微生物控制的新技术

摘要：本文主要论述了用辐照、高强度电子场等非加热方法消灭微生物的一些情况和问题。

关键词：辐照；高强度脉冲光；高强度脉冲电子场；紫外线；高压加工

中图分类号：R471　文献标识码：A　文章编号：1006-3315(2009)04-152-002

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、缺点和有哪些要求。

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x一射线，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 PARTl79可以查到。

每种技术都有自己的术语，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

*　细菌的类型

*　细菌的年龄

*　氧气的存在与否

*　食品的特征

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30-40千戈瑞之间的射线水平下被认为是商业无菌消毒。

暴露在2.5—10千戈瑞辐照水平，将消除大部分食物的所有病原菌的繁殖体。这种辐照水平称为针对性辐射杀菌，类似于巴氏杀菌。

暴露在0.75-2.5千戈瑞辐照水平，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。

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。

二、高强度脉冲光

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。

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(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

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接种。在处理中，加工温度的增加看来能加大微生物的死亡。

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上的具体实施条件将是整个过程的关键因素。

四、紫外线

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膜在预定的速率下通过紫外光，在这个过程中发现显著地减少了液体的生物运载量。

对天然的紫外光、流速、混浊度、产品性质和灯输出需要连续监控。

对其他系统有一些要求：紫外光必须穿透进人产品。这就是为什么该过程被限制用于透明液体。

五、高压加工

食物的高压加工要求65-80磅的压力。它要求非常特殊的设备。如果食物被包装在软或半软包装内，放在装满水的容器内于高压下1-20分钟的时间。一些食品如桔子汁可能在压力室内被处理，然后无菌灌装在预先消毒的包装内。

高压过程可能引起食品的一些变化，包括组织内部的变化，高压导致蛋白质凝胶化、由于细胞壁破裂，酶活动可能增强，高压加工本身对食品腐败有机体没有影响。整个水果或蔬菜可能通过机械压缩而变形，形成难以描述的水果和蔬菜，如果汁、果酱、果丁、果片和混合食品。

微生物对高压敏感。高压加工必须考虑微生物的种类、产品特性、理想的过程(巴氏杀菌或商业消毒)和产品销售方式。杀灭微生物主要是由结构变化和细胞壁破裂而引起的。

六、欧姆加热

欧姆加热和无菌微粒处理继续使用测试热处理致死微生物体的方法的时间，同时用加热产品的新方法和过程决定以保证热处理传递给产品。

通常用的微波加热，电能转化成热能。然而不像微波加热穿透的深度是完全无限制且加热的程度由通过产品的电传导的空间一致性及产品在加热皿中的抗热时间控制。由于大多数实际的目的产品在加热时没有经历大的温度梯度且液体与颗粒同时被加热。

欧姆加热最适合无菌包装产品。用于处理和包装其它灭菌产品的设备能用作处理欧姆加热产品。欧姆无菌系统与其它任何一种无菌系统主要不同是加热的方法。

欧姆加热用于热杀死微生物的控制与其他热处理过程相似。然而在设计欧姆加热过程时，许多方面必须引起重视，产品具体的耐电性及它随温度的变化必须在过程的商业应用期间被决定和控制。产品的流速对产品的加热是关键，在欧姆加热器中产生的速成率和加热周期是主要的因素。如果产品在加热器中变化状态(从液体到固体或液体到气体)，产品中可能产生弧光。由于这些原因，对大多数应用必须设计考虑具体产品成功的杀灭微生物的食品欧姆过程要求在欧姆过程上的严格控制。应该由有知识经验的人建立操作程序，应该保持严格的控制在：产品配方、流速、在试管中的产品温度和发现过程是关键的其它任何因素。

七、臭氧

臭氧作为杀菌剂的使用并不新鲜了。在加工水中用臭氧杀死微生物，例如蔬菜加工者。这种处理允许加工水重复使用而不是倒掉。在美国和其他国家，这种方法处理饮用水也有多年。臭氧另一个优点，不像氯，在处理的水中无毒性残留。

臭氧也用在封闭区域中的表面处理，如冰箱。它可以减少或消灭包括冰箱表面和内部存放产品表面的霉菌。臭氧作为氯的替代物有潜在的用途。这是更强的消毒剂，能杀死大量不同的微生物体，潜在用途之一是消毒新鲜的水果和蔬菜。臭氧用来消毒新鲜水果和蔬菜尚未被FDA认可。