食品加工工艺与营养成分的关系

【专家解说】：食品杀菌新技术 　　食品是动植物的加工制品，大多数食品含有丰富的营养物质，容易滋生微生物，从而导致食品腐败变质。任何食品的加工技术，其实质就是一种用一定技术对食品原料进行色、香、味、形再调制而得以长期保存食物，以满足人们不同嗜好的手段。近年来我国食品加工技术有了很大进步，然而在杀菌技术的研究开发方面还存在较多问题。了解世界杀菌技术新动向有助于改善我国在此领域的落后状况，也是发展我国食品加工技术的迫切需要。 　　食品杀菌技术是食品工业中的核心技术之一，从某种意义上讲，食品工业的发展史就是一部食品杀菌技术的发展史。食品的杀菌技术，就是运用各种手段，杀灭食品自身污染的、从食品包装容器带入的、加工与调配过程中由操作人员和设备引入的以及生产环境中存在的各种有害微生物，从而保持食品品质并达到一定保藏期的一种技术。杀菌费用在一些食品的加工成本中占相当大的比例，直接影响产品的价格和市场竞争力，杀菌工艺的好坏直接影响产品的质量，因此应大力开展杀菌技术的研究。杀菌技术按杀(除)菌方式一般可分为加热杀菌技术、化学药剂杀菌技术、辐射杀菌技术(γ-射线、微波、红外线等)、过滤除菌法以及加热与其他手段相结合的杀菌技术等。各种杀菌技术发展的历史长短不一，有着各自的特点和适用范围。现将现代食品工程中应用的各种新杀(除)菌方法的特点、研究现状及其应用领域作以介绍。 1　研究现状 1.1 热力杀菌技术　　 　　利用加热杀灭食品中有害微生物的方法既是古老的方法，也是近现代极其重要的一种杀菌技术。1804年，法国人阿佩尔(Appert)发明了将食品装瓶放于沸水中煮一段时间，能较长时间保藏食品的方法，19世纪50年代，法国人巴斯德(Pasteur)阐明了食品的微生物腐败机理，为杀菌技术的发展奠定了理论基础。 　　食品热力杀菌可分为低温杀菌法(巴氏杀菌)、高温短时杀菌法和超高温瞬时杀菌法。前两种方法，由于杀菌效果稳定，操作简单，设备投资小，已有悠久的应用历史，现今还广泛用在各类罐藏食品、饮料、酒类、药品、乳品的生产中。后一种方法，由于其独特的优点，已发展为一种高新食品杀菌技术。 1.2 超高温瞬时杀菌技术(UHT) 　　超高温杀菌于1949年随着斯托克(Stork)装置的出现而问世，其后国际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，然后保持几秒钟，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，大大优越于上述两种热力杀菌法。配合食品无菌包装技术的超高温式杀菌装置在国内外发展很快，目前这种杀菌技术已广泛用于杀菌乳、果汁及各种饮料、豆乳、酒等产品的生产中。 1.3 电阻加热杀菌技术 　　电阻加热杀菌也叫欧姆杀菌，是一种新型热杀菌方法，它借通入的电流使食品内部产生热量而达到杀菌的目的，是酸性和低酸性食品和带颗粒(粒径小于25mm)食品进行连续杀菌的一种新技术。 　　电阻加热杀菌使用交流电的频率为50～60Hz，它利用电极将电流直接导入食品，由食品自身的介电性质产生热量，以达到杀菌的目的。电阻加热的适用性由食品物料的电导率来决定，大多数能用泵输送的、溶解有盐类离子且含水量在30%以上的食品都可用电阻加热来杀菌，且效果很好，而一些脂肪、糖、油、未添加盐的处理水等非离子化的食品则不适用该技术。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。 1.4 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，从而使细菌的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。 　　