微生物控制的新技術(shù)

??????????　　食品工業(yè)界在繼續(xù)發(fā)展現(xiàn)有控制微生物控制方法的同時，正研究新技術(shù)以保證食品的微生物安全，同時也為消費者提供稍需加工或不需加工的高質(zhì)量食品。這些年，輻照、高強度電子場、脈沖光、紫外線、高壓加工和臭氧已作為消滅微生物的非加熱方法。然而，在商業(yè)上運用這些技術(shù)僅在最近幾年。盡管這些新技術(shù)以及其它方法看起來能達到預期結(jié)果，但通常也受到限制而不能應用于實際生產(chǎn)。因此在現(xiàn)有食品加工中采用上述新技術(shù)時，必須理解每個方法的優(yōu)點、缺點和由那些要求。一、輻照·伽瑪射線·加速電子·輻射消毒（滅菌）·針對性的輻射殺菌·有選擇的輻射殺菌　　輻照是消滅微生物的一種方法，通常是用來描述一個產(chǎn)品暴露在離子射線下的常用術(shù)語。1．伽瑪射線和加速電子射線　　我們可能熟悉的一些普通形式的離子射線有Ｘ－射線，微波和紫外線，這些射線都已在食品中應用，但這部分我們將集中討論兩種其它形式的射線，伽瑪射線和加速電子射線。這兩種射線在消滅和減少食品中的微生物方面有著實際應用實例?！　∶绹鳩DA已批準對豬肉、牛肉、禽肉、羊肉、香料、調(diào)味品進行輻照，也可以用于水果、蔬菜和谷物。有關(guān)食品輻照的要求在21CFRPART179可以查到?！　∶糠N技術(shù)都有自已的術(shù)語，輻照也不例外。KILOGRAY是個用于食品加工業(yè)中描述輻照量值的術(shù)語?！　∮绊懳⑸锏挚馆椪盏囊恍┮蛩匕ǎ?middot;細菌的數(shù)量·細菌的類型·細菌的年齡·氧氣的存在與否·食品的特征　　數(shù)量是主要的，存在的微生物越多，就需越多的射線消滅它們?！　∫话愣裕?middot;芽胞比繁殖體對輻照更有抵抗性。·革蘭氏陽性菌比革蘭氏陰性菌對輻照更有抵抗性。·酵母比霉菌對輻照更有抵抗性。·微生物在生長期時對輻照更敏感。·生物體對輻照的敏感性在無氧時更大。·高蛋白食物和干燥食品能對微生物抵抗輻照提供更多的保護作用?！　≥椪者^程必須科學地設計以保證用最少量的射線最理想的減少微生物。2．輻射消毒（滅菌）　　輻射消毒（滅菌）類似商業(yè)無菌。食品暴露在30～40千戈瑞之間的射線水平下被認為是商業(yè)無菌消毒?！　”┞对?.5～10千戈瑞輻照水平將消除大部分食物的所有病原菌的繁殖體。這種輻照水平稱為針對性輻射殺菌，類似于巴氏殺菌?！　”┞对?.75～2.5千戈瑞輻照水平將消滅大部分食物中的腐敗性微生物。這個過程稱為有選擇的輻射殺菌?！　♀?0或銫137　　食品的商業(yè)輻射通常取決于伽瑪射線和加速電子。伽瑪射線輻照是用鈷60或銫137作為射線源來進行的?！　∮免?0為輻照源的設備適合大批量產(chǎn)品的輻照，提供伽瑪射線的鈷棒，約有一支鉛筆大，貯存在深約30英尺的去離子水的防護池的中心。鈷輻照用10英尺厚的混凝土墻，且用一個系統(tǒng)復雜的鎖和其他安全措施以保護員工們及防止其他外界射線進來。自外運來的食品，送到周圍暴露放射源料的固定位置。對暴露的食品射擊線量值由對伽瑪射線源暴露的單位部分的存放時間而定。　　用銫為伽瑪源的設備可以是小型的，含自我保護裝置，而不需要外部防護。