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1、食品工程高新技术中有关冷杀菌技术的综述摘要：冷杀菌技术是一种新技术，既能杀灭食品中微生物，又能最大限度保持食 品色泽、香味及营养成分. 依据冷杀菌作用原理不同，将其分为超高压杀菌、辐 射杀菌、超高压脉冲电场杀菌、脉冲强光杀菌、磁力杀菌、紫外线杀菌、射流破 碎冷杀菌技术、二氧化钛光催化杀菌、臭氧杀菌、微波杀菌。冷杀菌技术克服了 一般加热杀菌技术传热相对较慢和对杀菌对象产生热损伤等缺点，在食品领域得 到了广泛的应用。关键词：食品；冷杀菌微生物代谢活动易引起食品腐败变质，杀菌成为关键技术之一 。食品工业 采用杀菌方法主要有热杀菌和冷杀菌两大类。热杀菌技术在食品加工中得到了广 泛的应用，在保障食品微生
2、物安全、延长产品货架期等方面发挥了巨大的作用， 但是，它也存在一些缺陷，对于一些热敏性食品，传统的热杀菌技术对其产品的 色、香、味、功能性及营养成分等具有破坏作用。为了适应现代人对食品色泽、 香气、味道以及营养成分等多方面的要求，新型的非热杀菌技术应运而生。非热 杀菌技术即冷杀菌技术，是指利用非加热的方式方法将食品原料、制品或加工环 境中有害和致病的微生物杀灭，达到指定杀菌程度要求的杀菌技术。非热杀菌技 术包括超高压杀菌、辐射杀菌、超高压脉冲电场杀菌、脉冲强光杀菌、磁力杀菌、 紫外线杀菌、射流破碎冷杀菌技术等。非热杀菌一般在常温条件下完成，处理过 程中不产生热效应或热效应很低，因此，它克服了一
3、般加热杀菌技术传热相对较 慢和对杀菌对象产生热损伤等缺点，特别适合于对热敏性的物料、制品和环境的 杀菌处理1-2。1.1超高压杀菌1.1.1超高压杀菌机理超高压杀菌又称为高压技术或高静水压技术. 将食品物料以某种方式包装完 好后，放入液体介质（通常是食用水、油、甘油、油与水的乳液）中，在1001 000 MPa 压力下作用一段时间后达到灭菌要求.其基本原理就是压力对微生物的致死 作用，主要是通过破坏细胞膜、抑制酶的活性和影响DNA等遗传物质的复制来实 现的。1.1.2特点及其应用现状超高压杀菌可避免因热处理而造成的影响食品品质的各种弊端，保持食品原 有风味、色泽和营养价值。由于是液体介质瞬间压
4、缩过程，灭菌均匀、无污染， 操作安全，且较加热法耗能低，减少环境污染。在处理热敏性果蔬汁时，不易产 生混浊。但此方法无法杀灭芽孢。目前，国外已将超高压杀菌应用于肉、蛋、大豆蛋白、水果、香料、乳制品、 果汁、果酱、矿泉水、啤酒、水产品等食品的生产中。1.2辐射杀菌1.2.1辐射杀菌机理辐照杀菌是运用X射线、Y射线或高速电子射线照射食品，引起食品中的生物 体产生物理或化学反应，抑制或破坏其新陈代谢和生长发育，甚至使细胞组织死 亡，从而达到杀菌消毒、延长食品贮存销售时间的目的。1.2.2特点及应用现状辐照杀菌效果较好，并可通过调整剂量达到对各类食品杀菌的要求。放射线 能快速均匀地透过物体，相对于热处
5、理杀菌，照射过程较易得到精确的控制。并 且，没有非食品成分的残留，从而减少食品的污染，提高食品的卫生质量，节省 能源。目前这种杀菌技术多用于肉制品、水果保鲜及水处理等。 1.3超高压电场脉冲杀菌1.3.1超高压电场脉冲杀菌机理高压脉冲电场杀菌，是将高电压脉冲作用于电极间的物料，从而杀灭食品中 微生物的一种新型杀菌技术。1.3.2特点及应用现状脉冲电场杀菌技术在食品领域的应用主要是灭酶杀菌。与传统的杀菌方法相 比，它有许多优点：灭菌效果好。该技术处理食品能更有效地杀灭酶类和微生 物，使其存活率降低到几乎为零；灭菌速度极快。该法可在微秒级的时间里完 成灭酶过程，而巴氏灭菌法的灭菌时间至少应为10s
