包装食品微生物控制策略优化

（一）包装食品的加热杀菌

绝大多数微生物在20～40℃的温度范围内生长迅速，若使食品的温度偏离这个温度范围，就能杀灭细菌或制造一个不利于微生物生长的环境。

高温可以达到杀菌效果，因而大部分包装食品都要进行加热杀菌，然后才能流通和销售。加热杀菌方法可分为湿热杀菌法和干热杀菌法。所谓湿热杀菌是利用热水和蒸汽直接加热包装食品以达到杀菌目的，这是一种最常用的杀菌方法；所谓干热杀菌就是利用热风、红外线、微波等加热食品以达到杀菌目的。例如，把经过杀菌的食品用热收缩包装薄膜包装后，再用150～160℃的热风加热5～10min，一方面使包装膜收缩，另一方面可有效地杀死附着在包装材料表面的微生物。

1.微生物的耐热性

（1）微生物的耐热性　食品中最耐热的病原菌是肉毒杆菌，但有些非病原性、能形成孢子的腐败菌，如厌氧腐败菌、嗜热脂肪芽孢杆菌等比肉毒杆菌更耐热。因此，通常的加热杀菌是以杀死各种病原菌和真菌孢子为目的，也可通过变性作用使酶失去活性。表5-7列出了湿热下微生物的耐热性。

表5-7　微生物在湿热下的耐热性

（2）影响微生物耐热性的因素　食品成分会不同程度地增强微生物耐热性：高浓度糖液对细菌孢子有保护作用，食品中的淀粉和蛋白质也有保护微生物的作用；油脂对微生物及其孢子的保护作用较大，除直接保护外，还能阻止湿热渗透；水分是一种有效的传热体，它能渗入微生物细胞或孢子中，因而一定温度条件下湿热比干热更具有致死性；如果微生物被截留在脂肪球内，那么水分就不易渗入细胞，湿热致死效果就与干热相近，因此，同一食品物料中，液相内的微生物可以迅速地被致死，而油相内菌群却不易杀死，这就使得油脂类食品的杀菌温度更高、时间更长而造成风味损失。

另外，食品成分对微生物的耐热性有间接影响，即不同食品成分物料的热传导率有差别，如脂肪的导热性比水差。更重要的是微生物的耐热性与食品稠度有关，如果把足够的淀粉或其他增稠剂添加于食品中，使其内部的对流加热系统转化为传导加热系统，那么除了对微生物有直接保护作用外，还会缓解热量至容器内或食品物料内部冷点的热渗透速率，这样就间接地保护了微生物。

2.pH对加热杀菌的影响　pH对加热杀菌也有很大的影响，高酸可提高热的杀菌力。表5-8列出了不同pH下破坏厌氧性产毒性肉毒杆菌孢子的杀菌温度和时间。由表可知，pH越低，杀菌所需的加热温度也越低、时间越短。如果有足够的酸度，用93℃、15min加热杀菌便可达到要求。

表5-8　不同pH下破坏食品中肉毒杆菌孢子的杀菌温度和时间

3.加热杀菌温度和时间组合　从表5-8和表5-9可看出：加热杀菌温度和时间密切相关，即温度越高，破坏微生物所需时间越短。虽然温度和时间是破坏微生物所需要的，但同样有效破坏微生物的不同温度-时间组合对食品的损害作用远远不同。这是现代食品加热杀菌技术中最重要的实践，也是目前先进包装技术的基础。

在杀菌温度-时间组合中，高温对微生物的致死至关重要，但对损害食品色泽、风味、质地、营养价值等更重要的因素是长时间，而不是高温。在微生物与各种食品之间，敏感性在时间和温度方面的差异是一种普遍现象。表5-9为高温杀菌牛乳温度对芽孢破坏速度、加热时间及褐变反应的比较。微生物对高温的相对敏感性比食品成分大，温度每上升10℃（18℉），大致能使导致食品变质的化学反应速率加快1倍，而当温度高于微生物的最高生长温度时，每上升同样的10℃，会使微生物破坏的速率加快10倍。