伽瑪源的防護用鋼作單元部分而組成的，這個單元被用來設計以處理一盤食品。當食品放在地上封閉的輻照源的房間里，帶有銫的板會從地下室移上來在要處理食品的周圍?！　≠が斏渚€的優(yōu)點在于伽瑪射線事實上可以穿透所有材料并且能完成對厚的食品的輻照?！　≌J可的輻照機構(gòu)必須建立科學的伽瑪射線輻照程序。這是FDA法規(guī)的要求，21CFRPART139----食品生產(chǎn)、加工和處理的輻照。應嚴格按照確定的程序進行，且應仔細監(jiān)控。關(guān)鍵控制點包括輻照暴露的時間，輻照源的定位和產(chǎn)品裝運方式，鈷60隨時間衰變，要確定產(chǎn)品暴露時間必須計算這種輻照源衰變期。最后，必須正確處理對射線敏感的可見指示器具和劑量儀器，并作為公司質(zhì)量保證計劃的一部分?！　≠が斏渚€系統(tǒng)也有不足之處。輻照不能直接用于存放在特定區(qū)域的已包裝好的食品。這些系統(tǒng)設計用作連續(xù)操作且無法關(guān)掉輻照源。伽瑪射線系統(tǒng)很貴且有輻照源的處理，安全和有關(guān)環(huán)境的問題。3．電子束設備　　用于電子束的設備通常不如伽瑪射線設備應用廣泛，他們適合處理單個的或小批量產(chǎn)品的輻照。電子束的優(yōu)點是輻照能直接射向食品的具體區(qū)域----象種X射線儀-----以具體部位為目標。這種方法暴露在射線敏感區(qū)域的射線最少。當不用時，可以關(guān)掉電子束，且不存在處理有關(guān)危害廢物的問題?！　∪欢?，象伽瑪輻照過程一樣，認可的輻照機構(gòu)也必須確定電子束處理程序。必須確定關(guān)鍵處理參數(shù)并加以控制。這包括發(fā)射速度，電子束特征和產(chǎn)品裝運方式。對關(guān)鍵控制的要求與伽瑪輻照相似?！　∮秒娮邮灿幸恍┎蛔阒帲┩负竦漠a(chǎn)品受限，使該過程對許多類型的食品不適合?！　∫恍┦称酚捎跁淖冿L味、結(jié)構(gòu)或其他質(zhì)量特征，既不能暴露在伽瑪射線，也不能在電子束下。所需的營養(yǎng)成分的丟失也是個問題，尤其是維生素B1對射線非常敏感。輻照能導致射線副產(chǎn)品的產(chǎn)生，稱為射線性化合物。這些副產(chǎn)品被認為是食品添加劑，必須評估其是否安全?！　∽詈?，食品使用輻照要求被輻照的食品通過標簽或其它適當?shù)貥俗R說明經(jīng)過輻照。輻照殺死微生物的優(yōu)缺點優(yōu) 點缺 點對所有類型微生物都有效可能比其他現(xiàn)有技術(shù)更昂貴可能對一些熱敏感食品損壞較少可能引起食品的變化且必須被認可在產(chǎn)品上作食品添加劑將延長產(chǎn)品的貨架期伽瑪射線設備可能引起安全及環(huán)境問題伽瑪射線能穿透厚的材料，能處理大包裝的產(chǎn)品電子束不能穿透厚的產(chǎn)品必須克服公眾對輻照的認識二、高強度脈沖光·由惰性氣體燈產(chǎn)生的快速強光·百萬分之一秒·通過近紅外光譜的紫外·海平面日光強度的20000倍 高強度脈沖光涉及應用光的快速、強烈、放大后的閃光。脈沖光是運用工程技術(shù)產(chǎn)生的，通過在能量儲存器中相對長時間（幾分之一秒）的貯存而在短時間內(nèi)（百萬分之一或千分之一秒）的釋放而積累電子能量得到多級能量的光。