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殺菌技術(shù)在食品中的應用

在食品加工和生產(chǎn)中,通過(guò)食品殺菌技術(shù),可以抑制微生物生長(cháng)或殺滅微生物,從而達到改善食品品質(zhì)、延長(cháng)食品貯藏期、保證食品安全的目的。

然而運用不同的殺菌技術(shù),也會(huì )對食品產(chǎn)生不同的色澤、風(fēng)味和營(yíng)養物質(zhì)的變化。食品加工和生產(chǎn)過(guò)程中,想要最大限度地保持食品天然的色、香、味的特點(diǎn),選擇怎么樣的殺菌技術(shù)比較好?食品殺菌技術(shù)有幾種?

01傳統熱殺菌技術(shù)傳統熱殺菌技術(shù)的本質(zhì)是依靠燃燒燃料或電阻加熱在食品外部提供熱能,通過(guò)傳導和對流將熱能轉移到食品內部,從而達到殺菌和鈍化酶的目的。食品加工中常用的有巴氏殺菌和滅菌。

1)巴氏滅菌

巴氏殺菌指能夠殺死食品中幾乎所有的病原菌的熱處理強度。熱處理程度視目標產(chǎn)品中對象菌的耐熱性而定。

應用:在乳制品生產(chǎn)中,巴氏殺菌是最主要的熱處理方式(63℃/30min72℃/15s)?β-乳球蛋白變性率和糠氨酸含量是國際奶業(yè)普遍用來(lái)評估奶和奶制品品質(zhì)的2個(gè)重要指標,與其他滅菌方式比較,巴氏殺菌乳中這2個(gè)指標均為最低。巴氏殺菌乳在冷藏條件下(≤10℃)貨架期一般為10d,其風(fēng)味、營(yíng)養價(jià)值和其他性質(zhì)與新鮮原料乳差異很小。

除乳制品外,巴氏殺菌在啤酒、果汁等食品的加工中也有很多應用。

2)滅菌

滅菌指能夠殺死食品中包括芽孢在內的幾乎全部微生物的熱處理強度。滅菌處理的強度比巴氏殺菌高。

應用:在乳制品加工中,瓶?jì)葴缇橐话悴捎?/span>110℃處理30min,可滅活乳中全部的酶類(lèi),但并不能完全滅活微生物產(chǎn)生的脂酶和蛋白酶;使一些維生素含量降低;可引起乳蛋白(包括酪蛋白)的一些變化;可使乳的pH值降低約0.2個(gè)單位;而且還容易產(chǎn)生美拉德反應導致褐變及一些賴(lài)氨酸的損失。

02新型熱殺菌技術(shù)理想的熱殺菌效果應該是,在熱力對食品品質(zhì)的影響程度限制在最小條件下,迅速而有效地殺死存在于食品物料中的有害微生物,達到產(chǎn)品指標的要求。超高溫殺菌、微波殺菌和歐姆殺菌是達到這一理想效果的新途徑。

1)超高溫殺菌

超高溫殺菌指加熱溫度為135~150℃,加熱時(shí)間為2~8s,加熱后產(chǎn)品達到商業(yè)無(wú)菌要求的殺菌過(guò)程。這一殺菌條件相對低酸性食品常規殺菌中采用的100~135℃高出20~40℃,因此稱(chēng)為超高溫殺菌。

應用:大量實(shí)驗表明,微生物對高溫的敏感性遠大于多數食品成分對高溫的敏感性,故UHT能在很短時(shí)間內有效地殺死微生物,并較好地保持食品應有的品質(zhì),大大延長(cháng)食品的貨架期。因而目前廣泛應用于乳品、飲料和發(fā)酵等行業(yè)。

要達到殺菌要求,同時(shí)食品不受到熱損害,其技術(shù)關(guān)鍵是快速加熱和快速冷卻,最常用的換熱設備是板式換熱器。按照物料與加熱介質(zhì)直接接觸與否,UHT過(guò)程可分為間接式加熱法和直接混合式加熱法。

經(jīng)過(guò)UHT的食品達到了商業(yè)滅菌要求,必須采用無(wú)菌包裝以防止在后續的包裝、運輸和銷(xiāo)售過(guò)程中受到微生物的污染。但通常的UHT設備只適用于不含顆粒的物料或所含顆粒的粒度小于1cm物料的加熱殺菌。對顆粒度大于1cm的物料,目前可用微波殺菌和歐姆殺菌來(lái)實(shí)現。

