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1、流体食品冷杀菌技术王应强段玉峰刘爱青(陕西师范大学食品工程系，陕西西安710062)摘要：流体食品冷杀菌技术是一类新型杀菌技术；本文就物理冷杀菌技术超同压杀菌 (UHP)、辐照杀菌(Radiation)、高强脉冲电场杀菌(PEF)、非热等离子体杀菌(NIP)、 脉冲强光杀菌(PSL)、膜分离除菌(Film separation)等技术的特点、研究现状及其在流 体食品中的应用作了介绍，并展望了流体食品冷杀菌技术的前景。关键词：流体食品;冷杀菌技术Cold Pasteurization Technique in Liquid FoodsWang Yingqiang Duan Yufeng Liu
2、Aiqing(Department of Food Engineering)(Shaanxi Normal University,Xian,Shaanxi ,710062)Abstract: Food cold sterilization is a new developing technique.The paper discussed the peculiarity, research status and application of cold sterilization technology in liquid foods, especially introduced the steri
3、lization technologies of the Ultra-high Pressure, Radicalization , Non-thermal Plasma, High intensity pulsed field ,Pulsed strong light, membrane separation and promised its future.Key word: Liquid Foods; Cold Pasteurization Technique前言口冷杀菌是一种不用热能来杀死微生物的新型杀菌技术，与传统的热杀菌比 较，冷杀菌技术不仅能保证食品在微生物方面的安全，而且能较好地
4、保持果汁的 固有营养成分、质构、色泽和新鲜程度，符合消费者对果汁的营养和原汁原味的 要求123。国内外对冷杀菌的研究开发日益活跃，世界各国都将非热杀菌技术列 为21世纪重点研究和开发的食品新技术之一.2002年1月美国FDA规定：鲜 榨果汁生产必须采用HACCP质量控制方法，且要求至少采用一种轻度加工 (minimal Processing)减菌技术保证将可能污染果汁的针对性致病菌减少5 个对数周期，确保产品的安全性，在我国，非热杀菌先进设备被科技部、商务部 列为鼓励外商投资高新技术产品目录，可见，冷杀菌技术已经成为当今食品加工 中的潮流，现将物理冷杀菌技术超高压杀菌、辐照杀菌、高强脉冲电场杀
5、菌、脉 冲强光杀菌、膜分离除菌等技术的特点、研究现状及其应用领域介绍如下。1超高压(UHP)杀菌技术超高压杀菌法，即将物料以某种方式包装完好后，放入液体介质(通常是食 用油、甘油、油与水的乳液)中，在100-1000Mpa的压力下处理和加工，在 加工过程中使食品中的酶、蛋白质、和淀粉等高分子物质失去活性、变性和糊 化，同时破坏微生物的细胞膜而使之达到灭菌要求MR。可分为超高压静态灭 菌与超高压动态灭菌两类。前者由于设备造价昂贵，因此只能适合小批量固体 或液体食品饮料生产。而后者是指直接将食品加压到预定的压力点，然后通过 瞬态卸压或梯度减压等连续性作业方式，使加压渗透到微生物体内的水或其他 物质