貯存的能量脈動惰性氣體燈以產(chǎn)生強烈的閃光只持續(xù)幾百微秒。根據(jù)產(chǎn)品選擇燈的數(shù)量，閃光的形狀及閃光的周期。脈沖光包含從紫外的200nm到近紅外的1nm的波長，是海平面日光強度的20000倍，大多數(shù)脈沖光屬可見光范圍。由于脈沖光的波長太長，不能發(fā)生小分子的離子化。 其抗微生物的效果比非脈沖或連續(xù)波常規(guī)的紫外輻照明顯要強。脈沖光用來消除細菌的繁殖體、細菌的芽胞、真菌分生孢子和其它生物，具有相同效果。這使脈沖光技術(shù)適用于細菌污染的食品和水的處理。脈沖光和穿透性紫外線一樣，能穿透食品和包裝材料。這使處理透明食品，例如水及通過透明包裝材料的食品成為可能。另外，破壞微生物的脈沖光可使那些能導致食品變質(zhì)的酶失活。 脈沖光處理的強度是根據(jù)積分通量或單位面積的光能量，焦爾（J）/cm2來測量。1焦爾少于1/4卡路里，4焦爾的能量能使1克的水溫度升高1℃。0.5J/cm2的一次閃光已經(jīng)表明能消滅每平方厘米中105個細菌的繁殖體、細菌芽胞、真菌分生孢子。已證明每次1J/cm2閃光的多脈沖可使細菌減少107---109。 由純脈沖技術(shù)公司，如加里福尼亞州的SanDiego將他們的脈沖光技術(shù)（純光）向FDA提供資料，將脈沖光為輻照源用于食品添加劑生產(chǎn)，加工和處理。脈沖光的使用在21CFRPART179.14中有說明，并且在以下條件允許應用脈沖光： a）射線源由設計好的氙燈組成發(fā)射多級射線，波長為200到1100nm，且脈沖周期不長于2毫秒（千分之一秒）； b用來控制表面微生物； c脈沖光處理的食品應在達到預期技術(shù)效果下經(jīng)最低處理； d總的累積處理量應不超過12.0J/cm２。 根據(jù)提供給FDA食品添加劑申請資料，表明在具體條件下的應用脈沖光不會引起食品或被處理的微生物發(fā)生有害的化學變化。處理的食品不會導致營養(yǎng)價值的顯著減少。高壓脈沖光消滅微生物的優(yōu)缺點優(yōu) 點缺 點對所有類型微生物都有影響只能用于表面處理。光穿透才有效能通過透明包裝材料處理產(chǎn)品必須在光源處保護員工在處理產(chǎn)品中不會升溫設備最初投資可能高不僅能用于處理產(chǎn)品而且可以處理加工用水設備操作必須密切監(jiān)控以確保應用正確的處理能用于表面處理大量種類產(chǎn)品抑制酶活力為了確保達到理想的殺菌效果，在生產(chǎn)期間必須監(jiān)控燈光（FLUENCE）與燈束（CURRENT），用硅光電二極管以測量閃光燈打開時光的紫外線強度來監(jiān)控燈光。輸出減少表明燈已快結(jié)束它的使用壽命。每次閃光時監(jiān)控燈束。如果比預先設置電流高或低的顯著偏離可能意味著燈或電容的問題。正常設計的系統(tǒng)用來監(jiān)控設備的操作，如檢出異常，應中斷操作。三、高強度脈沖電子場·應用于食品的高電壓·應用在短時電擊中的電壓·在冰點或室溫中處理食品·最適合于灌注食品·破壞微生物的細胞壁 高強度脈沖電子場（PEF）：包含應用將食品置于兩個電極間高壓的短時電擊。高壓要求過程通過建立一個蓄電器貯存電能，然后釋放來實現(xiàn)。在入口周圍或冷庫存溫度下進行處理，不超過1秒，且因為食物加熱而失去的能量最少。