罐头杀菌技术介绍

　　编者按：罐头食品是中国众多食品中zui先打入市场，产品质量较早与接轨的一种商品，罐头行业也一直保持着较快的发展速度。罐头的出现使人们在获得美味的同时保存了食物的新鲜度，适度食用罐头对身体健康有利。当然，罐头食品如果杀菌不够会导致微生物重新入侵，造成罐头食品的变质，因此罐头杀菌是一个非常重要的环节，那么哪些杀菌技术可以应用于罐头食品呢？
　　
　　杀菌是食品生产加工过程中一个非常重要的环节，许多微生物能够导致罐头食品的败坏，罐头食品如杀菌不够，残存在罐头内的微生物当条件转变到适于其生长活动时，或由于密封不严而造成微生物重新侵入时，就能造成罐头食品的败坏。通过杀菌，可以有效地防止食品不受病虫害及霉菌和细菌等微生物的危害，并破坏食品中的酶，使食品贮藏两年以上而不变质。传统的食品杀菌工艺，是采用蒸、煮、加热的方法，利用传导和对流换热，热源从食品的外表向内部传递进行加热，在一定的温度作用下，使食品中的微生物达到热力致死。随着科技的进步和人们生活及消费水平的提高，对各种食品的总体质量要求越来越高，要求食品不破坏或少破坏营养成分，保持原有的风味。这就对罐头的杀菌工艺及设备提出了新的要求。近年来，国内外研制开发出了一系列食品杀菌的新技术。这些技术与传统的巴斯德食品杀菌方法相比，不仅避免使用高温而使食品质量受损害，而且还增强了杀菌效果，提高了食品的质量。我国目前常用的杀菌技术分为热杀菌和冷杀菌，下面分别介绍之。
　　
　　1．热杀菌技术
　　
　　1.1超高温瞬时杀菌
　　
　　*，杀菌时间过长，必然导致食品的品质下降，特别是对食品的颜色及风味影响较大，而缩短杀菌时间的措施之一是提高杀菌温度。据介绍，杀菌温度增加10℃，取得同样杀菌效果的时间仅为原杀菌时间的1/10。还有研究表明，在杀菌条件相同的情况下，超高温瞬时杀菌与低温长时间杀菌相比，不仅细菌致死时间显著缩短，而且食品成分的保存率也显著提高。如在120℃以下杀菌，细菌芽孢致死时间是4分钟以上，食品成分的保存率为73%以下，当杀菌温度上升到130℃，细菌芽孢的致死时间下降到30秒，成分保存率上升到92%，温度到达150℃，芽孢的致死时间为0.6秒，成分保存率上升到99%，证明了超高温瞬时杀菌的*性[1]。
　　
　　超高温瞬时杀菌技术于1949年随着斯托克装置的出现问世，其后上出现了多种类型的超高温杀菌装置。超高温处理可分为间接加热和直接加热两大类型。它是使料液迅速升温至130℃以上，然后保持几秒种，从而实现对料液瞬间的杀菌。
　　
　　超高温瞬时杀菌技术的杀菌效果特别好，几乎可达到或接近灭菌的要求，而且杀菌时间短，物料中营养物质破坏少，营养成分保存率达92%以上[2]。
　　
　　1.2微波杀菌
　　
　　传统的热力杀菌是通过传导、对流等传热方法将热量传递给食品，使之温度升高，达到预定杀菌温度并保持一定的杀菌时间，从而达到杀菌目的。热量是由表层逐步往中心传递，由于食品的传热性能较差，食品的中心达到杀菌温度所需时间较长。另外，由于加热装置本身的热容量引起能量损失而能耗高，同时高温也会影响食品品质。微波技术是一种理想的杀菌途径，相对热力杀菌来说，微波杀菌具有加热时间短、升温速度快、杀菌均匀、食品营养成分和风味物质破坏和损失少等特点。与化学方法杀菌相比，微波杀菌无化学物质残留而使安全性提高。因此，食品的微波杀菌保鲜技术已被食品厂家所采用。
　　
　　1.2.1食品微波杀菌机理
　　
　　在相同条件下，微波杀菌致死温度比传统加热杀菌低，它不仅具有因生物体吸收微波能量而转换的热效应，而且还存在一种非热效应。
