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食物的非热处理技术

高压加工技术 辐照加工
发布:2020-04-05 22:25:44    

近年来,随着食品科技的发展,多种非热杀菌方式已经应用于食品的生产加工。相比于热处理,非热处理技术不仅可以杀灭致病微生物,还能更好地保留食品的营养、色泽、风味和组织状态。许多非热处理技术,如高压、辐照、超声和低温等离子体,也都已经应用到即食肉制品的微生物控制中。

高压加工技术

高压加工技术是指将食品密封于弹性包装容器内,置于水或其他液体作为传压介质的压力系统,经100~1 000 MPa静压处理,在常温甚至更低温度下达到杀菌、钝酶和改善食品功能特性的目的。高压杀菌技术的处理温度远低于热处理,且杀菌均匀、无污染、操作安全,能保持食品原有风味、色泽和营养价值。高压处理引起细菌细胞死亡主要是通过破坏细菌细胞膜结构使细胞内容物外泄以及破坏细菌细胞关键代谢酶结构。压力的选择取决于使用目的、产品类型和尺寸。400 MPa(约6 000 psi)及以上压力可有效杀灭营养体细菌细胞,包括大肠杆菌、沙门氏菌和李斯特杆菌;通常400~900 MPa高压可有效杀灭营养体细菌细胞,而细菌孢子则可抵抗高达1 000 MPa高压。400~900 MPa高压可有效杀灭火腿中的李斯特杆菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌,提高熟制火腿和干腌火腿的微生物安全和货架期。

高压杀菌效率与压力大小、作用时间、微生物类型、菌株类型和生理状态等因素有关。李斯特杆菌暴露于600 MPa条件下3 min,数量可减少4 (lg(CFU/g)),500 MPa条件下处理5 min可使鸡肉肠中菌落总数减少4 (lg(CFU/g)),并且可进一步延长货架期[48]。沈旭娇等[49]分别采用200、400 MPa处理盐水鸭后未检测到微生物,且在低温贮藏6 周期间,超高压处理样品菌落总数检测结果均小于1 CFU/g,说明超高压技术能有效杀灭微生物。尽管高压可有效杀灭污染微生物,但该技术同样面临不小的挑战,例如,能耗高,高压杀菌技术的杀菌设备初期投入大、杀菌成本高,使其在实际生产中的应用受到一定限制,同时即食肉制品中富含的蛋白质和脂肪也在一定程度上为微生物提供了保护作用,且高压处理后的亚致死细胞还可在贮藏过程中复苏。   

辐照加工技术

辐照加工技术是利用高能射线处理目标产品,通过辐射剂量控制达到贮藏保鲜、杀虫杀菌、延长产品货架期的目的。与传统的热杀菌技术相比,辐照杀菌能耗低、污染小、辐照剂量可控,杀菌同时可以较好地保持食品感官和营养品质,对预包装食品也具有良好的杀菌效果。目前已经商业化应用的有γ射线、X射线和不同能量的高能电子束(≤10 MeV),商业普及率最高的辐射源是钴-60.辐照灭菌的原理主要是破坏细菌DNA分子,影响RNA转录和蛋白质翻译,此外还可导致酶和细胞膜结构的破坏。

使用不同剂量的γ射线处理酱驴肉,结果表明,不同剂量的辐照能够有效杀灭酱驴肉表面污染菌,不同程度减缓贮藏过程中酱驴肉中挥发性盐基氮含量的增加,其中8 kGy辐照处理酱驴肉中未检测到微生物。1.5~2.0 kGy辐照剂量可使腊肠和烤牛肉中的李斯特杆菌数量减少3 (lg(CFU/g)),2.0 kGy辐照剂量可使法兰克福香肠和火腿中的李斯特杆菌数量减少3 (lg(CFU/g))。然而,有研究表明,随着辐照剂量的增加,辐照处理可引起即食肉制品脂肪氧化,因而商业用剂量大多在3 kGy以下,该剂量可杀灭5 (lg(CFU/g))的李斯特杆菌。GB 14891.1—1997《辐照熟畜禽肉类卫生标准》规定,熟畜禽肉类总体平均吸收剂量不得大于8 kGy。出于安全考虑,食品法典委员会也规定,辐照剂量不得超过10 kGy。尽管辐照杀菌有诸多优势,但消费者对于辐照是否会影响人体健康的担忧是影响辐照杀菌发展的重要因素。同时,辐照杀菌设备昂贵,且为保证辐射线不发生泄露,企业需要大量资金和精力来建立完善的安全防护措施,这使其应用受到一定程度的限制。