6、以上；对食品的营养成分 保存和风味效果的损伤率只有几个百分点，甚至可以为零；灭菌后易处理。使 用该法灭菌后，食品温度变化很小，杀菌后可立即进行封装，有利于食品的保鲜 3。目前，脉冲电场杀菌技术已经用于蛋液的工业化生产中。1.4脉冲强光杀菌1.4.1脉冲强光杀菌机理脉冲强光杀菌是采用脉冲的强烈白光闪照方法进行灭菌。通过惰性气体发出 与太阳光谱相反，但强度更强的紫外线至红外线区进行杀菌。使用高强度白光的 极短脉冲，杀死食品表面的微生物。该强度的白光类似阳光，但仅以几分之一秒 的速度反射出来，比阳光更强，能迅速杀死细菌。脉冲强光下使微生物致死明显， 可进行彻底杀菌。操作时对不同食品，不同菌种，需控制
7、不同光照强度与时间。 1.4.2特点及应用现状脉冲强光杀菌技术与传统的杀菌方法相比，具有杀菌处理时间短，一般处理 时间是几秒到几十秒，同时具有残留少、对环境污染小，不用与物料和器械直接 接触，操作容易控制等特点4。 更为突出的是，脉冲强光对食品中营养成分的影 响很小，有研究表明，脉冲强光对油脂、L一酪氨酸、葡萄糖、淀粉及维生素c 均不造成明显的破坏，并且用于延长以透明物料包装的食品保鲜期。 1.5磁力杀菌1.5.1磁力杀菌机理磁力杀菌，采用6, 000高新磁力强度，将食品放在N极与S极之间，经连 续摇动，不需加热，即可达到100% 杀菌效果，并对食品成分和风味无任何影响。 1.5.2特点及应用
8、现状 磁力杀菌不需要加热，对食品的色泽、风味和营养成分影响较小。日本三井公司 将食品放在0.6 T磁密度磁场中，在常温48 h,达到100%杀菌效果。该技术适 于饮料、调味品及各种包装固体食品杀菌。1.6紫外线杀菌1.6.1紫外线杀菌机理微生物被紫外线照射时，细胞核酸生物活性因吸收紫外线而可能改变，从而 引起菌体内蛋白质和酶合成障碍，导致结构发生变异，功能遭到破坏甚至导致死 亡。1.6.2特点及应用现状紫外线杀菌有以下特点：不在水中引进杂质，水的物化性质基本不变；水的 化学组成（如氯含量）和温度变化一般不会影响消毒效果；不另增加水中的嗅、 味，不产生诸如三卤甲烷等类的消毒副产物；杀菌范围广而迅
9、速，处理时间短， 在一定的辐射强度下一般病原微生物仅需十几秒即可杀灭，能杀灭一些氯消毒 法无法灭活的病菌，还能在一定程度上控制一些较高等的水生生物如藻类和红虫 等；过度处理一般不会产生水质问题。近年，随着强力紫外线灯的开发，对水杀菌装置也已高效化，不仅在饮用水 处理方面具有高效杀菌作用，而且在废水处理方面也会有很好的前景。1.7射流破碎冷杀菌技术1.7.1射流破碎冷杀菌技术机理超高压水射流杀菌原理是利用超高压水射流的瞬时卸压、高速撞击、高剪切 等综合作用而使微生物细胞失去生命活性。1.7.2特点及应用现状超高压水射流灭菌方法属于物理灭菌中的动态灭菌方法，在超高压力的驱动 下，产生的水流流速可达
10、到1000m/s,减压后产生的瞬时膨化作用能够在极短的 时间内杀菌，具有良好的杀菌效果。王存林对超高压水射流灭菌法进行了初步探索，尝试将超高压水射流技术在 中药液体制剂灭菌中进行初步的应用。在医药领域的初步研究表明，超高压水射 流技术将不仅可以应用于中药液体制剂的灭菌，而且在食品领域，尤其是对果蔬 汁灭菌也有广阔的应用前景5-7。1.8二氧化钛光催化杀菌1.8.1二氧化钛光催化杀菌机理二氧化钛催化杀菌时，当光照射到较大聚集体的Ti02表面时，激发产生光电 子和光生空穴对。由于光生电子迁移速度比光生空穴快得多。所以可将光生电子 和光生空穴分开。光生空穴有很强的得电子能力，这样产生的光生电子空穴对
11、 与细胸壁、细胞膜以及细胞内组分作用，导致酶失活。另一方面光生电子空穴 对与水或水中溶解氧发生作用形成氢氧自由基，它们与细胞壁、细胞膜或细胞内 物质作用，使细胞功能单元失活8。1.8.2特点及应用现状目前在食品工业领域中，二氧化钛光催化杀菌技术仅应用于水的处理，其它 方面的应用有待于进一步探索。1.9臭氧杀菌1.9.1臭氧杀菌机理 臭氧杀菌或抑菌作用，通常是物理的、化学的及生物学等方面的综合结果。其作用机制可归纳为：用于细胞膜、导致细胞膜的通透性增加、细胞内物质外 流，使细胞失去活力；使细胞活动必需的酶失去活性。这些酶既包括基础代谢 的酶，也有合成细胞重要成分的酶；破坏细胞质内的遗传物质或使其