表5-9　高温杀菌牛乳温度对加热杀菌时间、褐变、食品营养的影响

由于使用较高的温度允许使用较短的灭菌时间，因此，只要技术条件可能，对热敏性食品应尽可能采用高温瞬时灭菌处理。例如，对酸性果蔬汁进行巴氏杀菌时，目前一般采用瞬间巴氏杀菌：88℃、1min，100℃、12s或121℃、2s。尽管3种温度-时间组合其灭菌效果相同，但121℃、2s杀菌处理可在果汁风味和维生素的保留上获得最好质量。然而，如此短的杀菌保温时间使杀菌设备更加复杂和昂贵。

4.加热杀菌方法　食品工业上通常根据产品特性采用最低标准温度进行加热杀菌，一般根据温度的高低可分为以下3种杀菌方法。

（1）低温杀菌　也称巴氏杀菌（pasteurization），由于杀菌温度低于100℃，食品中还残存微生物，除了嗜热性乳杆菌外，均为芽孢菌的芽孢，而大部分芽孢细菌在5℃以下的低温环境中是不能繁殖的，故在80℃左右巴氏杀菌的包装熟食品，在低温下贮藏，其保质期也是较长的。巴氏杀菌目的是为了杀灭致病菌和腐败菌，同时保证食品有较好的品质、弹性和风味。

（2）高温杀菌　主要适用于罐装、瓶装及蒸煮袋食品的杀菌。一般罐头食品在115℃左右进行60～90min的杀菌处理，普通蒸煮袋（RP-F）采用115～120℃杀菌20～40min，高温蒸煮袋（HiRP-F）采用121～135℃杀菌8～20min，超高温杀菌蒸煮袋（URP-F）采用135～150℃、2 min的超高温杀菌。

（3）高温短时杀菌（HTST）和超高温瞬时杀菌（UHT）　这是两种适合于流动性液态或半液态食品的短时杀菌方法，能有效地保全食品原有的营养和风味质量，常用于无菌包装的食品杀菌。

（二）低温贮存

各种生鲜食品和经过处理调制的加工食品一般都含有较高水分，这些食品在常温下短时间内放置，就会因微生物大量繁殖而腐败变质，若采用冷藏或冻结，其腐变反应速度会明显降低。

1.冷藏　冷藏能降低嗜温性细菌的增殖速度，嗜热性细菌一般也不会繁殖。目前常用3种方法。

（1）低温与真空并用　食品低温贮藏时所产生的代表性腐败菌一般是需氧性假单胞杆菌，而大部分厌氧性细菌的繁殖温度下限为2～3℃，若在无氧的低温环境［（0±2）℃］下保藏食品，可大幅度地延长食品保质期，这种方法称冰温贮藏。图5-11说明了牛肉冰温贮藏的保质效果。

图5-11　牛肉贮藏温度和细菌数

（2）低温和CO2并用　CO2能抑制需氧细菌的繁殖，如果降低包装内的含氧量，再充入CO2进行低温贮藏，能产生更显著的贮藏效果。

（3）低温与放射杀菌并用　如果采用能杀灭食品中所有微生物的照射剂量进行放射杀菌，食品会产生严重褐变和异臭而根本不能食用。对于鱼类和畜肉类食品，如果用不影响食品质量的低剂量（10～40Gy）照射杀灭其中的假单胞菌属等特殊的腐败菌，然后进行低温贮藏，其贮存期可延长2～6倍，这种方法称辐射杀菌法（radurization）。

2.冻结　普通食品在-5℃左右，其水分的80%会冻结，降温至-10℃时低温性微生物还能增殖，温度再下降，微生物就基本上停止繁殖，但化学反应和酶反应仍未停止。一般认为，食品在-18℃以下保质期可达1年以上。

冷冻调理食品多采用塑料及其复合材料包装，并在冻结状态下流通和销售，这类材料必须具备优良的低温性能，常用的有PA/PE、PET/PE、BOPP/PE、Al箔/PE。托盘包装采用PP、HIPS、OPS等。现代食品包装常采用真空、充气和脱氧包装技术与低温贮藏相结合的方法来有效地控制微生物对食品腐变的影响。(www.xing528.com)