　　
　　1.2.1.1热效应
　　
　　热效应是指生物体吸收电磁波的能量后，体温升高，从而发生各种生物功能变化。微波作用于食品，食品表面和中心同时吸收微波能，温度升高。食品中的微生物在微波场作用下，温度也升高，温度的快速升高，使其蛋白质结构发生变化，从而失去生物活性，使菌体死亡严重干扰而无法繁殖。
　　
　　1.2.1.2非热效应
　　
　　非热效应是在电磁波的作用下，生物体内不产生明显的升温，却可以产生强烈的生物响应，使生物体内发生各种生理、生化和功能的变化。微波的作用会使微生物在其生命化学过程中所产生的大量电子、离子和其它带电粒子的生物性排列组合状态和运动规律发生变化。同时，电场也会使细胞膜附近的电荷分布改变，导致膜功能障碍，使细胞的正常代谢功能受到干扰破坏，使微生物细胞的生长受到抑制，甚至停止生长或使之死亡。微波还能使微生物细胞赖以生存的水分活度降低，破坏微生物的生存环境。Desell等在食品中接种细菌，然后用2450MHZ微波杀菌，结果表明所需时间仅为传统加热方法的1/9至1/12。
　　
　　1.2.2应用
　　
　　微波混合室系统由附有相应电源设备的微波发生器、波导管连接器及处理室三部分组成。该杀菌处理系统能够以食品内极其微小的温度差异，对在连续流动的食品进行快速的加热处理，在处理室内，微波的能量可以均匀地分布于被处理的食品上，加热到72~85℃菌温度时间保持1~8分钟，而后送入隧道至冷却室，在贮藏之前将温度降至15℃以下[3]。
　　
　　采用微波杀菌可以在包装前进行，也可以在包蝶好边料锡膜或复合薄膜以后进行。
　　
　　1.3电阻加热杀菌
　　
　　它是利用连续流动的导电液体的电阻热效应来进行加热，以达到杀菌目的。是酸性和低酸性的粘性食品和颗粒食品进行连续杀菌的一种新技术。
　　
　　电阻加热杀菌要求交流电的频率在50~60HZ之间，因为此时它的电化学稳定，交流电的转换率zui高，并且操作安全，电阻加热的适用根据食品物料的导电率来决定。大多数能用泵输送的、含有溶解离子盐类且含水量在30%以上的食品都可用电阻加热来杀菌，且效果很好，而一些像脂肪、糖、油来添加盐的自来水等非离子化的食品则不适于用该技术。英国APV食品加工中心的试验表明，电阻加热已成功地用于各种包含大颗粒的食品和片状食品的杀菌，如马铃薯、胡萝卜、蘑菇、牛肉、鸡肉、片状苹果、菠萝、桃等[2]。
　　
　　电阻加热受电压的控制，电压不会因为温度的增高而减小，相反，加热效率随温度升高而增加，因为温度升高，导电率增加，电流加大，加热效率必然提高。
　　
　　电阻加热与微波加热相比，更具有*性。因为它是在连续流动的液体中加热，所以不需要高温热交换，各种营养成分损失很少，而且能量转化率也高于微波加热，达90%以上；还因为它是对物料进行整体加热，所以热渗透性也远远高于微波加热，是带颗粒食品实现瞬时无菌加工的工艺。
　　
　　1.4低温高压灭菌
　　
　　日本科技人员经过数年的时间，研究出一种不需要加热而杀灭大肠杆菌和醋酸的低温高压灭菌技术，这种技术过去只是一种引人注目的设想。日本日冷公司利用其冷冻食品的技术与神户制钢公司的高压技术相结合，终于解决了冷冻品灭菌的技术难题，研制出了实用的低成本冷冻灭菌技术。
　　
　　经研究表明，在低温下加高压比在常温下更容易杀灭细菌。在20℃肠杆菌和沙门氏菌要加3000个以上的大气压才能被杀灭，而在—20℃时只需2000个大气压就可达到目的。在常温下需4000个大气压才能灭的醋酸菌，在低温下只需2000量个大气压就可基本杀灭，其原因是在低温下细菌的细胞膜容易被破坏[4]。