這個過程更適合于灌制食品。決定微生物失活是因為電子場而不是產(chǎn)品的電解或歐姆、電阻加熱。 目前研究表明PEF技術(shù)能破壞微生物的細胞壁。整個過程不會導致食品中的化學或物理變化特征發(fā)生變化。加工過程條件由食品特性決定。對任何一種食品PEF條件由以下各可變參數(shù)決定，其包括電子場峰強度（KV/cm）（千伏每厘米），脈沖周期（微秒），脈沖數(shù)量，最初溫度，最高處理溫度，有關(guān)微生物種類和微生物接種。在處理中加工溫度的增加看來能加大微生物的死亡。 PEF對生長的致病菌和腐敗的有機體最有效，但消滅孢子要求用高電壓長時間處理。研究表明PEF有助于延長對罐制的貨架壽命穩(wěn)定的酸性巴氏殺菌食品和要求用巴氏殺菌的冰箱食品的貨架期。 在食品中殺滅微生物的高強度脈沖電子場已在世界許多國家開始研究。在美國領先的工業(yè)公司之一，純脈沖技術(shù)公司，如加里弗尼亞的SanDiego已提交資料給FDA以支持他們用PEF對液體及灌制食品進行微生物處理。FDA審查過這份資料以后，決定食品添加劑法規(guī)不需要PEF，只要遵守良好的操作規(guī)范的要求。用高強度脈沖電子場處理任何食品中未發(fā)現(xiàn)有品質(zhì)的變化。選擇的液體食品的PEF加工條件食 品濃縮蘋果汁新鮮蘋果汁生的脫脂牛奶攪碎的蛋綠豆湯電子場（KV/cm）5050403535脈沖同期22222脈沖數(shù)量1016201032最初溫度（℃）8.58.510.08.522.0最高處理溫度（℃4545504553貯存溫度（℃）22--254--64—64--64--6貨架壽命（天）2821142810從1995年12月食品技術(shù)用高強度脈沖電子場進行巴氏殺菌。 在食品中運用高強度電子場殺滅微生物，還需要經(jīng)過對不同產(chǎn)品做進一步的研究。應考慮有關(guān)微生物種類、原料帶菌情況、待處理產(chǎn)品的特性、產(chǎn)品的儲存運輸處理條件和最佳消費狀態(tài)多方面因素。建立在科學研究基礎上的具體實施條件將是整個過程的關(guān)鍵因素。高強度脈沖電子場殺滅微生物的優(yōu)缺點優(yōu) 點缺 點消滅大量致病菌和腐敗有機體對孢子需要高劑量和長時間產(chǎn)品中有輕微的溫度升高只能用于液體或灌制食品與熱處理比較可能價格較低同時只能用于貨架穩(wěn)定酸性食品和冰箱食品產(chǎn)品沒有變化，維生素和酶無損失必須對每一種具體的產(chǎn)品設計過程四、紫外線·空氣和表面消毒·液體的巴氏消毒 紫外線是一些食品在巴氏消毒水平上的另一種過程，許多年來把紫外線用作空氣和表面消毒。 根據(jù)波長可基本分為三種形式的紫外線：長波、中波和短波。所有紫外線波長都比可見光短且不能被人看見。紫外光是于253.7nm范圍內(nèi)的紫外燈產(chǎn)生的。 為了使紫外線殺死細菌和其他微生物，他們必須接觸到微生物體上，且每種微生物體必須吸收足夠數(shù)量的能量以被殺死。使微生物失活必需的劑量是由時間和強度來決定。 近來，用紫外線進行巴氏消毒透明液體的過程已經(jīng)發(fā)展了。這個過程包括灌輸液體薄膜在預定的速率下通過紫外光，在這個過程中發(fā)現(xiàn)顯著地減少了液體的生物運載量。 