（三）辐照防腐

食品辐照处理是利用放射源散射的放射能作用于食品，使食品中的微生物和酶钝化而达到抑制或杀灭微生物的目的。目前，食品辐射处理常用γ射线和β粒子线，由于其穿透力、不会在食品中产生显著的热量，故被称为食品的“冷杀菌”。γ射线具有穿透力强、可辐射到食品深处且较为均匀等优点，现广泛应用于包装食品的辐射杀菌处理。β粒子穿透力弱，只能用于食品等表面或薄膜及片状食品的辐射处理。

1.辐射作用机理　在生物细胞中，维持生命现象的各种生物化学活性物质是以溶解于水的状态而存在，食品物料大都也是水，当高能量辐射线通过时，水分子被改变而获得高度易反应的氢基和羟基，再与水中的溶氧起反应，并广泛与其他有机、无机分子和能溶解或悬浮于水中的离子起反应。这种辐射反应的结果：生物化学活性物质被钝化，代谢作用损伤扩大，细胞生活机能被破坏。生物体对辐射的感受性，以其繁殖机能的感受破坏性最高。

在食品辐射保藏中，微生物和酶可以通过辐射而被钝化，但食品其他成分（主要为水溶液）同样会受到辐射水解产生游离基而使其品质劣化。因此，辐射过程中使不希望有的微生物和酶钝化，但应使食品组分产生的变化减少到最低程度。采用在食品冻结状态辐射、在真空或惰性气氛下辐射、游离基接受体（如抗坏血酸）的添加等方法已取得良好效果，这些方法不仅能保护食品组分，同时也对微生物和酶提供了一定程度的保护，在使用时常适当提高其辐射处理剂量。

2.微生物和食品的耐辐射——辐射剂量　辐射保藏食品时，辐射剂量的选择必须考虑几方面因素：食品的安全卫生性、食品感官质量受辐照损坏的耐力、微生物的耐辐射力、辐射处理费用等。

食品中最能耐受辐射处理的微生物为肉毒杆菌。破坏公共卫生意义上的罐头肉特定肉毒杆菌（A型）及其毒素所需的最低辐射剂量（γ射线）为4.5万Gy和7.0万Gy。大多数食品酶类甚至比肉毒杆菌孢子更能耐受电离辐射，高剂量辐射虽可钝化酶类，但会导致食品成分的高度破坏，也会损害食品的安全性。为此，凡求稳定贮藏而要求破坏酶时，可通过辐射和适度加热处理的综合方法加以解决，将破坏微生物的辐射剂量与热处理综合运用是绝对有效的。

就有些食品而言，低剂量辐射巴氏杀菌在商业上是可行的，而辐射杀菌会提高辐射费用则不可行。目前用辐射处理保藏食品要比加热、冷藏、冻结保藏费用大，凡这些方法可用的场合一般不会用辐射处理。但辐射处理为冷杀菌，所处理的保藏食品几乎没有通常高温处理导致的任何风味变化，且低剂量巴氏杀菌已能使冷冻水产品、水果蔬菜的正常贮藏期从几天延长到几个周，因而辐射保藏有一定的市场实用意义。

3.辐射食品的卫生安全性　由于辐射处理能改变食品和包装的化学分子，且足够剂量还会导致放射性，因此辐射食品的安全与卫生性涉及以下3个方面：辐射处理对食品营养价值的影响；辐射可能产生的毒性物质和有害放射性；在辐射食品中产生致癌物质的可能性。

由于安全与卫生性方面的复杂性，各国对食品辐射处理总是加以严格控制，法规要求在对任何新的食品资源做辐射加工和流通之前，必须经食品与药物管理机构立案和批准。

（四）微波灭菌

微波是具有辐射能的电磁波，与其他电磁辐射的区别主要在于波长和频率，其波长为10-3～10-1m数量级，频率为300 MHz～300GHz。我国对工业微波加热设备常用的固定专用频率有两种：915MHz和2450MHz。微波用作食品加热处理已有一定历史，而用作食品灭菌处理的研究只有60多年的历史，其工业化则时间更短。

1.微波灭菌机理　微波与生物体的相互作用是一个极其复杂的过程，生物体受微波辐射后会吸收微波能而产生热效应，而且生物体在微波场中其生理活动也会发生反应和变化，这种非热的生物效应也会影响微生物的生存。微波辐照细菌致死可认为是微波热效应和非热力生物效应共同作用的结果，两种效应相互依存、相互加强。

