超声波杀菌：一种新颖的水产品保鲜技术

所谓非加热杀菌是相对于加热杀菌而言的，即冷杀菌，无需对物料进行加热，利用其他灭菌机理杀灭细菌，这样可避免食品成分因热而被破坏。冷杀菌方法有多种，如放射线辐照杀菌、紫外线杀菌、超声波杀菌、放电杀菌、磁场杀菌、臭氧杀菌、高压杀菌等。

（一）高压杀菌保鲜技术

1.高压杀菌的机理 将食品物料以某种方式包装以后，置于高压（200MPa以上）装置中加压，使微生物的形态结构、生物化学反应、基因机制以及细胞壁膜发生多方面的变化，从而影响微生物原有的生理活动机能，甚至使原有的功能被破坏或发生不可逆变化致死，从而达到灭菌的目的。

高压对微生物的作用机理主要包括：①高压对细胞膜壁的影响，在高压作用下，细胞膜的双层结构的容积随着磷脂分子横截面的收缩，表现为细胞膜通透性的变化，高压（如20～40MPa）能使较大细胞的细胞壁因超过应力极限而发生机械断裂，从而使细胞松解；②高压对细胞形态的影响，当细胞周围的流体静压达到一定值（0.6MPa左右）时，细胞内的气泡将会破裂，细胞的尺寸也会受压力的影响；③高压对细胞生物化学反应的影响，加压对增大体积、放热反应都有阻碍作用，对生物聚合物的化学键、疏水的交互反应也有影响，由于高压能使蛋白质变性，因此高压将直接影响到微生物及其酶系的活力，所有这些都将使微生物的活动受到抑制；④高压对微生物基因机制的影响，核酸对剪切虽然敏感，但对流体静压力的耐受能力则远远超过蛋白质，但由酶中介的DNA复制转录步骤却会因高压而中断。

高压也会对食品成分造成影响，如高压可使淀粉等碳水化合物改性，常温下加压到400～600MPa，由于压力使淀粉分子的长链断裂，分子结构发生改变，淀粉会发生糊化而呈不透明的粘稠糊状物，且吸水量也发生变化。油脂类耐压程度较低，常温下加压到100～200MPa，基本上变成固体，但解除压力后，仍能恢复到原状。另外，高压处理对油脂的氧化有一定的影响。高压使蛋白质原始结构伸展，体积发生改变而变性，即压力凝固，酶是蛋白质，因此在高压作用下，酶会钝化或失活。与迅速加热能加快酶失活一样，迅速加压也能加速酶的钝化。高压对食品中的维生素、风味物质、色素及各种小分子物质的天然结构几乎没有影响。

2.影响高压杀菌的主要因素 在高压杀菌过程中，不同的食品原料往往采用不同的杀菌条件。这主要是由于不同的原料有不同的成分及组织形态，从而使微生物所处的环境不同，因而耐压程度也不同。影响高压杀菌的主要因素包括温度、pH值、微生物所处的生长阶段、食品的成分。

3.高压杀菌的应用

（1）在水产品加工中的应用。高压处理水产品可最大限度地保持水产品的新鲜风味。例如，在600MPa压力下处理10min，可使水产品（如甲壳类水产品）中的酶完全失活，细菌量大大减少，并完全呈变性状态，色泽为外红内白，仍保持原有的生鲜味。另外，高压处理还可增大鱼肉制品的凝胶性。

（2）在果酱加工中的应用。在果酱加工中采用高压杀菌，不仅可杀灭微生物，而且还可使果肉糜烂成酱，简化生产工艺，提高产品质量。如采用室温下加压400～600MPa处理10～30min的方法来加工草莓酱、猕猴桃酱和苹果酱，所得制品保持了新鲜水果的色、香、味。

（3）在肉制品加工中的应用。采用高压技术对肉类进行加工处理，与常规方法相比，在制品的柔嫩度、风味、色泽、成熟度及保藏性等方面都会得到不同程度的改善。例如，在300MPa压力下处理鸡肉和鱼肉10min能得到类似于轻微烹饪的组织状态。常温下250MPa的压力处理质粗廉价的牛肉能得到嫩化的牛肉制品。

