冷杀菌技术在包装与食品加工机械上的应用

　　消费者对于食品的要求一般是食用安全、性质稳定、不加添加剂。在传统食品加工中主要采用热杀菌，从而导致营养物质破坏，变色加剧，挥发性成分损失。冷杀菌（物理杀菌）是当代一类崭新的技术，物理杀菌条件易于控制，外界环境影响较小，由于杀菌过程中食品的温度并不升高或升高很低，即有利于保持食品功能成分的生理活性，又有利于保持色、香、味及营养成分，所以包装与食品机械的设计与制造上采用冷杀菌技术是非常必要的。
　　超高压杀菌技术
　　这是20世纪80年代末开发的杀菌技术，食品在超高压100～1000MPa压力下，具有良好的灭菌效果。超高压对微生物的致死作用主要是通过破坏其细胞壁，使蛋白质凝固，抑制酶的活性和DNA等遗传物质的复制等实现的。一般而言，压力越高杀菌效果越好。在相同压力下延长受压时间并不一定能提高灭菌效果。在400～600MPa的压力下，可以杀灭细菌、酵母菌、霉菌，避免了一般高温杀菌带来的不良变化，超高压“冷杀菌”技术先进性是高压、常温灭菌，采用此技术对食品饮料处理后，不但具备高效杀菌性，而且能完好保留了食品饮料中的营养成分，产品口感佳，色泽天然，安全性高，保质期长，这是传统高温热力杀菌方法所不具有的优点。
　　食品超高压处理技术被称为“食品工业的一场革命”、“当今世界十大尖端科技”等，可被应用于所有含液体成分的固态或液态食物，如水果、蔬菜、奶制品、鸡蛋、鱼、肉、禽、果汁和酱油、醋、酒类等。超高压食品符合21世纪新型食品的简便、安全、天然、营养的消费需求，相信它有着巨大的替在市场和广阔的发展前景。
　　超高压脉冲电场杀菌
　　它是用高压脉冲器产生的脉冲电场进行杀菌的。脉冲产生的电场和磁场的交替作用，使细胞膜透性增加，膜强度减弱，最终膜被破裂，膜内物质外流，膜外物质渗入，细菌体死亡。电磁场的作用，产生电离作用，阻断了细胞膜的正常生物化学反应和新陈代谢，使细菌体内物质发生变化。国内外对此技术已作了许多研究，并设计出相应处理装置，有效地杀灭与食品腐败有关的几十种细菌。法国、美国一些厂家已将这种电场破坏细胞的新技术用于实践，避免了加热引起的蛋白质变性和维生素破坏等一系列缺点。
　　强磁脉冲杀菌技术
　　该技术采用强脉冲磁场的生物效应进行杀菌，在输液管外面，套装有螺旋型线圈，磁脉冲发生器在线圈内产生（2～10）T的磁场强度。当液体物料通过该段输液管时，其中的细菌即被杀死。本技术具有下列特点：杀菌时间短，杀菌效率高。杀菌效果好且温升小，能做到既能杀菌，又能保持食品原有的风味、滋味、色香、品质和组分（维生素、氨基酸等）不变。不污染环境，不污染产品，无噪音，经济实用，是理想的绿色产品。适用范围广，能用于各种罐装（或封装）前液态物料例如酒类产品（啤酒、黄酒、低度曲酒、各种果酒等），液态食品（例如牛奶、豆奶、果蔬菜汁饮料）以及矿泉水、纯净水、自来水及其他饮用水的消毒杀菌。
　　脉冲强光杀菌
　　脉冲强光杀菌是采用脉冲的强烈白光闪照方法进行灭菌的技术。其最基本的结构是动力单元和惰性气体灯单元，通过由动力单元向惰性气体灯单元提供能量，以使惰性气体灯发出与太阳光谱相反，但强度更强的紫外线至红外线区域光进行杀菌。脉冲光使用高强度白光的极短脉冲，杀死食品表面的微生物。该高强度的白光类似阳光，但仅以几分之一秒钟的速度反射出来，比阳光更强，能迅速杀死细菌。在脉冲强光下使微生物致死作用明显，可进行彻底杀菌用。在操作时对不同的食品、不同的菌种，需控制不同的光照强度与时间。