　　
　　这种新技术可用于多种肉食和水产品的灭菌，不会破坏食品原有的成分结构和风味。研究表明，在水产品中，贝类等无脊椎动物比脊椎动物的灭菌效果好。不适于加热的各种食品，例如生鱼片等也可采用这种技术灭菌。特别方便的是，可以食品冷冻和冷藏的过程中，将其放入高压仓内加以灭菌。这种方式成本低廉且效率高。日本制成的高压低温灭菌装置，在—20℃的低温条件下可稳定地保持高压状态，其压力可调至4000个大气压。
　　
　　2.冷杀菌技术
　　
　　2.1超高压杀菌
　　
　　超高压处理食品保鲜技术具有诸如保持食品原有的风味、色泽、营养成分、低能耗、对环境污染以及少用或不用化学添加剂等很多优点。超高压杀菌的机理是由于静水压的作用而使蛋白质产生压力凝固，导致微生物的形态结构、基因、生理生化特性等多方面的变化，使其原有的功能发生不可逆变化从而导致死亡。超高压处理不仅能杀灭食品中的微生物，还可以抑制酶的活性。研究表明，升高温度和降低食品的pH值有利于加强高压的效果；糖和盐的浓度提高会降低杀菌效果；微生物的营养体较易被杀灭。利用100MPa以上压力加压食品时，温度基本不升高，也不会有共价结合的生成和断裂[5]。高压处理使食品有新鲜的风味，不会发生不利的共价结合变化，这些特点说明食品高压加工和热加工一样都有广阔的前途。
　　
　　2.2高压脉冲电场技术
　　
　　崇尚新鲜安全而又高营养食品的潮流使得研究者们不断探寻新型的食品非热灭技术，其中高压脉冲电场杀菌因其处理时间短，杀菌后温升小，副产物小，无污染，*，耗能低等优点，有工业化前景。
　　
　　高压脉冲电场用于罐头杀菌也显露出潜在的研究价值，能在5~10S的极短时间内即可完在杀菌过程。
　　
　　高压脉冲电场的技术用于罐头杀菌的主要原理是基于细胞结构和液态食品体系间的电学特性的差异。细胞壁特别是细胞内丰富的膜系统的电阻和电容量很大，且随交流电荷频率的不同发生显著的变化。在低频情况下，细胞壁，尤其是生物膜系统的电容量显著增大，细胞内液中也有电流通过，此时电阻则明显减少，加之类脂膜中其结构物质几乎均为偶极子或带电分子，其分子运动主要以侧向流动为主，而穿膜转动极难实现，在伴随电场的转动而取向的阻力和速率的差异，这种差异导致二者在松弛频率上的显著不同，使得高压脉冲电能在一定条件下蓄积于细胞壁（膜）系统而极少损耗于液态食品体系。生物膜结构的不均匀性，特别是膜蛋白的类似半导体特性，使生物膜存在动态的“导通”，在高压脉冲电场中，这种“导通”可使膜上蓄积的能量以瞬时高强度方式释放，而击穿膜系统。在这种高压脉冲放电时，由于气态等离子体剧烈膨胀、爆炸而产生强烈的冲击波可摧毁各种亚细胞结构。这些反应都发生在细胞内，因而对非细胞结构的液态食品体系中的营养成分和风味物质基本无影响，可高质量地保存食品的天然特性。邓元修直接尝试了脉冲高压对酵母和大肠杆菌的杀灭作用，结果表明了所需能耗低,即每吨液态食品灭菌能耗电大约为（0.5~2.0）kw/h，对试液的温升小于2℃，有效保存了食品的营养成分和天然成分。因此高压脉冲杀菌是较理想的灭菌方式，可望取代热灭菌方法成为21世纪加工方法[6]。
　　
　　2.3辐射杀菌
　　
　　辐射杀菌是运用χ射线、γ射线或电子高速射线照射食品，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，从而达到灭菌消毒，延长食品贮存销售时间的目的。辐射杀菌几乎不产生热量，可保持食品在感官和品质方面的特性，并适合对冷冻状态的食品进行杀菌处理。与传统的加热法相比更易于准确控制，且耗能低。世界卫生组织已将辐射法纳为安全有效的食品处理方法并制定了相应的标准。部分技术项目已达到商业化推广应用的标模。