2)微波殺菌

微波是指頻率為300MHz~300GHz,即波長(cháng)為1m~1mm的超高頻電磁波。微波殺菌是熱效應和非熱效應的共同結果。

一方面微波穿透介質(zhì),極性分子受交變電場(chǎng)作用而取向運動(dòng),摩擦生熱,產(chǎn)生熱效應;另一方面生物體與微波作用會(huì )產(chǎn)生復雜的生物效應,即非熱效應,如微波電場(chǎng)改變細胞膜斷面電子分布,使其通透性改變;引起蛋白質(zhì)變性;改變生理生化反應的活化能;誘發(fā)各種離子基團,使微生物的生理活性物質(zhì)發(fā)生改變;導致DNARNA結構中氫鍵的松弛、斷裂和重新組合,誘發(fā)一些基因突變,中斷細胞的正常生理功能。

應用:微波加熱設備主要由直流電源、磁控管、加熱器、控制器和冷卻系統組成,可應用于肉制品、禽制品、水產(chǎn)品、果蔬、罐頭、奶制品、農作物、布丁和面包等一系列產(chǎn)品。

3)歐姆殺菌

歐姆殺菌是利用電極,將電流直接導入食品,由食品本身介電性質(zhì)所產(chǎn)生的熱量達到直接殺菌的目的。

應用:歐姆殺菌技術(shù)適于處理黏度較高的液體物料,并可以含有一些顆粒的物料,如肉湯、布丁的商業(yè)化無(wú)菌處理。采用歐姆加熱,使顆粒的加熱速率與液體的加熱速率相接近成為可能,并可獲得比常規方法更快的顆粒加熱速率(1~2℃/s),因而可縮短加工時(shí)間,得到高品質(zhì)產(chǎn)品。

歐姆殺菌裝置系統主要由泵、柱式歐姆加熱器、保溫管、控制儀表等組成,其中最重要的部分是柱式歐姆加熱器。加熱高酸制品時(shí),反壓維持在0.2MPa,殺菌溫度達90~95℃,加熱低酸食品時(shí)反壓維持在0.4MPa,殺菌溫度達120~140℃。目前,英國APVBaker公司已制造出工業(yè)化規模的歐姆加熱設備,可使高溫瞬時(shí)技術(shù)應用于含顆粒(粒徑高達25mm)食品的加工。

03非熱殺菌技術(shù)非熱殺菌技術(shù)是指采用非加熱的方法殺滅食品中有害和致病的微生物,使殺菌對象達到特定殺菌程度要求的殺菌技術(shù)。食品的非熱殺菌主要包括物理殺菌和化學(xué)殺菌,物理殺菌包括臭氧殺菌、生物防腐劑等,化學(xué)殺菌包括輻照殺菌、高靜壓殺菌、脈沖電場(chǎng)殺菌、高密度二氧化碳殺菌、超聲波殺菌、紫外線(xiàn)殺菌、脈沖光殺菌、脈沖X射線(xiàn)殺菌等。這里介紹在食品工業(yè)中研究和應用較多的5種新技術(shù)。

1)高密度二氧化碳殺菌

高密度二氧化碳殺菌技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型的非熱力殺菌技術(shù),借助于5~50MPa的亞臨界或超臨界二氧化碳。二氧化碳在常壓下可抑制微生物,在高壓狀態(tài)下可有效殺滅大量微生物。

應用:當溫度高于31℃,壓力高于7.34MPa時(shí),二氧化碳處于超臨界狀態(tài)。在低于超臨界壓力和溫度下,二氧化碳是亞臨界和氣體狀態(tài)。

超臨界二氧化碳同時(shí)具備液體和氣體的特性,黏度低,擴散性和溶解性高。DPCD的殺菌機理可能是對微生物細胞造成了機械損傷、細胞及細胞膜的破壞以及細胞內成分的泄漏或失活、胞內pH值的降低等。

高密度二氧化碳對微生物具有良好的殺菌效果,其中包括假單胞菌、鏈球菌、沙門(mén)氏菌、埃希氏腸桿菌、李斯特氏菌、葡萄球菌、梭狀芽孢桿菌、腸球菌、乳酸菌、酵母菌、霉菌、真菌、微生物孢子等。細菌、真菌對高密度二氧化碳較敏感,與微生物孢子相比更易被滅活。

2)脈沖電場(chǎng)殺菌

脈沖電場(chǎng)殺菌技術(shù)是將高電壓(15~100kV/cm)脈沖作用于電極間的食品,常溫下進(jìn)行,作用時(shí)間短(<1s),以殺滅食品中的微生物的一種新型殺菌技術(shù)。

3)臭氧殺菌

臭氧具廣譜抗菌特性,對細菌營(yíng)養細胞、芽孢、病毒、真菌均有高效殺滅作用。

臭氧的作用機理是首先作用于細胞膜,使膜構成成分受損傷而導致新陳代謝障礙,臭氧繼續滲透穿過(guò)膜而破壞膜內脂蛋白和脂多糖,改變細胞的通透性,導致細胞溶解、死亡;同時(shí),臭氧還能使細胞活動(dòng)所必要的酶失去活性,而影響其正常的生理功能。