6、膨化，致使菌体破碎，从而达到快速、高效的灭菌效果，容易实现产业化。 用高压技术对食品杀菌避免了热处理杀菌带来的一系列加工缺陷，可以保留食 品原有风味和营养。并由于其采用液态介质进行处理，更易实现杀菌的均匀、 瞬时、高效。超高压杀菌技术最适合于果汁饮料、浓缩果汁和果酱等液体的杀 菌，处理后的果汁的颜色、风味和营养成分与处理前相比基本上无差别最 先提出把该技用于食品的是日本东京都大学林力丸教授，并于1990年用该技 术生产果酱(常温、400600Mpa、10-30min)，随后日本的POKKA、 WAKAYAMA公司用半连续高压装置对柑橘汁杀菌，美国FMC公司和英国凯 氏食品饮料公司也建立了用于果
7、汁、豆奶的杀菌装置。我国的一些高等院校和 工业生产部门对高压技术在食品工业中的应用研究还处于实验阶段，至今未见 商业应用的报道，目前，由合肥工业大学完成的国家计委重大产业化专项西瓜 汁饮料加工关键技术前期研究圆满解决了西瓜加工升值中的关键问题，独创的 超高压动态杀菌工艺，此项研究采用超高压动态工艺成功的解决了低酸性热敏 性西瓜汁饮料的关键技术，使营养成分、色泽与风味得到最大限度保留该技术 已达到国际先进水平。2辐照杀菌(Radiation)辐照杀菌技术是利用电磁波中的电子射线、X射线、Y射线和放射性同位素 60CO和37CS射线杀死微生物的方法。其基本作用是破坏菌体的脱氧核糖核酸 (DNA)o
8、 x射线、丫射线的穿透力很强，适合于完整食品及各种包装食品的内部 杀菌处理，可以在不拆包装和不解冻的情况下，对食品进行杀菌，这样可以避免 食品的二次污染；电子射线的穿透力较弱，一般用于小包装食品或冷冻食品的杀 菌。与加热杀菌相比，辐照杀菌的优点有：辐照杀菌过程中，食品温度几乎维持 不变，这样能保证食品原有的色香味和感官特性，且射线处理食品不会留下任何 残留物；杀菌效率高，应用范围广,能节省时间和能源，降低成本；采用这种技 术进行杀菌应遵照我国辐照食品卫生管理的有关规定，选择适当的照射剂量及时 间(辐照杀菌的常用剂量范围为1500 Mard、温度范围是-3025 C),以保 证辐照食品的安全。目
9、前采用辐照处理的果汁主要是橙汁和苹果汁，有不少营养 口服液及粉状全营养素等制品也用此法进行灭菌处理。世界从事辐照研究的国家 有5 0多个，已有2 8个国家采用此技术处理食品回，3高压脉冲电场杀菌(PEF)高压电脉冲杀菌是利用在高压脉冲电场下，负向脉冲波峰(spike)的出现对 细胞膜形成一个快速变化的压力，使其结构松散，与正向脉冲峰(Pulse)协同作 用能迅速破坏细胞膜的透性，对食品微生物产生抑制作用。这种方法有两个特点， 一是由于杀菌时间短，处理过程中的能耗远小于热处理法回。二是由于在常温、 常压下进行，处理后的食品与新鲜食品在物理性质、化学性质、营养成分上改变 很小，风味、滋味无感觉出来
10、的差异，杀菌效果明显，达到商业无菌的要求。 脉冲电场能有效地杀灭与食品腐败有关的几十种细菌，特别是果汁饮料中的黑曲 霉、酵母菌。经脉冲电场处理的浓缩苹果汁，在2225C贮藏有4周的货价寿 命。将高压脉冲与中等程度的热处理相结合或与溶菌酶、乳链球菌素等天然抗微 生物制剂相结合处理苹果汁，能有效地减少果汁中的大肠杆菌10A1o据此，用 低能脉冲电场结合天然抗微生物制剂的方法处理苹果汁结果表明：用80 KV/cm 的电场，脉冲20次，pH为3.5,温度44C,添加100 u/ ml乳链球菌素能 减少微生物106cUF/ml, 97.5%的Vc保留了下来，果胶甲酯酶的活性降 低.92.1%,果汁的货架
11、寿命得到延长，香味物质在脉冲前后无显著差别，处理 后的苹果汁比处理前口味更好。由此可见，脉冲电场技术在生产高质量、货架稳 定的果汁方面很有潜力。目前国外对高压脉冲电场研究的比较详细，正由中试实 验向商品化实验过渡;但在国内，对于高压脉冲电场技术的研究非常少高压脉冲 电场杀菌的应用研究在实验室水平上已经取得了可喜成果。但是，由于处理系 统电路设计的复杂性使得高压脉冲电场杀菌系统的造价非常昂贵，从而限制了这 种方法当前的工业化应用。4非热等离子体（NIP）杀菌技术等离子体（plasma）是电子、离子、激发态原子和分子、活性自由基及辐 射源，具有能量密度高，化学活性成分丰富的特点，是独特的杀菌剂，按
