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**，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*近幾年。盡管這些新技術(shù)以及其它方法看起來能達(dá)到預(yù)期結(jié)果，但通常也受到限制而不能應(yīng)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

　　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(yīng)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(yīng)用實例。

　　美國FDA已批準(zhǔn)對豬肉、牛肉、禽肉、羊肉、香料、調(diào)味品進(jìn)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21CFR PART179可以查到。

　　每種技術(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。

　　影響微生物抵抗輻照的一些因素包括：

· 細(xì)菌的數(shù)量

· 細(xì)菌的類型

· 細(xì)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。

　　一般而言：

　　輻照過程必須科學(xué)地設(shè)計以保證用*少量的射線*理想的減少微生物。

2．輻射**（**）

　　輻射**（**）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(rèn)為是商業(yè)無菌**。

　　暴露在2.5～10千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**，類似于巴氏**。

　　暴露在0.75～2.5千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**。

　　鈷60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(jìn)行的。

　　用鈷60為輻照源的設(shè)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(hù)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(fù)雜的鎖和其他**措施以保護(hù)員工們及防止其他外界射線進(jìn)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(shè)備可以是小型的，含自我保護(hù)裝置，而不需要外部防護(hù)。伽瑪源的防護(hù)用鋼作單元部分而組成的，這個單元被用來設(shè)計以處理一盤食品。當(dāng)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。

　　伽瑪射線的優(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。

　　認(rèn)可的輻照機構(gòu)必須建立科學(xué)的伽瑪射線輻照程序。 這是FDA法規(guī)的要求，21CFR PART139----食品生產(chǎn)、加工和處理的輻照。應(yīng)嚴(yán)格按照確定的程序進(jìn)行，且應(yīng)仔細(xì)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。*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。

　　伽瑪射線系統(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(shè)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，**和有關(guān)環(huán)境的問題。

3．電子束設(shè)備

　　用于電子束的設(shè)備通常不如伽瑪射線設(shè)備應(yīng)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(biāo)。這種方法暴露在射線敏感區(qū)域的射線*少。當(dāng)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。

　　然而，象伽瑪輻照過程一樣，認(rèn)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。

　　用電子束也有一些不足之處，穿透厚的產(chǎn)品受限，使該過程對許多類型的食品不適合。

　　一些食品由于會改變風(fēng)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(dǎo)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(rèn)為是食品添加劑，必須評估其是否**。

　　*后，食品使用輻照要求被輻照的食品通過標(biāo)簽或其它適當(dāng)?shù)貥?biāo)識說明經(jīng)過輻照。 

二、高強度脈沖光

　　高強度脈沖光涉及應(yīng)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(xì)菌的繁殖體、細(xì)菌的芽胞、**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(xì)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(dǎo)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?fàn)枺↗）/cm²來測量。1焦?fàn)柹儆?/4卡路里，4焦?fàn)柕哪芰磕苁?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(xì)菌的繁殖體、細(xì)菌芽胞、**分生孢子。已證明每次1J/cm²閃光的多脈沖可使細(xì)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21CFR PART 179.14中有說明，并且在以下條件允許應(yīng)用脈沖光：

　　(a）射線源由設(shè)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(yīng)在達(dá)到預(yù)期技術(shù)效果下經(jīng)*低處理；

　　(d)總的累積處理量應(yīng)不超過12.0J/cm^２ 。

　　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(yīng)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(xué)變化。處理的食品不會導(dǎo)致營養(yǎng)價值的顯著減少。 

　　為了確保達(dá)到理想的**效果，在生產(chǎn)期間必須監(jiān)控?zé)艄猓‵LUENCE）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?zé)艄狻］敵鰷p少表明燈已快結(jié)束它的使用壽命。每次閃光時監(jiān)控?zé)羰Ｈ绻阮A(yù)先設(shè)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(shè)計的系統(tǒng)用來監(jiān)控設(shè)備的操作，如檢出異常，應(yīng)中斷操作。

三、高強度脈沖電子場

　　高強度脈沖電子場（PEF）：包含應(yīng)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(jìn)行處理，不超過1秒，且因為食物加熱而失去的能量*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(xì)胞壁。整個過程不會導(dǎo)致食品中的化學(xué)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，*初溫度，*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*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**食品和要求用巴氏**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**的工業(yè)公司之一，純脈沖技術(shù)公司，如加里弗尼亞的San Diego已提交資料給FDA以支持他們用PEF對液體及灌制食品進(jìn)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

 　　從1995年12月食品技術(shù)用高強度脈沖電子場進(jìn)行巴氏**。

 　　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(jìn)一步的研究。應(yīng)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*佳消費狀態(tài)多方面因素。建立在科學(xué)研究基礎(chǔ)上的具體實施條件將是整個過程的關(guān)鍵因素。

 四、紫外線

· 空氣和表面**

· 液體的巴氏**

　　紫外線是一些食品在巴氏**水平上的另一種過程，許多年來把紫外線用作空氣和表面**。

　　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(xì)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(jìn)行巴氏**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(yù)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(jìn)入產(chǎn)品。這就是為什么該過程被限制用于透明液體。

 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(xì)胞壁的通透性

　　早在19世紀(jì)未和20世紀(jì)初美國人像Hitt（1899）和Bridgman（1914）就對保鮮食品的壓力過程進(jìn)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(yīng)用方面，日本處于**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(shè)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(yù)先**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(dǎo)致蛋白質(zhì)凝膠化、由于細(xì)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**或商業(yè)**）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(xì)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(xì)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(dá)殺死的高水平。

 六、歐姆加熱

· 加熱通過產(chǎn)品自我傳導(dǎo)

· 應(yīng)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(dǎo)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(dǎo)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*適合無菌包裝產(chǎn)品。用于處理和包裝其它**產(chǎn)品的設(shè)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(dǎo)。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(shè)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(yīng)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(yīng)用必須數(shù)設(shè)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(yán)格控制。應(yīng)該由有知識經(jīng)驗的人建立操作程序，應(yīng)該保持嚴(yán)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**過程的酸性和冷藏食品應(yīng)提供承諾。

 七、臭氧

· **劑

· 加工和處理

　　臭氧作為**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(fù)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**劑，能殺死大量不同的微生物體，潛在用途之一是**新鮮的水果和蔬菜。臭氧用來**新鮮水果和蔬菜尚未被FDA認(rèn)可。