超声杀菌技术

超声波是一种频率大于20 000 Hz的机械波,具有声波的普遍特点。但是超声波频率大、波长短,因而在液体传播过程中会引起一些特殊性能,主要有空化效应以及伴随空化作用而引发的机械效应、热学效应等。在食品工业中,超声波主要应用于杀菌、解冻、干燥、均质和提取等。一般认为,超声波对液体中微生物杀灭作用的机制主要是空化效应。空化效应是指超声波于液体介质中传播时,液体微粒往往会剧烈振动,从而产生大量小气泡,液体中的微小气泡核随着超声波的传播作用产生振动,声压随之上升,当达到一定数值时,气泡便会迅速生长、膨大,再崩溃、闭合,使得液体中的小微粒之间发生剧烈碰撞,小气泡中发生的一系列生长和崩溃的动力学过程为超声波空化[55]。张磊等[56]采用300 W超声处理小包装卤牛肉,当处理时间达到15~20 min,菌落总数下降明显,且超声处理改善了卤牛肉的色泽和嫩度。60 W超声处理可使模拟体系中的李斯特杆菌数量减少4 (lg(CFU/g)),巴氏杀菌(74 ℃、10.53 min)结合超声(25 kHz、200 W)处理可抑制香肠中嗜冷菌和乳酸菌的生长繁殖(贮藏时间可达60 d)。然而,超声处理也会加速脂质氧化,并对产品结构和风味产生不良影响。此外,超声波杀菌技术通常需要在液体介质中作用,每次处理的样品量有限,低频高功率设备产生的噪音较大,目前实现产业化应用还有一段距离。同时,低频高功率和高频低功率的杀菌原理也并不完全一致。

等离子体杀菌技术

等离子体是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态,它可以由中性气体在高电压作用下激发诱导产生。作为一种新兴的绿色杀菌技术,等离子体杀菌技术具有杀菌温度低、耗时短、适合热敏性食品的特点,不会产生有毒物质,且不会对操作者造成伤害。低温等离子体杀菌技术可以产生多种具有杀菌性能的物质,如活性氧、活性氮、带电粒子和紫外光子等,其杀菌机理可解释为对细胞的蚀刻作用、细胞膜穿孔与静电作用和大分子氧化。影响低温等离子体工作效率的因素包括处理时间、处理电压、处理方式和气体类型,此外,环境因素,如pH值、相对湿度和样品性质对低温等离子体的杀菌效果均有显著影响。Kim等使用氦气和氧气产生等离子体,用于杀灭切片培根中的李斯特杆菌、大肠杆菌和沙门氏菌,结果表明,菌落总数减少4.58 (lg(CFU/g))。黄现青等发现,500 W低温等离子体处理180、300、480 s可延长酱卤鸭货架期,是未处理真空包装产品货架期的2 倍,说明低温等离子体处理有明显的杀菌效果。

低温等离子体用于预包装即食肉制品的灭菌具有重要意义。将密封包装的食品置于2 个电极之间,包装内部的气体被激发放电,产生的等离子体可有效对包装即食肉制品进行灭菌,有效避免先杀菌后包装造成的二次污染。Rod等研究低温等离子体对接种李斯特杆菌牛肉干的杀菌效果,结果表明,低温等离子体处理可抑制聚乙烯袋内牛肉干表面李斯特杆菌的生长,在一定条件下可以進行多次间隔处理来增加杀菌效果。然而,低温等离子体技术目前还存在一些问题。首先,低温等离子体的杀菌机制和对产品品质的影响仍然缺乏深入研究;其次,由于等离子体穿透深度不大,对于深入产品内部的细菌,其灭菌效果还不够好;另外,等离子体的杀菌效果与等离子体种类、参数设置及环境因素等密切相关,这也增加了实际应用和优化加工条件的难度。

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