冷杀菌 (cool sterilization)

 

  所谓非加热杀菌(冷杀菌)是相对于加热杀菌而言,无需对物料进行加热,利用其它灭菌机理杀灭微生物,因而避免了食品成分因热而被破坏。冷杀菌方法有多种,如放射线辐照杀菌、超声波杀菌、放电杀菌、高压杀菌、紫外线杀菌、磁场杀菌、静电杀菌,感应电子杀菌强光脉冲杀菌等。

、辐照杀菌
  食品的辐照保藏是指用放射线辐照食品,借以延长食品保藏期的技术。对辐射保藏的研究已有四十
多年的历史。辐射线主要包括紫外线、X射线和γ射线等,其中紫外线穿透力弱,只有表面杀菌作用,而X射线和γ射线(比紫外线波长更短)是高能电磁波,能激发被辐照物质的分子,使之引起电离作用,进而影响生物的各种生命活动。

  紫外线辐射常使用汞蒸汽低压灯,波长范围在240—300nm,它适用于表面及透明物质(水和空气)的消毒,因为紫外线没有足够的穿透力,它主要用于贮藏区和水的消毒。
    
 辐照对微生物的影响

  微生物受电离放射线的辐照,细胞膜、细胞质分子引起电离,进而引起各种化学变化,使细胞直接死亡;在放射线高能量的作用下,水电离为OH-H+,从而也间接引起微生物细胞的致死作用;微生物细胞中的脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)对放射线的作用尤为敏感,放射线的高能量导致DNA的较大损伤和突变,直接影响着细胞的遗传和蛋白质的合成。
    不同微生物对放射线的抵抗性不同,表1列出了不同微生物对放射线的敏感性。一般来说耐热性大的微生物,对放射线的抵抗力也往往比较大。三大类微生物中细菌芽孢大于酵母,酵母大于霉菌和细菌营养体,革兰氏阳性菌的抗辐射较强。另外,食品的状态、营养成分、环境温度、氧气存在与否,微生物的种类、数量等都影响着辐照杀菌的效果。此外,照射剂量影响微生物的存活,通常微生物随着被照射剂量的增加,其活菌的残存率逐渐下降。
    杀灭食品中活菌数的90%(即减少一个对数周期)所需要吸收的射线剂量称为“D”值,其单位为“戈瑞”(Gy,即1kg被辐照物质吸收1焦耳的能量为1戈瑞),常用千戈瑞(kGy)表示。若按罐藏食品的杀菌要求,必须完全杀灭肉毒芽孢杆菌AB型菌的芽孢,多数研究者认为需要的剂量为40-60kGy,根据12D的杀菌要求,破坏E型肉毒杆菌芽孢的D值为21 kGy
    
 环境条件对辐照杀菌的影响

  氧气的有无对杀菌效果有显著的影响。一般说来,有氧气存在的情况下,放射线杀菌的效果更好,但厌氧时对食品成分破坏不及有氧时的1/10,故实际运用放射线对食品杀菌时,多在厌气状态下进行;其次温度高,破坏性大;此外半胱氨酸、谷胱甘肽、氨基酸、葡萄糖等化合物对微生物体有保护作用。但放射线辐照对于食品中原有毒素的破坏几乎是无效的。因此在辐照时,应尽量采用低温、缺氧,以减轻对食品的副作用,提高辐照杀菌的效果。


1  微生物对放射线的敏感性


                                         D值(KGy         菌                                           D值(KGy
A
型肉毒梭菌                               4.0                假单孢杆菌    缓冲液、有氧              0.04
B
型肉毒梭菌                           3.3                枯草杆菌                                 2.02.5
E
型肉毒梭菌                               2.0                粪链球菌                                     0.5
产气荚膜杆菌                                  2.12.4           米                                     0.43
鼠伤寒沙门氏菌    缓冲液、有氧       0.2                            产黄青霉                                 2.4
鼠伤寒沙门氏菌                      0.7                啤酒酵母                                 2.02.5
                                     0.2                            短小芽孢杆菌    缓冲液、有氧          1.7
嗜热脂肪芽孢杆菌                 1.0                耐辐照小球菌                              2.5



    
 辐照在食品保藏中的应用

  放射线辐照由于其具有节约能源(节约约7097%能源)、杀菌效果好、可改善某些食品品质、便于连续工业化生产等优点,目前已有70多个国家批准应用于食品保藏,并已有相当规模的实际应用。表9-8列出了放射线在食品保藏中应用的情况。
  
利用放射线辐照食品,因其处理目的不同,所用剂量及处理方法也有所不同。一般将1 kGy以下者称为低剂量,110 kGy者称为中剂量,10 kGy以上者称为高剂量。
   低剂量辐照,目的并不在于杀菌,而是为了调节和控制生理机能(如抑制种子发芽)以及驱除虫害等。低剂量对食品组织以及成分的影响是极微小的。
   中剂量辐照,是以延长食品保藏期为目的。该辐照剂量尚不能将微生物孢子完全杀死,但对肉、鱼、虾类、香肠等加工食品表面所附着的主要病原菌及附着菌可全部杀灭。通过辐照可延长保藏期24倍。
高剂量辐照,是以食品在常温下进行长期贮藏为目的而进行的完全杀菌。但完全杀菌所用辐照剂量较高,将引起食品不同程度地变质。为了尽量减少副作用,在操作时应结合脱氧、冻结、杀菌增强剂及食品保护剂等方法运用。
常应用的放射源为放射性同位素钴60Co60)、铯187Cs187)、磷(P32)等。它们主要释放出的是γ射线。