臭氧殺菌時(shí)除可直接利用臭氧氣體對物質(zhì)進(jìn)行處理外,還可將其溶解于水,形成臭氧水進(jìn)行殺菌。臭氧水殺菌作用有些不同,其氧化反應有2種,微生物菌體既與溶解于水中的臭氧直接反應,又與臭氧分解生成的羥基間接反應,由于羥基為極具氧化性的氧化劑,因此臭氧水的殺菌速度極快。

應用:2001FDA將臭氧列入可直接與食品接觸的添加劑范圍,這是臭氧殺菌技術(shù)發(fā)展的里程碑。在食品原料清洗、果蔬保鮮和畜產(chǎn)品加工中應用越來(lái)越多。

4)超聲波殺菌

頻率大于20kHz的聲波,因超出人耳可聞的上限而被稱(chēng)為超聲波。超聲波殺菌是通過(guò)傳聲介質(zhì)的相互作用產(chǎn)生巨大的能量,在很短的時(shí)間內殺死微生物。一般認為,超聲波的殺菌效力主要來(lái)自于細胞內部的空化作用。其殺菌效果受到多種因素的影響,包括超聲波的頻率、強度和照射時(shí)間,微生物的種類(lèi)和數量以及媒質(zhì)的性質(zhì)等。

應用:超聲波殺菌技術(shù)適合處理果蔬汁飲料、酒類(lèi)、牛奶、礦泉水和醬油等液體食品。

5)高靜壓殺菌

高靜壓殺菌技術(shù)是將100~1000MPa的靜態(tài)液體壓力施加于液態(tài)或固態(tài)食品、生物制品等物料上并保持幾秒鐘到幾十分鐘,起到殺菌、破壞酶及改善物料結構和特性的作用。

高靜壓殺菌具有一些優(yōu)點(diǎn):

它能在常溫或常溫附近的溫度下達到殺菌滅酶的作用,而且其對大分子的修飾使得它可能對制品的質(zhì)構等品質(zhì)因素有一定的改善作用;

②HHP過(guò)程的傳壓速度快、均勻,只要制品本身不具備很大的壓縮性,不會(huì )影響制品的外觀(guān)形態(tài)。

高靜壓殺菌效果也受諸多因素的影響,包括微生物的種類(lèi)和生長(cháng)期培養條件、壓力大小和加壓時(shí)間、施壓方式、處理溫度、pH值、介質(zhì)成分及水分活度等。

6)輻照殺菌

輻照殺菌是指利用電磁射線(xiàn)、加速電子照射被殺菌的物料從而殺死微生物的一種殺菌技術(shù)。用于殺菌的輻照可分為電離輻照(如γ射線(xiàn)、加速電子)與非電離輻照(如紫外線(xiàn)、紅外線(xiàn)和微波)。

食品輻照殺菌根據所要達到的目的及所需的劑量,可分為輻照耐貯殺菌、輻照巴氏殺菌和輻照阿氏殺菌。相對于其他殺菌技術(shù),輻照殺菌有著(zhù)自己的優(yōu)越性。適宜的劑量下,物料的溫度在輻照處理過(guò)程中升高很;輻照均勻、快速、易控制;物料也在有包裝的情況下進(jìn)行殺菌;輻照處理后不會(huì )留下任何殘留物。 

同時(shí)它也有弱點(diǎn),如需要專(zhuān)門(mén)的輻射源,設備投資大;射線(xiàn)對人體有影響,因此需要十分注意操作人員的防護措施;輻照的滅酶效果不好等。目前用于食品工業(yè)殺菌的射線(xiàn)多為60Co-γ射線(xiàn)。

04各類(lèi)殺菌技術(shù)結合使用雖然非熱殺菌技術(shù)在保持食品的色澤、風(fēng)味、營(yíng)養物質(zhì)有很大的優(yōu)勢,但是它也存在著(zhù)自己的技術(shù)缺陷,例如難以殺死細菌芽胞,殺菌強度大時(shí)溫度易升高等,限制了其應用范圍。因此,人們將熱殺菌技術(shù)和非熱殺菌技術(shù)結合使用,或幾種非熱殺菌技術(shù)結合使用來(lái)達到所需的熱處理效果。

隨著(zhù)人們消費水平和生活質(zhì)量的提高,人們的健康安全意識也在逐漸增強,對食品的質(zhì)量與安全也有著(zhù)越來(lái)越高的要求。因此,越來(lái)越多的食品加工廠(chǎng)商為了保證食品在達到殺菌、滅酶的要求下,更好地保持其本身的色澤、風(fēng)味和營(yíng)養價(jià)值,考慮到節能減排保護綠色環(huán)境的社會(huì )大方向,將會(huì )更多地應用到各種殺菌方式結合使用。

 

來(lái)源:食品工業(yè)科技健康

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