到多级能

9、量的光。贮存的能量脉动惰性气体灯以产 生强烈的闪光只持续几百微秒。根据产品选择灯的数量，闪光的形状及闪光的周期。脉冲 光包含从紫外的 200nm 到近红外的 1nm 的波长，是海平面日光强度的 20000 倍，大多数 脉冲光属可见光范围。由于脉冲光的波长太长，不能发生小分子的离子化。其抗微生物的效果比非脉冲或连续波常规的紫外辐照明显要强。脉冲光用来消除细菌 的繁殖体、细菌的芽胞、真菌分生孢子和其它生物，具有相同效果。这使脉冲光技术适用 于细菌污染的食品和水的处理。脉冲光和穿透性紫外线一样，能穿透食品和包装材料。这 使处理透明食品，例如水及通过透明包装材料的食品成为可能。另外，破坏微生物的脉冲

10、光可使那些能导致食品变质的酶失活。脉冲光处理的强度是根据积分通量或单位面积的光能量，焦尔（J）/cm2来测量。1 焦 尔少于 1/4 卡路里，4 焦尔的能量能使 1 克的水温度升高 1。0.5J/cm2的一次闪光已经表 明能消灭每平方厘米中 105个细菌的繁殖体、细菌芽胞、真菌分生孢子。已证明每次 1J/cm2闪光的多脉冲可使细菌减少 107109。由纯脉冲技术公司，如加里福尼亚州的 SanDiego 将他们的脉冲光技术（纯光）向 FDA 提供资料，将脉冲光为辐照源用于食品添加剂生产，加工和处理。脉冲光的使用在 21CFR PART 179.14 中有说明，并且在以下条件允许应用脉冲光：(a）

11、射线源由设计好的氙灯组成发射多级射线，波长为 200 到 1100nm，且脉冲周期不 长于 2 毫秒（千分之一秒） ；(b)用来控制表面微生物； (c)脉冲光处理的食品应在达到预期技术效果下经最低处理；(d)总的累积处理量应不超过 12.0J/cm 。 根据提供给 FDA 食品添加剂申请资料，表明在具体条件下的应用脉冲光不会引起食品 或被处理的微生物发生有害的化学变化。处理的食品不会导致营养价值的显著减少。高压脉冲光消灭微生物的优缺点优 点缺 点对所有类型微生物都有影响只能用于表面处理。光穿透才有效能通过透明包装材料处理产品必须在光源处保护员工在处理产品中不会升温设备最初投资可能高不仅能用于处

12、理产品而且可以处理加工用水设备操作必须密切监控以确保应用正确的处理能用于表面处理大量种类产品抑制酶活力为了确保达到理想的杀菌效果，在生产期间必须监控灯光（FLUENCE）与灯束4（CURRENT） ，用硅光电二极管以测量闪光灯打开时光的紫外线强度来监控灯光。输出减 少表明灯已快结束它的使用寿命。每次闪光时监控灯束。如果比预先设置电流高或低的显 著偏离可能意味着灯或电容的问题。正常设计的系统用来监控设备的操作，如检出异常， 应中断操作。 三、高强度脉冲电子场三、高强度脉冲电子场 应用于食品的高电压 应用在短时电击中的电压 在冰点或室温中处理食品 最适合于灌注食品 破坏微生物的细胞壁高强度脉冲电子

13、场（PEF）：包含应用将食品置于两个电极间高压的短时电击。高压 要求过程通过建立一个蓄电器贮存电能，然后释放来实现。在入口周围或冷库存温度下进 行处理，不超过 1 秒，且因为食物加热而失去的能量最少。这个过程更适合于灌制食品。 决定微生物失活是因为电子场而不是产品的电解或欧姆、电阻加热。目前研究表明 PEF 技术能破坏微生物的细胞壁。整个过程不会导致食品中的化学或物 理变化特征发生变化。加工过程条件由食品特性决定。对任何一种食品 PEF 条件由以下各 可变参数决定，其包括电子场峰强度（KV/cm） （千伏每厘米） ，脉冲周期（微秒） ，脉冲数 量，最初温度，最高处理温度，有关微生物种类和微生物

14、接种。在处理中加工温度的增加 看来能加大微生物的死亡。PEF 对生长的致病菌和腐败的有机体最有效，但消灭孢子要求用高电压长时间处理。 研究表明 PEF 有助于延长对罐制的货架寿命稳定的酸性巴氏杀菌食品和要求用巴氏杀菌的 冰箱食品的货架期。在食品中杀灭微生物的高强度脉冲电子场已在世界许多国家开始研究。在美国领先的 工业公司之一，纯脉冲技术公司，如加里弗尼亚的 San Diego 已提交资料给 FDA 以支持他 们用 PEF 对液体及灌制食品进行微生物处理。FDA 审查过这份资料以后，决定食品添加剂 法规不需要 PEF，只要遵守良好的操作规范的要求。用高强度脉冲电子场处理任何食品中 未发现有品质的

15、变化。 选择的液体食品的 PEF 加工条件食 品浓缩苹果汁新鲜苹果汁生的脱脂牛奶搅碎的蛋绿豆汤电子场（KV/cm）5050403535脉冲同期22222脉冲数量1016201032最初温度（）8.58.510.08.522.0最高处理温度（4545504553贮存温度（）22-254-6464-64-6货架寿命（天）2821142810从 1995 年 12 月食品技术用高强度脉冲电子场进行巴氏杀菌。在食品中运用高强度电子场杀灭微生物，还需要经过对不同产品做进一步的研究。应 考虑有关微生物种类、原料带菌情况、待处理产品的特性、产品的储存运输处理条件和最 佳消费状态多方面因素。建立在科学研究基础

16、上的具体实施条件将是整个过程的关键因素。高强度脉冲电子场杀灭微生物的优缺点优 点缺 点消灭大量致病菌和腐败有机体 对孢子需要高剂量和长时间 5产品中有轻微的温度升高 只能用于液体或灌制食品 与热处理比较可能价格较低 同时只能用于货架稳定酸性食品和冰箱食品 产品没有变化，维生素和酶无损失 必须对每一种具体的产品设计过程 四、紫外线四、紫外线 空气和表面消毒 液体的巴氏消毒紫外线是一些食品在巴氏消毒水平上的另一种过程，许多年来把紫外线用作空气和表 面消毒。根据波长可基本分为三种形式的紫外线：长波、中波和短波。所有紫外线波长都比可 见光短且不能被人看见。紫外光是于 253.7nm 范围内的紫外灯产生的。为了使紫外线杀死细菌和其他微生物，他们必须接触到微生物体上，且每种微生物体 必须吸收足够数量的能量以被杀死。使微生物失活必需的剂量是由时间和强度来决定。近来，用紫外线进行巴氏消毒透明液体的过程已经发展了。这个过程包括灌输液体薄