對天然的紫外光、流速、混濁度、產(chǎn)品性質(zhì)和燈輸出需要連續(xù)監(jiān)控。 對其他系統(tǒng)有一些要求：紫外光必須穿透進入產(chǎn)品。這就是為什么該過程被限制用于透明液體。紫外光殺菌的優(yōu)缺點優(yōu) 點缺 點系統(tǒng)價格比其他低只能用于透明液體薄膜的表面面統(tǒng) _____________________________________________________________________________________________五、高壓加工·置于壓力為65-80磅下的食品·在軟包裝內(nèi)食品·無菌包裝的灌制可能產(chǎn)生壓力·改變結(jié)構(gòu)和細胞壁的通透性 早在19世紀未和20世紀初美國人像Hitt（1899）和Bridgman（1914）就對保鮮食品的壓力過程進行了研究，直到1985年前后才引起食品、制藥和生物工業(yè)的關(guān)注。高壓加工（ＨＰＰ）近來在食品灌裝和生物技術(shù)工業(yè)上引起人們極大的關(guān)注。在HHP技術(shù)的應用方面，日本處于領先地位，并生產(chǎn)出果醬、果凍、水果汁和酸乳酪。 食物的高壓加工要求65-80磅的壓力。它要求非常特殊的設備。如果食物被包裝軟或半軟包裝內(nèi)，放在裝滿水的容器內(nèi)于高壓下１－２０分鐘的時間。一些食品如桔子汁可能在壓力室內(nèi)批處理，然后無菌灌裝預先消毒的包裝內(nèi)。 高壓過程可能引起食品的一些變化包括組織內(nèi)部的變化，高壓導致蛋白質(zhì)凝膠化、由于細胞壁破裂，酶活動可能增強，高壓加工本身對食品腐敗有機體沒有影響。整個水果或蔬菜可能通過機械壓縮而變形，形成難以描述的水果和蔬菜，如果汁、果醬、果丁、果片和混合食品。 微生物對高壓敏感。高壓加工必須考慮微生物的種類、產(chǎn)品特性、理想的過程（巴氏殺菌或商業(yè)消毒）和產(chǎn)品銷售方式。殺滅微生物主要是由結(jié)構(gòu)變化和細胞壁破裂而引起的。 研究表明在65-80磅的高壓加工對生長的細菌、酵母和霉菌是非常有效，且產(chǎn)品的水分活度接近于１。但芽胞對高壓不會失活，而要另外加熱或其他一些作用以達殺死的高水平。高壓殺死微生物的優(yōu)缺點優(yōu) 點缺 點處理過程中不加熱，食物保持新鮮酶活力可能增加過程能應用在最終包裝的產(chǎn)品可引起蛋白質(zhì)凝膠、注釋及膨脹對液體食品過程能作為無菌過程的一部分被應用引起食物組織內(nèi)變化酶活力可以停止設備的初裝費高額細菌的孢子、霉菌和酵母可能要求不同高壓須消滅時間長六、歐姆加熱·加熱通過產(chǎn)品自我傳導·應用于產(chǎn)品的交流電·穿透的深度無限制·在產(chǎn)品中無大的熱梯度·由產(chǎn)品的傳導性及加熱的剩余時間控制的加熱·加熱殺死微生物 歐姆加熱和無菌微粒處理繼續(xù)使用測試熱處理致死微生物體的方法的時間，同時用加熱產(chǎn)品的新方法和過程決定以保證熱處理傳遞給產(chǎn)品。 通常用的微波加熱，電能轉(zhuǎn)化成熱能。然而不象微波加熱穿透的深度是完全無限制且加熱的程度由通過產(chǎn)品的電傳導的空間一致性及產(chǎn)品在加熱皿中的抗熱時間控制。