（二）超声波杀菌保鲜技术

1.超声波杀菌的机理 超声波杀菌的机理包括：①超声波可以使病毒破裂，碎裂程度不依赖于处理时间，而依赖于超声强度；②超声波可以杀死不同的细菌，这是因为将超声波作用于液体物料时，当声强达到一定值，液体会产生空化效应。在空化泡剧烈收缩和崩溃的瞬间，泡内会产生几百兆帕的高压及数千度的高温，温度变化速度可达10⁹℃/s。空化时还伴随产生峰值达10⁸Pa的强大冲击波（对均相液体）和速度达4×10⁵m/s的射流（对非均相液体），这些效应对液体中的微生物产生粉碎和杀灭作用。超声可以提高细菌的凝聚作用，使细菌毒力丧失或完全死亡。但短时间的超声波照射也可产生相反结果，即使富有生命力的细菌个体数有所增加，这主要是因短时间超声波照射会使细菌细胞的聚集群首先发生了机械分离，而分离的单个细胞又为新的菌落提供了起源。总之，超声对细菌的作用主要是机械作用，而加热是次要的。超声的空化作用也会发生在细菌的表面上，所以细菌细胞与周围液体的粘着力比液体本身分子间的力要弱一些。弱的粘着力使细菌表面的空化加强，破坏作用将增加。除空化外，被超声活化了的氧的氧化作用在破坏细菌方面也有重要作用。

2.影响超声波作用的因素 超声波对细菌的作用与声强度、作用时间、频率等参数密切相关，也与细菌悬浮液的浓度有关，在过分浓和非常粘的悬浮液中见不到细菌的破坏，只有加热现象。同一种细菌的不同系对超声波辐射的反应完全不同。

超声波强度、频率、时间及温度都会影响超声波对细菌及病毒的作用结果，但各个参量的规范尚在摸索中。经实验发现，在温度增高时，超声波对细菌的破坏作用会加强。若声强不变，则细菌的数量会随着作用时间增加而逐渐下降，经过30～40min就会使细菌灭绝。若超声波照射时间和强度不变，则频率的提高也会对细菌产生更强烈的杀伤作用。在同样的作用时间下，此效应随着辐射强度的提高而增长。

（三）放射线辐照杀菌保藏技术(www.xing528.com)

1.辐照技术保鲜的原理 比紫外线波长更短（具有高能量）的X射线和γ线，能激励被辐照物质的分子，使之引起电离作用，这种高能量的放射线总称为电离放射线。微生物细胞的细胞质，在一定强度的放射线辐照下，没有一种结构不受影响，根据受影响轻重程度而产生变异或死亡。

各种微生物细胞不同程度地具有修复对放射线所造成损伤的功能，这就是说，微生物对放射线具有一定的抵抗性。由于各种微生物对放射线损伤的修复功能不同，故放射线对各种微生物的致死效果也各有不同。另一方面，微生物受电离放射线的辐照，细胞中的细胞质分子引起电离，并产生各种化学变化，使细胞直接死亡，同时对维持生命的一些重要物质也引起其离子化，例如存在于细胞中的大量水分，在放射线高能量的作用下，引起化学反应，分解为氢氧根和氢原子，从而也间接引起微生物细胞的致死作用。

微生物随着被照射剂量的增加，其活菌的残存率逐渐下降。活菌数减少一个对数周期（90%的菌被杀死）所需要的射线剂量称为D值，单位为戈瑞（Gy），常用千戈瑞（kGy）表示。由于微生物对放射线的敏感性不同，若按罐藏食品的杀菌，必须完全杀灭肉毒芽孢杆菌A、B型菌的芽孢，多数研究者认为需要的剂量为40～60kGy。破坏E型肉毒杆菌芽孢的D值为21kGy。