微波致死细菌的机理与传统加热杀菌致死完全不同。细菌的基本单元是细胞，细胞的存活与细胞膜电位差有关，如果维持细胞正常生理活动的膜电位状态被破坏，必然会影响到细胞的生命状态。微生物处在相当高强度的微波场中，其细胞膜电位会发生变化，细胞的正常生理活动功能将被改变，以致危及细胞的存活。

组成微生物的蛋白质、核酸和水介质作为极性分子在高频微波场中被极化的理论也是常见的微波灭菌机理的一种解释：极性分子在高频高强度微波场中将被极化，并随着微波场极性的迅速改变而引起蛋白质分子团等急剧旋转及往复振动，一方面相互间形成摩擦转换成热量而自身升温，另一方面将引起蛋白质分子变性。对微生物细胞来说，如果细胞壁受到某种机械性损伤而破裂，细胞内的核酸、蛋白质等将渗漏体外而导致微生物死亡。此外，微波辐射还能使酶失活或者功能紊乱。

微波辐射可杀菌，也可杀死虫和虫卵，这对于杀灭混杂在食品原料和食品中的虫卵，延长保藏期并减少营养损失是非常有利的，其杀灭机理也可由极性分子极化理论来解释。

比较一般加热灭菌方法，在一定温度条件下微波灭菌缩短了细菌死亡时间，或者微波灭菌致死的温度比常规加热灭菌的温度低，这是微波灭菌与传统加热灭菌最重要的区别。当然，微波灭菌处理时能有较高的温度状态，对充分灭菌是极为有利的。

2.微波灭菌的热力温度特性　传统加热灭菌其热力由食品表面向里层传递，传热速率决定于食品的传热特性，这就决定了食品表层和中心的温度差，以及中心升温的滞后性，从而延长了食品整体灭菌所需要的总时间，而且单纯的热力作用较难杀灭耐热性较强的芽孢杆菌。微波透入食品加热传热的特性使食品升温时间大大短于传统加热升温时间，而且微波灭菌使细菌致死的因素还有非热力的生物效应，这使得微波灭菌时间更短，且温度较低，这为保持食品的色香味和营养成分创造了条件。

必须指出，灭菌是对食品整体而言的，微波灭菌时食品表面温度可能会因散热或水分散失而低于其内部温度，致使食品表面的细菌残留存活，这一微波灭菌工艺上的问题应予注意和解决。

3.微波灭菌工艺

（1）间歇微波灭菌工艺　脉冲式微波灭菌能在短时间内产生较强微波电场间歇作用于食品而使食品升温，因按时间积分平均值计其总能量不大，食品物料升温并不大，但瞬时强微波电场对食品物料的极化作用十分强烈，从而大大提高了灭菌效果。

（2）连续微波辐照工艺　一般采用较低场强、适当延长微波辐照时间。隧道式箱型微波设备的箱体内功率密度较低，能适合于连续微波灭菌工艺。在物料对温度及加热时间允许的前提下，适当延长辐照时间将有利于强化灭菌效果，同时也能使物料加热状态均衡，减少物料内外温差。如用2450MHz、5kW的可调微波设备对复合膜包装的调味海带做连续灭菌，处理40s～2min大肠杆菌完全杀灭，而传统加热杀菌需蒸煮30min。

（3）多次快速加热辐照和冷却杀菌工艺　该工艺能快速地改变微生物的生态环境温度，且多次实施微波辐照灭菌，从而避免被杀菌物料连续长时间处于高温状态，可有效保持食品的色、香、味和营养成分，适合于对热敏感的食品灭菌保鲜。

微波灭菌作为食品加工新技术应用于传统加工食品的保鲜工艺近年来得到较大的发展。如糕点类、豆制品、畜肉加工制品、鱼片干等经微波灭菌处理，可较好地保全食品原有风味特色，并有效延长货架保质期。由于微波灭菌保鲜食品其保鲜期长于冷冻食品，可高于0℃冷藏而无需低温冻藏，且食用时烹调快、能与家用微波炉配套使用，因此，食品微波灭菌技术将有更广的应用前景。