由于大多數(shù)實際的目的產(chǎn)品在加熱時沒有經(jīng)歷大的溫度梯度且液體與顆粒同時被加熱。 歐姆加熱最適合無菌包裝產(chǎn)品。用于處理和包裝其它滅菌產(chǎn)品的設備能用作處理歐姆加熱產(chǎn)品。歐姆無菌系統(tǒng)與其它任何一種無菌系統(tǒng)主要不同是加熱的方法。 由于歐姆加熱運用食品的耐力及商業(yè)電流以加熱食物有好于通常加熱系統(tǒng)的優(yōu)點，包括：加熱表面不燃燒，加熱期間產(chǎn)品不許攪動，液體載體不需過分加熱以加熱顆粒和顆粒受熱均勻。 歐姆加熱依靠產(chǎn)品電傳導。但歐姆加熱將不能直接加熱脂肪，油、酒精、骨或晶體結(jié)構(gòu)如冰。 歐姆加熱用于熱殺死微生物的控制與其他熱處理過程相似。然而在設計歐姆加熱過程時，許多方面必須引起重視，產(chǎn)品具體的耐電性及它隨溫度的變化必須在過程的商業(yè)應用期間被決定和控制。產(chǎn)品的流速對產(chǎn)品的加熱是關(guān)鍵，在歐姆加熱器中產(chǎn)的速成率和加熱周期是主要的困素。如果產(chǎn)品在加熱器中變化狀態(tài)（從液體到固體或液體到氣體）產(chǎn)品中可能產(chǎn)生弧光。由于這些原因?qū)Υ蠖鄶?shù)應用必須數(shù)設計考慮具體產(chǎn)品成功的殺滅微生物的食品歐姆過程要求在歐姆過程上的嚴格控制。應該由有知識經(jīng)驗的人建立操作程序，應該保持嚴格的控制在：產(chǎn)品配方、流速、在試管中的產(chǎn)品溫度和發(fā)現(xiàn)對過程是關(guān)鍵的其它任何因素。 然而歐姆加熱對那些希望生產(chǎn)高體積、高價值、低酸、貨架穩(wěn)定的包含顆粒的產(chǎn)品，及生產(chǎn)只要求巴氏殺菌過程的酸性和冷藏食品應提供承諾。歐姆加熱的優(yōu)缺點優(yōu) 點缺 點消毒顆粒直徑在1寸以上過程依靠產(chǎn)品的傳導性對產(chǎn)品加熱對顆粒機械損傷最小不能用于脂肪、油、酒精、骨或冰顆粒的統(tǒng)一加熱產(chǎn)品配方必須仔細控制以控制電阻避免運載流的過分處理生產(chǎn)設備設計用于具體產(chǎn)品能處理80%以上的固體對顆粒低酸貨架移是食品的處理難于設計和記錄設備污染最小在產(chǎn)品加熱中天熱傳移至表面一些食物可能要求熱或化學的再處理過程以上開始或改變傳導性減少營養(yǎng)色澤和風味的損失必須控制產(chǎn)品流速和溫度以保證殺死微生物七、臭氧·殺菌劑·加工和處理 臭氧作為殺菌劑的使用并不新鮮了。在加工水中用臭氧殺死微生物，例如蔬菜加工者。這種處理允許加工水重復使用而不是倒掉。在美國和其他國家這種方法處理飲用水也有多年。臭氧另一個優(yōu)點，不象氯，在處理的水中無毒性殘留。 臭氧也用在封閉區(qū)域中的表面處理，如冰箱。它可以減少或消滅包括冰箱表面和內(nèi)部存放產(chǎn)品表面的霉菌。臭氧作為氯的替代物有潛在的用途。這是更強的消毒劑，能殺死大量不同的微生物體，潛在用途之一是消毒新鮮的水果和蔬菜。臭氧用來消毒新鮮水果和蔬菜尚未被FDA認可。由臭氧殺死微生物優(yōu) 點缺 點能用于殺滅水中致病菌未被FDA認可水中無毒性殘留對大范圍的生物體有效能用于冰箱和內(nèi)存放產(chǎn)品的表面消毒劑