臭氧杀菌具有高效、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。 1.5 辐照杀菌技术 　　自从原子能和平利用以来，经过40多年的研究开发，人们成功地利用原子辐射技术进行食品杀菌保鲜。辐照就是利用X射线、γ射线或加速电子射线(最为常见的是Co60和Cs137的γ射线)对食品的穿透力以达到杀死食品中微生物和虫害的一种冷灭菌消毒方法。受辐照的食品或生物体会形成离子、激发态分子或分子碎片，进而这些产物间又相互作用，生成与原始物质不同的化合物，在化学效应的基础上，受辐照物料或生物体还会发生一系列生物学效应，从而导致害虫、虫卵、微生物体内的蛋白质、核酸及促进生化反应的酶受到破坏、失去活力，进而终止农产品、食品被侵蚀和生长老化的过程，维持品质稳定。 　　1980年联合国粮农组织(FAO)、国际原子能机构(IAEA)和世界卫生组织(WHO)联合专家委员会，提出了“用10KGY以下剂量辐照的任何食品，都没有毒理学方面问题，没有必要进行毒理学试验”的建议，从而在世界范围内推进了辐照在食品生产中的商业化应用。 1.6 微波杀菌技术 　　微波指波长在0.001～1m(频率300～300000MHz)的电磁波。它能以光速向前直进，遇到物体阻挡，能引起反射、穿透、吸收等现象，用于杀菌的微波频率为2450MHz。研究结果普遍认为微波对微生物的致死效应有2个方面的因素，即热效应和非热效应。热效应是指物料吸收微波能，使温度升高从而达到灭菌的效果。而非热效应是指生物体内的极性分子在微波场内产生强烈的旋转效应，这种强烈的旋转使微生物的营养细胞失去活性或破坏微生物细胞内的酶系统，造成微生物的死亡。微波杀菌具有穿透力强、节约能源、加热效率高、适用范围广等特点，而且微波杀菌便于控制，加热均匀，食品的营养成分及色、香、味在杀菌后仍接近食物的天然品质。微波杀菌目前主要用于肉、鱼、豆制品、牛乳、水果及啤酒等的杀菌。 1.7 远红外线杀菌技术 　　对红外线的利用始于20世纪，1935年美国福特汽车公司的格罗维尼(Groveny)首先取得将红外线用于加热和干燥的专利。食品中的很多成分及微生物在3～10μm的远红外区有强烈的吸收。远红外加热杀菌不需要传媒，热直接由物体表面渗透到内部，因此不仅可用于一般的粉状和块状食品的杀菌，而且还可用于坚果类食品如咖啡豆、花生和谷物的杀菌与灭霉以及袋装食品的直接杀菌。 日本三兹公司首创的红外线无菌包装机，全机由ML-501型封装机和MS-801型通道式红外线热收缩机组成。该机可根据被包装物形状和大小的不同，选用相应厚度和颜色的热收缩薄膜，同时在热辐射中灭菌，其灭菌程序简便，包装质量大大超过手工包装，而且包装 效率提高6～8倍。 1.8 紫外线杀菌技术 　　紫外线按其波长不同可分为3段:长波段(3200～4000 )，中波段(2750～3200 )，短波段(1800～2750 )。处于2400～2800 区段的紫外线杀菌力较强，而最强的波长为2500～2650 ，多以2537 作为紫外线杀菌的波长。当微生物被紫外线照射时，其细胞的部分氨基酸和核酸吸收紫外线，产生光化学作用，引起细胞内成分，特别是核酸、原浆蛋白、酯的化学变化，使细胞质变性，从而导致微生物的死亡。紫外线进行直线传播，其强度与距离平方成比例地减弱，并可被不同的表面反射，穿透力弱，广泛用于空气、水及食品表面、食品包装材料、食品加工车间、设备、器具、工作台的灭菌处理。 1.9 磁力杀菌技术 　　磁力杀菌是把需消毒杀菌的食品放于磁场中，在一定磁场强度作用下，使食品在常温下起到杀菌作用。