2    放射线在食品保藏中的应用



                                    适                         对      
 
生理学效果    杀菌    完全杀菌①          3050  kGy                 畜肉、鱼肉加工品、发酵原料、饲料、病人食品
        
食品中有害菌的杀灭②                  58   kGy                    畜肉、蛋的沙门氏菌的杀灭
        
不完全杀菌③                                 13   kGy                   禽畜肉、鱼虾、果蔬、加工食品保藏期的延长
    
杀虫    贮粮害虫的杀灭                     0.10.2kGy           稻米、小麦、豆类、杂粮
        
水果害虫的杀灭                             0.25   kGy                     木瓜、芒果、桔
        
干燥食品中螨类的杀灭                 0.50.7 kGy                 香辛料、干燥蔬菜
        
寄生虫的杀灭                                0.5    kGy              猪肉


  ①除病毒以外的所有微生物完全杀灭。
  
②不生芽孢的病原性微生物的杀灭。
  
③杀死部分腐败性微生物,以延长保藏期的目标的处理。

    
 辐照食品的卫生安全性
     辐照食品的卫生安全性问题,尤其是食品经辐照后是否有放射性物质的残留?是否产生新的放射源?是否引起化学劣变或毒性物质等卫生安全问题,一直是人们所关注的。各国科学家对辐照食品的安全性进行了数十年的研究,通过长期的动物饲养实验、临床症状、血液学、病理学、繁殖及致畸等方面的研究,证明上述疑虑是可以消除的。
辐照食品是把被处理的食品在Co60γ射线中穿过一次,研究已确认当食品离开辐照源,射线就没有了,放射线不会残留在食品中。从原子反应理论可知,γ射线打开原子核引起核反应,最低能量要在5MeV以上,而Co60发生的γ射线的最大能量只有1.33 MeV,同5 MeV相差很远;同样对电子加速器发射出的电子束的能量要在10 MeV以上才能引起核反应,所以辐照不会激发产生新的放射性物质。
    美国对经高剂量(4771 kGy)辐照彻底灭菌的牛肉进行测试,分析结果证明,辐照分解产物不会造成任何有损于人类健康的不良影响。因为这些辐照分解物的量同人们日常生活中接触的食品添加剂、环境化学污染、烹调和加工分解产物相比是十分低的。
    对于辐照食品的毒理学方面,各国科学家亦进行了大量的研究,其结果证明都是安全的。 
    因此,198011月世界卫生组织(WHO)、联合国粮农组织(FAO)和国际原子能机构(IAEA)三个国际组织的联合专家委员会,经过对10年的研究结果和各国进行辐照食品安全性的数据的审查,得出“任何食品总体平均剂量低于10 kGy,没有毒理学危险,用此剂量辐照的食品不再要求做毒理学实验,同时在营养和微生物学上也是安全的”的结论。目前已有几十个国家批准应用放射线辐照肉类及其制品、果蔬类和粮食及其制品等食品的杀菌保藏。
我国政府于19982月,在已批准的18种辐照食品的基础上,又一次批准了包括熟畜禽肉类和冷冻分割禽肉类在内的6个类别的辐照食品的卫生标准。同时,相继颁布和制定了辐照食品卫生管理办法等一系列标准和法规。
  

二、超声波杀菌
    声波在920KHz以上都为超声波。超声对细菌的破坏作用主要是强烈的机械震荡作用,使细胞破裂、死亡;超声波作用于液体物料,产生空化效应,空化泡剧烈收缩和崩溃的瞬间,泡内会产生几百兆帕的高压、强大的冲击波及数千度的高温,对微生物会产生粉碎和杀灭作用;加热和氧化作用。
    不同微生物对超声波的抵抗力是有差异的。伤寒沙门氏菌在频率为4.6MHz的超声中可全部杀死,但对葡萄菌和链球菌只能部分地受到伤害;个体大的细菌更易被破坏,杆菌比球菌更易于被杀死,但芽孢杆菌的芽孢不易被杀死。
超声波灭菌机制可用于食品杀菌、食具的消毒和灭菌及护士的洗手消毒等。曾实验用超声波对牛乳消毒,经1516秒消毒后,乳液可以保持5天不发生腐败;常规消毒乳再经超声波处理,冷藏条件下,保存18个月未发现变质。日本生产的气流式超声餐具清洗机,清洗餐具可使细菌总数及大肠菌群降低105106以上,若同时使用洗涤剂或杀菌剂,可做到完全无菌。