　　微波杀菌
　　微波是频率从300MHz～300GMHz的电磁波。微波与物料直接相互作用，将超高频电磁波转化为热能的过程。微波杀菌是微波热效应和生物效应共同作用的结果。微波对细菌膜断面的电位分布影响细胞膜周围电子和离子浓度，从而改变细胞膜的通透性能，细菌因此营养不良，不能正常新陈代谢，生长发育受阻碍死亡。从生化角度来看，细菌正常生长和繁殖的核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）是由若干氢键紧密连接而成的卷曲大分子，微波导致氢键松弛、断裂和重组，从而诱发遗传基因或染色体畸变，甚至断裂。微波杀菌正是利用电磁场效应和生物效应起到对微生物的杀灭作用。实践证明采用微波装置在杀菌温度、杀菌时间、产品品质保持、产品保质期及节能方面都有明显的优势。
　　放射线杀菌
　　放射线同位素放出的射线通常有a、β、γ三种射线，用于食品内部杀菌的只有γ射线。γ射线是一种波长极短的电磁波，对物体有较强的穿透力，微生物的细胞质在一定强度γ射线下，没有一种结构不受影响，因而产生变异或死亡。微生物代谢的核酸代谢环节能被射线抑制，蛋白质因照射作用而发生变性，其繁殖机能受到最大的损害。射线照射不引起温度上升，故这种杀菌方式被称为“冷杀菌”。微生物对放射线的抵抗力，一般抗热力大的细菌，对放射线的抵抗力也较大，但也有例外。
　　紫外线杀菌
　　日光能杀灭细菌，主要是紫外线的作用，其杀菌原理是微生物分子受激发后处于不稳定的状态，从而破坏分子间特有的化学结合导致细菌死亡。微生物对于不同波长的紫外线的敏感性不同，紫外线对不同微生物照射致死量也不同，革兰氏阴性无芽孢杆菌对紫外线最敏感。杀死革兰氏阳性球菌的紫外线照射量需增大5～10倍。又因紫外线穿透力弱，适用于对空气、水、薄层流体制品及包装容器表面的杀菌。
　　臭氧杀菌
　　臭氧氧化力极强，仅次于氟，能迅速分解有害物质，杀菌能力是氯的600～3000倍，其分解后迅速地还原成氧气。利用其性能的臭氧技术在欧美、日本等发达国家早就得到广泛应用，是杀菌消毒、污水处理、水质净化、食品储存、医疗消毒等方面的首选技术。美国华盛顿大学医学研究人员发现臭氧可以抑制癌细胞的生长；日本石川岛播麻重工业公司证明，臭氧水有望成为最佳的果蔬杀菌剂，其杀菌效果明显优于次氯酸钠；中国医学科学院研究证明，臭氧可以有效地杀灭淋球菌，并且对水中的重金属有分解作用。试验证明臭氧水是一种广谱杀菌剂，它能在短时间内有效地杀灭大肠杆菌、蜡杆菌、痢疾杆菌、伤寒杆菌、流脑双球菌等一般病菌以及流感病菌、肝炎病毒等多种微生物。可杀死和氧化鱼、肉、瓜果蔬菜、食品表面能产生异变的各种微生物和果蔬脱离母体后继续进行生命活动的微生物，加速成熟乙烯气体，延长保鲜期，利用臭氧水洗涤蔬菜瓜果，可以有效清除其表面的残留农药、细菌、微生物及有机物，解决农药给人们带来的隐患，同时避免了用洗洁净洗涤瓜果蔬菜带来的二次污染；能彻底杀灭水中的细菌，消除有机物，净化饮水，除去水中及被清洗物的异味、臭味、分解重金属。
　　超声波杀菌
　　频率在9～20千赫／秒以上的超声波，对微生物有破坏作用。它能使微生物细胞内容物受到强烈的震荡而使细胞破坏。一般认为在水溶液内，由于超声波作用，能产生过氧化氢，具有杀菌能力。也有人认为微生物细胞液受高频声波作用时，其中溶解的气体变为小气泡，小气泡的冲击可使细胞破裂，因此，超声波对微生物有一定的杀灭效应。