　　
　　2.3.1紫外线
　　
　　紫外线是德国物理学家Rittle在1802年发现的，但其应用一直未能得到开发。直到本世纪60年代到70年代才开始对它进行应用开发研究。目前研究应用范围日益扩大，其中在罐头食品杀菌中得到广泛应用，且效果良好。
　　
　　紫外线的波长范围是200~390nm。由于微生物细胞中的核酸、碱基（嘌呤、嘧啶）及蛋白质对紫外线有特别强的吸引力，DNA和RNA的吸收峰在260nm处，蛋白质的吸收峰在280nm处。紫外线杀死微生物主要对DNA作用，引起DNA链上两个邻近的胸腺嘧啶分子形成胸腺嘧啶二聚体，致使DNA不可能复制，导致微生物死亡。
　　
　　2.3.2电离辐射
　　
　　电离辐射食品通常是利用χ射线、γ射线、电子射线照射食品，这些辐射食品通过射线引起食品上微生物发生一系列物理化学反应，使微生物的新陈代谢、生长受到抑制和破坏，致使微生物被杀死，以达到延长食品的货架期，减少*损失，大大降低了成本。同时辐射处理发生的分解、聚合反应等引起食品的物理、化学性质变化以达到改善食品品质的作用。事实上，食品经过辐射后，其营养成分不但不会流失，反而有利于消化吸收[7]。
　　
　　zui常用的辐射源为Co60和Cs137，利用辐射源放出的穿透性很强的γ射线辐射食品，不仅节省能源，保持食品的营养成分，还可深入食品内部进行杀菌。
　　
　　2.4磁力杀菌
　　
　　磁力杀菌是把需消毒杀菌的食品放于磁场中，在一定的磁场强度作用下，使食品中常温下起到杀菌作用。日本三井公司将食品放在0.6T磁密度的磁场中，在常温48h，达到100%杀菌效果。日本三井公司与秋田大学联合进行了利用磁线杀菌的研究，已取得了一定的效果。该设备是把一个N级、S级的电磁铁安置在一个放了酶菌与磁线体的试验管上，然后摇动该试验管，菌体就会死亡。在试验中，通入的是6000高斯的磁线，连续摇动48小时，菌体就会的死亡。该方法可以不加热就达到杀菌的目的，从而不影响酒类等食品的固有风味，确保了食品的质量。该技术也可用于其它食品及医疗器械的杀菌等广泛领域[8]。
　　
　　2.5臭氧杀菌技术
　　
　　臭氧在水中极不稳定，时刻发生还原反应，产生具有强烈氧化作用的单原子氧，在其产生瞬时，与细菌细胞壁中的脂蛋白或细胞膜中的磷脂质、蛋白质发生化学反应，从而使细胞壁和细胞膜受到破坏，细胞膜的通透性增加，细胞内物质外流，使细菌失去活性。同时臭氧能迅速扩散进入细胞内，氧化细胞内的酶或RNA、DNA，从而致死菌原体。
　　
　　臭氧杀菌具有、快速、安全、便宜等优点，自1785年发现以来，广泛应用于食品加工、运输与贮存及自来水、纯净水生产等领域[2]。
　　
　　此外，还有蒸汽杀菌、容器杀菌、强光脉冲、超临界法等许多新兴的罐头食品杀菌技术。而且还有更多未知的技术有待我们去开发。
　　
　　综上所述，可以看出，当代罐头食品杀菌工艺正在逐步摆脱传统的加热杀菌方式，向着提向杀菌温度、缩短加热时间；或使加热温度低；或不对食品直接加热的方向发展，以求zui大限度地减少食品中各种营养成分的损失，尽量保持食品的原风原味，*食品的贮藏条件，延长食品的货架期，以满足广大消费者日益增长的物质生活的需要。罐头食品杀菌工艺中*的应用，也必将带动杀菌设备摆脱传统模式，而向与新的杀菌方式配套的方向发展。
　　
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