三、高压放电杀菌
    高压放电杀菌是近年来出现的新型杀菌技术,高压放电杀菌采用的电源一般为脉冲电压。高压脉冲电场产生常用LG震荡电路,产生强度为15100KV/cm,脉冲为1100KHz,放电频率为120Hz
脉冲放电杀菌是电化学效应、冲击波空化效应、电磁效应和热效应等综合作用结果,并以电化学效应和冲击波空化效应为主要作用。可使细胞膜穿孔;液体介质电离产生臭氧,微量的臭氧可有效杀灭微生物。高压放电杀菌的效果取决于电场强度、脉冲宽度、电极种类、液体食品的电阻、pH值、微生物种类以及原始污染程度等因素。
由于放电杀菌的介质为液体,故只能用于液态食品的杀菌。现在,高压放电杀菌已成功地用于牛奶、果汁等的杀菌。
  

四、高压杀菌
    所谓高压杀菌就是将食品物料以某种方式包装以后,置于高压(200MPa以上,2000多个大气压)装置中加压,使微生物的形态、结构、生物化学反应、基因机制以及细胞壁膜发生多方面的变化,进而使微生物的生理机能丧失或发生不可逆变化而致死,达到灭菌、长期安全保存的目的。高压杀菌技术也是近年来出现的新型杀菌技术,需要有特殊的加压设备和耐高压容器及辅助设备,目前尚处于试验研究与开发阶段,但其在食品工业中的应用前景是可喜的,
    
 高压对微生物影响
当细胞周围的流体静压达到0.6 MPa左右时,细胞内的气泡将会破裂,菌体细胞变长,胞壁脱离细胞膜、胞壁变厚。高压可使蛋白质变性,直接影响到微生物及其酶系的活力,使微生物的活动受到抑制,甚至死亡。
在高压作用下,细胞膜的磷脂双分子层结构随着磷脂分子横截面的收缩而收缩,表现为细胞膜通透性变化。2040 Mpa高压能使较大细胞的细胞壁因超过应力极限而发生机械断裂,从而使细胞裂解。这种作用对真菌微生物是主要的影响因素。一般来讲,真核微生物比原核微生物对压力更为敏感。在300 Mpa以上的压力下,细菌、霉菌和酵母菌都可被杀死,但一些菌的芽孢耐压强,在600 Mpa才能被杀死。
    
 高压对食品成分的影响
高压使蛋白质结构伸展,体积改变而变性,即压力凝固。如鸡蛋白在超过300 Mpa的压力下会发生不可逆变性。高压作用下,酶会钝化或失活。高压可使淀粉改性,常温下加压到400600 MPa,淀粉发生糊化而呈不透明的粘稠糊状物。但高压对食品中的风味物质、维生素、色素及各种小分子物质的天然结构几乎没有影响。
    
 高压杀菌的应用
   采用高压技术对肉类进行加工处理,与常规方法相比,在肉制品的柔嫩度、风味、色泽、成熟度及保藏性等方面都得到不同程度的改善。例如,常温下质粗价廉牛肉经250 Mpa高压处理,牛肉制品明显得到嫩化;300 MPa压力处理鸡肉和鱼肉10分钟,能得到类似于轻微烹饪的组织状态。
   高压处理水产品可最大限度地保持水产品的新鲜风味,增大鱼肉制品的凝胶性。例如,在600 MPa压力下处理水产品(如甲壳类水产品),其中的酶完全失活,细菌数量大大减少,色泽外红内白,仍保持原有的生鲜味。
   在果酱加工中采用高压杀菌,不仅可杀灭其中的微生物,而且还可使果肉糜粒成酱,简化生产工艺,提高产品质量。这方面最成功的例子是日本明治屋食品公司,室温下加压400600 MPa10分钟加工草莓酱、猕猴桃酱和苹果酱,所得制品保持了新鲜水果的色、香、味,已有小批量产品上市。


五、
其它杀菌新方法

   磁力杀菌采用6000T的磁力强度,将食品放在N极和S极之间,经过连续摇动,不需加热,即可达到100%的杀菌效果,并对食品的成分和风味无任何影响。将含有细菌的酒放入磁强度为60007000高斯的磁场中,经1224小时,80%的细菌被杀死,并且磁强度越强,杀菌率越高。目前这种技术正在取代传统的加热、过滤杀菌方法。

  静电杀菌是用电场放电所产生的离子雾和臭氧处理食品,可取得良好的杀菌保鲜效果。研究表明,臭氧能杀灭残存于粮食、果实及瓶、罐、袋和贮藏室内的细菌和霉菌,其杀菌速度比氧气快15~30倍。而且,食品杀菌后经化学分析与未处理的相比没有变化,可保持食品原有的风味。

   感应电子杀菌以电为能源的线性感应电子加速器所产生的电谱辐照技术,可导致微生物细胞发生变化,进而钝化和杀死有害微生物。这种新技术是将电子加速,去撞击重金属铅板,铅板变化具有宽带电子能量频谱的强射线。因此具有较高的杀菌能量,使用也较方便。

  强光脉冲杀菌新方法是用连续的宽带谱短而强的脉冲,抑制食品和包装材料表面、透明饮料、固体表面和气体中的微生物。


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