研究者认为，微生物细胞中的DNA、RNA对放射线的作用尤为敏感，它直接影响着细胞的分裂和蛋白质的合成，细胞中对放射线抵抗力最弱的部分是DNA。

2.放射线辐照对食品成分的影响　食品受放射线照射后，对成分会产生一定的影响。在碳水化合物方面，首先将引起纤维素、半纤维素、果胶、淀粉等长碳链碳水化合物碳链的切断，生成葡萄糖、果糖等还原糖，从而使机械强度降低、抗菌力下降、粘度变小、淀粉的碘反应色调发生变化、对淀粉酶的敏感性增大等，这些变化是一般食品所不希望的。维生素受放射线辐照也要引起变化，最不稳定的是维生素C和B族维生素中的维生素B1。氨基酸受放射线辐照会引起脱氨作用生成胺，含硫氨基酸被分解生成硫化氢和甲硫醇，这是显著的异臭成分（一定浓度时），由于蛋白质的脱氢、脱硫等化学反应，也将引起种种特性的变化。几乎所有的酶若单独溶于水中，只要用几戈瑞的剂量辐照，其活力就会显著地降低，但当酶存在于食品中时却非常稳定。脂肪是对放射线辐照最敏感的成分之一，放射线的能量可使脂肪的活性亚甲基（,）的碳引起脱氢，造成一连串的氧化连锁反应，产生自由基，促进脂肪的酸败，故油脂受放射线辐照会引起酸败臭和带来过氧化物积累的问题。植物性色素受放射线辐照时仍较稳定，但动物性色素的稳定性差。另外，放射线辐照对食品中原有毒素的破坏几乎是无效的。

从以上情况看，食品受放射线辐照会引起成分的变化，导致异味的发生、过氧化物的增加和物理性质的变差，但以上变化一般是利用单一成分进行辐照试验的，因为食品是多种成分的有机结合，整体食品的辐照变化情况与以上就不完全一样，由于食品成分间有相互保护的作用，一般较单一成分辐照的变化为小。而且一般来说，对食品用杀菌剂量的放射线辐照，蛋白质并不引起分解，碳水化合物也较稳定，脂肪的变化也小，食品中的其他成分的变化更少。另外在辐照方法上，应尽量采用低温辐照、缺氧辐照，或利用增感剂以及选择最佳的辐照时间等，这样对进一步减轻放射线辐照对食品的副作用是完全可能的。

3.放射线辐照食品的卫生安全性 辐照食品是把被处理的食品在钴⁃60γ射线中穿过一次，研究确认当食品离开了辐照源，放射线不残留在食品中。从原子反应的理论研究中知道，要使γ射线打开原子核引起核反应最低能量要在5MeV以上，而钴⁃60发生的γ射线的最大能量只有1.33MeV，同5MeV相差很远，同样对电子加速器发射出的电子束的能量要在10MeV以上才能引起核反应，所以辐照不会激发产生新的放射性物质。

为了安全起见，世界卫生组织（WHO）、联合国粮食和农业组织（WFO）和国际原子能机构（IAEA）的联合专家委员会，特地对食品使用的辐照源做了规定：用能量在10MeV以下的电子、能量在5MeV以下的γ射线和X射线作为食品的辐照源。

对辐照食品的毒理学方面，各国科学家亦进行了大量的研究。1980年11月，WHO、FAO、IAEA三个国际组织的联合专家委员会经过认真审议，发表了一份建议书，书中强调指出，任何食品的辐照，低于总体平均剂量10kGy，都没有毒性危险，也无需对处理食品进行毒性试验。

4.放射线辐照在食品保藏方面的应用 放射线辐照对食品品质会有一定的影响，因此在使用中要注意扬长避短。食品通过适当剂量的放射线辐照，可赋予其良好的生物学效果，达到杀菌、杀虫或抑制发芽和成熟度等，并可改善品质。

利用放射线辐照食品，因其处理目的不同，所用剂量及处理方法也有所不同。一般将1kGy以下者称为低剂量，1～10kGy者称为中剂量，10kGy以上者称为高剂量。

低剂量辐照，目的并不在于杀菌，而是为了调节和控制生理机能以及驱除虫害等方面的效果，低剂量对食品组织以及成分的影响是极微小的。中剂量辐照以延长食品保藏期为目的，该辐照剂量尚不能将微生物孢子完全杀死，但对肉、鱼虾类、香肠等加工食品表面所附着的主要病原菌及带毒菌可全部杀灭。通过辐照，保藏期可延长2～4倍。高剂量辐照是以食品在常温下进行长期贮藏为目的而进行的完全杀菌，将所有微生物，包括孢子（尤其是耐热性肉毒芽孢杆菌的芽孢）都要全部杀灭。但完全杀菌所用辐照的剂量较高，将造成副作用而使食品不同程度地变质。为了尽量减少副作用，在操作时应结合运用脱氧、冻结、添加杀菌增感剂及食品保护剂等方法。

对食品以外的材料（例如食品包装材料、医疗器械等）的完全杀菌，以25kGy为标准使用剂量。