　　高能射线杀菌技术高能射线杀菌是利用放射性元素CO60和Cs17衰变时放出的射线作为照射源的一种杀菌方法。用于冷杀菌技术是电离辐射，射线在照射过程中会产生直接效应和间接效应；直接效应是微生物细胞间质受高能电子照射后发生的电离作用和化学作用；间接效应是水分接受射线后产生电离作用再与胞内其他物质作用。这两种作用阻断胞内一切活动，导致微生物死亡。对于不同菌种，控制不同辐照剂量，不但不会破坏食品色、香、味；不会有非食品物质残留，而杀菌效果明显。所以，目前这种杀菌技术多用于肉制品、水果保鲜及水处理等。
　　低温调理杀菌
　　法国开发了这种特别用于调理菜肴的杀菌技术。他们将菜肴配料混装在袋中，在真空下进行低温调理杀菌，可以避免多次加热杀菌带来的对成品质量的不良影响。近年，日本又开发了低温充气包装杀菌技术，也可应用于某些调理食品。
　　生物保藏
　　被认为是自然保藏法。利用抵抗微生物或天然杀菌素以控制食品中本身存有的致病菌生长以及霉菌毒素原生真菌的生长。这是食品生物技术中趋活跃的研究开发领域之一，很有开发应用前景。
　　活性包装
　　指具有常规包装物性能以外的特殊功能的包装技术。如在包装材料中加入具有吸氧作用的组分，从而在包装食品保存期中消除食品周围的氧气，达到食品安全保存的要求。活性包装与传统包装相比是一种新的包装观念。它是通过改变包装条件来延长商品的货架期或改善食品的安全性和感官性质，同时维持食品的品质。活性包装不仅仅是产品与外界环境的屏障，它结合了先进的食品包装和材料科学技术，最大限度地维持包装食品的质量。目前已有的活性包装包括以下功能：脱氧，脱乙烯，清除、释放CO2，调湿，抗菌，吸收不良气味，释放乙醇等，许多活性包装已广泛应用于食品、医药、日用品的储运。
　　抗菌包装
　　食品表面的微生物是影响食品货架期和安全性的主要因素之一。抗菌能杀死或立即控制食品在加工、储运和处理过程中表面的微生物，延长食品的货架期和安全性。将包装材料和防腐剂组合，对包装材料的聚合物进行辐射处理，或气流喷射等方法都可以使包装袋具有抗菌活性。
　　栅（栏）障（碍）技术
　　将制约食品保藏的各种因素巧妙结合应用的综合方法。它视食品对象而异，通过必要的处理，建立一系列有效抑制微生物生长并使其遭受杀灭的重要栅（栏）障（碍），诸如一定的水分、一定的pH值、一定的温度、一定的气体氛围等，以保持食品在保质期内的稳定性。中国的某些传统肉制品，不需冷藏而能储存较长时间，其原理也在于此。应用现代科学手段，在明确了与食品保藏稳定性相关的关键因素的基础上，发展此项技术，有助于实现一些传统食品的工业化。
　　膜分离技术
　　膜分离是一种分子级分离，主要的膜系统按膜孔紧密程度由密到疏，可分为反渗透（RO）、纳米过滤（N）、超滤（F）、微滤（MF）。将微滤技术和色谱方法及化学处理、酶处理结合起来，将乳蛋白中各种组合分开，得到酪蛋白和乳清蛋白。免疫球蛋白可用于生产高级婴儿奶粉。用微波膜可对发酵工业中的用水和产品实现无菌化。目前各酒业公司已广泛使用0．45um滤芯对成品酒进行终端过滤替代原有的热杀菌技术，节省能耗，避免高温给产品带来的煮熟味。鲜生啤酒（通过膜过滤技术，在常温条件下进行除菌而生产出的啤酒）一出现，便以其优异的品质和口感迅速占领市场。除此之外膜分离技术在海水和苦咸水中的淡化，矿泉水杀菌以及食品厂废水处理、空气中的细菌去除等方面都已得到广泛利用。