由于这种杀菌方式不需加热，具有广谱杀菌作用，经处理后的食品，其风味和品质不受影响，主要适用于各种饮料、流质食品、调味品及其他各种包装的固体食品。 1.10 高压电场脉冲杀菌技术 　　高压电场脉冲杀菌是将食品置于两个电极间产生的瞬间高压电场中，由于高压电脉冲(HEEP)能破坏细菌的细胞膜，改变其通透性，从而杀死细胞。 　　高压脉冲电场的获得有2种方法。一种是利用LC振荡电路原理，先用高压电源对一组电容器进行充电，将电容器与一个电感线圈及处理室的电极相连，电容器放电时产生的高频指数脉冲衰减波即加在两个电极上形成高压脉冲电场。由于LC电路放电极快，在几十至几百个微秒内即可以将电场能量释放完毕，利用自动控制装置，对LC振荡器电路进行连续的充电与放电，可以在几十毫秒内完成杀菌过程。另一种是利用特定的高频高压变压器来得到持续的高压脉冲电场。杀菌用的高压脉冲电场强度一般为15～100kV/cm，脉冲频率为1～100kHz，放电频率为1～20kHz。 　　高压电场脉冲杀菌一般在常温下进行，处理时间为几十毫秒，这种方法有2个特点:一是由于杀菌时间短，处理过程中的能量消耗远小于热处理法。二是由于在常温、常压下进行，处理后的食品与新鲜食品相比在物理性质、化学性质、营养成分上改变很小，风味、滋味无感觉出来的差异。而且杀菌效果明显(N/No<10-9)，可达到商业无菌的要求，特别适用于热敏性食品，具有广阔的应用前景。 1.11 超声波杀菌技术 　　超声波是频率大于10kHz的声波。超声波同普通声波一样属于纵波。超声波与传声媒质相互作用蕴藏着巨大的能量，当遇到物料时就对其产生快速交替的压缩和膨胀作用，这种能量在极短的时间内足以起到杀灭和破坏微生物的作用，而且还能够对食品产生诸如均质、催陈、裂解大分子物质等多种作用，具有其他物理灭菌方法难以取得的多重效果，从而能够更好地提高食品品质，保证食品安全。朱绍华采用超声波发生仪作为灭菌设备，以酱油为灭菌对象，取得了良好的效果。 1.12 脉冲强光杀菌技术 　　脉冲强光杀菌技术是采用强烈白光闪照的方法进行灭菌，它由一个动力单元和一个惰性气体灯单元组成。动力单元是一个能提供高电压高电流脉冲的部件，它为惰性气体灯提供能量，惰性气体灯能发出由紫外线至近红外区域的光线，其光谱与太阳光十分相近，但强度却强数千倍至数万倍，光脉冲宽度小于800μs。该技术由于只处理食品的表面，从而对食品的风味和营养成分影响很小，可用于延长以透明材料包装的食品及新鲜食品的货架期。周万龙等研究表明，脉冲强光对枯草芽孢杆菌、酵母菌都有较强的致死效果，30余次闪照后，可使这些菌由105个减少到0个;脉冲强光起杀菌作用的波段可能为紫外线，但其他波段可能有协同作用。 1.13 超高压杀菌技术 　　近年来，由日本率先研制出一种新型的食品加工保藏技术，这就是超高压杀菌技术。所谓高静压技术(HighHydrostaticPressure简称HHP)就是将食品密封于弹性容器或置于无菌压力系统中(常以水或其他流体介质作为传递压力的媒介物)，在高静压(一般100MPa以上)下处理一段时间，以达到加工保藏的目的。在高压下，会使蛋白质和酶发生变性，微生物细胞核膜被压成许多小碎片和原生质等一起变成糊状，这种不可逆的变化即可造成微生物死亡。微生物的死亡遵循一级反应动力学。对于大多数非芽孢微生物，在室温、450MPa压力下的杀菌效果良好;芽孢菌孢子耐压，杀菌时需要更高的压力，而且往往要结合加热等其他处理才更有效。温度、介质等对食品超高压杀菌的模式和效果影响很大。间歇性重复高压处理是杀死耐压芽孢的良好方法。 　　日本最新开发出的超高压杀菌机，操作压力达304～507MPa。超高压杀菌的最大优越性在于它对食品中的风味物质、维生素C、色素等没有影响，营养成分损失很少，特别适用于果汁、果酱类食品的杀菌。 