12、失去功能 。臭氧杀灭病毒是通过直接破坏RNA （核糖核酸）或DNA （脱氧核糖核酸）物质 完成的；而杀灭细菌、霉菌类微生物则是臭氧首先作用于细胞膜，使细胞膜的构 成 受到损伤，导致新陈代谢障碍并抑制其生长，臭氧继续渗透破坏膜内组织，直至 死亡。1.9.2特点及应用现状臭氧杀菌具有以下特点：广谱性，可杀灭细菌、繁殖体、芽抱、病毒、真 菌等；高效性，杀菌速度快；无污染，不产生有害物质。目前，国内许多水产品加工厂都已经开始相继采用臭氧杀菌技术。它主要用 于水产品冷库消毒、加工车间的空气、设备、用品等杀菌净化、加工用水杀菌等。 而近年来，臭氧在水产品保鲜中的应用研究也在不断的开展。例如，国内一些企 业
13、开始将臭氧用于鲜活水产品的保鲜及冷冻包装前消毒杀菌。1.10微波杀菌1.10.1微波杀菌机理 微波杀菌是利用电磁场的热效应和非热生物效应共同作用的结果。热效应是 指微波能在微生物体内转化热能，使其本身温度升高，从而使其体内蛋白质变性 凝固，使细菌失去营养和生存条件，最终丧失繁殖的功能而死亡。非热生物效应 是指微波电场可改变细胞膜断面的电位分布，影响细胞膜周围电子和离子浓度， 从而改变细胞膜的通透性能，使细菌由此丧失营养，结构功能变得紊乱，无法进 行正常的新陈代谢，生长发育受到抑制而死亡10。1.10.2特点及应用现状 微波杀菌是利用其选择透射作用，使食品内外均匀，迅速升温杀灭细菌，处 理时间大
14、大缩短；微波的穿透性使表面与内部同时受热，并且热效应和非热效应 共同作用，杀菌效果好；微波可直接使食品内部介质分子产生热效应，微波能可 被屏蔽，而且装置本身不被加热，不需传热介质，因此，能量损失少，效率比其 他方法高。目前，适用于水产品的微波杀菌设备市场上已有产品，但总体来看，微波杀 菌技术在水产品加工中研究与应用仍较少，产业化的例子少见报道。虽然目前对 微波杀菌机理有一些解释理论，但这些理论很多仍处在假说阶段，今后除继续加 强现有微波杀菌工艺技术的改进提高外，还应对微波杀菌机理进行更深入的基 础研究，重点是非热生物效应的作用机理。由于脉冲微波杀菌主要是利用非热效 应，因此应大力加强微波杀菌的
15、非热生物效应机理及对水产品品质的影响等方面 的研究和应用，探索微波低温杀菌工艺技术，研制性能优越价格适中的微波杀菌 设备11-12。2.结语综观以上食品冷杀菌技术，与传统杀菌技术相比，减少对食品营养素和风味 破坏；但一些技术尚处于试验研究阶段，对其中杀菌原理仍尚不清楚，因 而限制其应用。其它灭菌技术仍需作进一步研究，透彻解其杀菌机理和影响因素， 从而取得最佳灭菌效果。目前应着重研究：(1)灭菌技术作用机理、影响因素 和适用条件等；(2)努力降低生产成本；(3)不同杀菌技术两两结合或更多结 合取得最佳杀菌效果；(4)同时应加强冷杀菌技术安全评价工作，尤其是新的 冷杀菌技术引起食品内部结构变化、分
16、子断裂、重排等所产生安全方面影响。随 着食品工业发展，冷杀菌技术必将发挥越来越大作用。参考文献：1励建荣，夏道宗.超高压技术在食品加工中的应用J.食品工业科技，2002(7)： 79-812方敏，沈月新，王鸿，等.臭氧水在水产品保鲜中的应用研究J.食品研究与开发，2004,25(2)： 132-1363纵伟，梁茂雨，申瑞玲.高压脉冲电场技术在水产品加工中的应用J.北京水产，2007(1)： 51-524崔生辉，江涛.辐照对几种水产品保藏作用的研究J.卫生研究，2000, 29(2)： 120-1215刘春泉，朱佳廷，赵永富，等.冷冻虾仁辐照保鲜研究J.核农学报，2004(3):216-226崔生辉，李玉伟，姜涛，