12、粒子温 度，等离子体可分为热平衡等离子体和非热等离子体，非热等离子体杀菌技术是 目前最先进的灭菌技术Un。低温等离子体杀菌过程是一个物理化学过程，对其 机理的探讨需综合分析紫外辐射、活性种和带电粒子各自的作用；普遍认为，低 温等离子体杀菌过程中等离子体引发生成的各种化学活性种，特别是氧类活性物 质，是微生物失活的主要因素；Montie等人对常压低温等离子体杀菌提出了三 种微生物致死假设：1）氢氧活性基团和容易被氧化的不饱和脂肪酸反应，引起脂 质的过氧化而失活;2）氨基酸氧化导致蛋白质氧化引起的微生物失活;3）氧活性 基团和核酸反应生成加合物，引起DNA氧化而失活。低温等离子体对液体物料杀 菌主
13、要方式有两种,一是以外生气体等离子体接触液体物料表面杀菌，一是通过 在液体物料内部放电产生低温等离子体杀菌。Laroussi12等以氮气为介质用两 平板间射频放电产生的低温等离子体照射假单胞荧光菌污染的酵母提取液处理 15min后，初始菌体含量为4X 106个/mL的溶液可到达无菌状态，刘万红等人 比较了直接等离子体杀菌和间接杀菌的效果，发现无明显差别，林和健佝研究表 明非热等离子能杀灭流体食品如饮用水、苹果汁、橘子汁中像沙门氏菌那样的病 原体，杀菌效力可以达到5个对数，而对VC无任何破坏。虽然低温等离子体杀 菌的突出优点是：灭菌时间短，操作温度低，能广泛应用于多种材料和物品灭菌； 切断电源后
14、其产生的各种活性离子能在数毫秒内消失，无需通风，不会对操作人 员构成伤害，安全可靠，但低温等离子体作为一种非平衡等离子体具有独特的优 点，在气相介质中的应用较为广泛，直接处理液体物料是一种新工艺，随着低温 等离子体技术的不断发展，其在流体物料杀菌方面有着广阔的应用前景。5脉冲强光杀菌（PSL）脉冲强光杀菌是上世纪90年代美国圣地亚哥脉冲技术研究所发明的一杀菌新 技术，称之为“纯亮杀菌。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乙的滞留时间内照 射于物料表面，达到有效杀死细菌的效果，是一种新型冷杀菌技术，其原理是利 用脉冲强光闪照时作用于微
15、生物蛋白质和核酸活性结构上，使其变性，细胞失 去生物活性，抑制其生长繁殖ML脉冲强光杀菌设备采用氛气灯管，发出能量 高达2J/cm3 了，比紫外线灯管高200倍以上，Joseph Dunn16等人研究 表明强光对多数微生物有致死作用。周万龙I等研究表明枯草芽泡杆菌、大肠 杆菌、酵母菌都有较强的致死效果，对溶液中淀粉酶、蛋白酶的活性也有明显的 钝化作用。周万龙I等还用自制的脉冲强光杀菌装置研究了脉冲强光杀菌对食 品主要成分的影响及保鲜应用。结果表明：脉冲强光杀菌不但对微生物及酶有较 强的致死和钝化作用，且对花生油、酪氨酸、葡萄糖、淀粉及Vc等食品成分 未造成显著破坏.有效杀死细菌的效果。目前美国
16、的Xenon Corporation公司 已经开发出了该设备并获得美国市场认可，在我国，福建农林大学食品科学技术 研究所参考美国相关资料研制脉冲强光杀菌设备，但还处于实验阶段ML6膜分离除菌技术(Film separation)膜分离是一种分子级分离，具有冷杀菌潜势。目前，膜分离技术己应用于流体 食品的澄清及浓缩，酒业公司已广泛使用0.45um的滤芯对成品酒进行终端过 滤替代原有的热杀菌技术，节省了能耗，避免了高温给产品带来的煮熟味。鲜生 啤酒(通过膜过滤技术，在常温条件下进行除菌而生产出的啤酒)一出现，便以其 优异的品质和口感迅速占领市场o除此之外，膜分离技术在海水和苦咸水的淡化、 矿泉水杀菌以及食品厂废水处理、空气中细菌的去除等方面都己得到广泛利用 19O冷杀菌新技术既能达到食品安全质量要求，又能保持食品的自然风味和感官 特性，符合人们对食品“自然、营养、安全、方便”的追求。近十几年来，非热 杀菌新技术发展迅速，在世界范