1.14 膜过滤除菌技术 　　随着材料科学的发展，各种可用于物料分离的膜相继出现，膜分离技术已在食品、生物制药等工业生产中得到广泛应用，例如生化物质的提取、纯水的制备、果汁的浓缩等。膜分离过程根据推动力的不同，大体上可分为两种。一类是以压力为推动力的膜过程，如超滤;另一类是以电为推动力的膜过程，称为离子交换，如电渗析。以压力为推动力的膜过程，根据膜所用的孔径和截留能力可以分为微孔过滤、超滤和反渗透等。 　　通常膜的孔径为0.0001～10μm，而物料中微生物粒子大小一般在0.5～2μm，若选用孔径小于微生物的膜，使料液通过膜过滤器进行过滤，则菌体粒子被截留，称之为过滤除菌。 　　膜过滤除菌技术具有耗能少、在常温下操作、适于热敏性物料、工艺适应性强等优点，其应用前景广阔，现已广泛用于食品、生化、制药、用水及空气、乳品、果汁等的过滤除菌。 　　食品工程中的杀菌技术还很多，如:二氧化氯杀菌技术、氯气杀菌技术、电子灭菌技术、加热与加压并用杀菌技术、加热与化学药剂并用杀菌技术、加热与辐射并用杀菌技术、静电杀菌技术等。这些技术正在得以研究和应用。 2 发展趋势与对策 　　当代食品杀菌技术多种多样，有各自的特点和应用范围，人们也在不断探索新的杀菌方法。现代食品杀菌工艺正在逐步摆脱传统的加热杀菌方式，或采用低温冷杀菌，或采用各种除菌方法，或运用现代的各种包装技术与杀菌工艺密切配合，或运用现代的加工技术如冷冻干燥、真空浓缩、冷藏、冷冻、真空浸渍等，以求最大限度地减少食品中各种营养成分的损失，尽可能保持食品的原有风味，尽可能提高杀菌技术的经济性、方便性，完善食品的包装与贮藏条件，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。面临世界性的食品资源紧缺、能源枯竭、环境污染、人口爆炸等诸多问题，迫切要求经济的、便捷的、实用的、多功能的高新食品杀菌技术得以大力研究，快速发展，以适应食品工业的现代化。 　　近年来我国食品工业进入快速发展时期，这对我国相对落后的杀菌技术研究提出了严峻的挑战，迫切要求我们积极引进并吸收国外先进技术，深入进行杀菌工程技术的研究与开发，深化科研体制改革，加大科研投入力度，实施大兵团作战模式，机械、化工、生化、微生物、高级物理、电子等各学科科研人员团结一致，密切合作，尽快构架我国杀菌工程技术研究与推广体系，促使我国杀菌工程技术在近年来得到快速提高，缩小与国际先进水平的差距，以促进我国食品工业的进一步发展。 另外传统的巴氏杀菌： 巴氏杀菌是利用低于100摄氏度的热力杀灭微生物的消毒方法，由德国微生物学家巴斯德于1863年发明，至今国内外仍广泛应用于牛奶、人乳及婴儿合成食物的消毒。 新鲜原奶中的生物活性物质十分怕热，如果用摄氏100度的消毒方法，则原奶中的生物活性物质将被破坏，而且原奶中的维生素、蛋白质等也有损失。 巴斯德通过大量科学实验证明，如果原奶加工时温度超过85℃，则其中的营养物质和生物活性物质会被大量破坏，但如果低于85℃时，则其营养物质和生物活性物质被保留，并且有害菌大部分被杀灭，有些有益菌却被存留。所以，将低于85℃的消毒法称作巴氏消毒法，可以说，这是新鲜牛奶最科学、最好的加工工艺。采用巴氏灭菌法生产的鲜奶，其营养价值和保健功能与新鲜原奶基本相同。 现用的巴氏杀菌方法一般有两种：一是加热到61.1～65.6摄氏度之间，30分钟；二是加热到71.7摄氏度，至少保持15秒钟。 由于巴氏消毒法所达到的温度低，故达不到灭菌的程度。但是它可使布氏杆菌、结核杆菌、痢疾杆菌、伤寒杆菌等致病微生物死亡，可以使细菌总数减少90％－95％，故能起到减少疾病传播，延长物品的使用时间的作用。另外，这种消毒法不会破坏消毒食品的有效成份，且方法简单。