微生物控制的新技术

微生物控制的新技术

食品工业界在继续发展现有控制微生物控制方法的同时，正研究新技术以保证食品的微生物安全，同时也为消费者提供稍需加工或不需加工的高质量食品。这些年，辐照、高强度电子场、脉冲光、紫外线、高压加工和臭氧已作为消灭微生物的非加热方法。然而，在商业上运用这些技术仅在最近几年。尽管这些新技术以及其它方法看起来能达到预期结果，但通常也受到限制而不能应用于实际生产。因此在现有食品加工中采用上述新技术时，必须理解每个方法的优点、缺点和由那些要求。

一、辐照

·伽玛射线

·加速电子

·辐射消毒（灭菌）

·针对性的辐射杀菌

·有选择的辐射杀菌

辐照是消灭微生物的一种方法，通常是用来描述一个产品暴露在离子射线下的常用术语。

1．伽玛射线和加速电子射线

我们可能熟悉的一些普通形式的离子射线有Ｘ－射线，微波和紫外线，这些射线都已在食品中应用，但这部分我们将集中讨论两种其它形式的射线，伽玛射线和加速电子射线。这两种射线在消灭和减少食品中的微生物方面有着实际应用实例。

美国FDA已批准对猪肉、牛肉、禽肉、羊肉、香料、调味品进行辐照，也可以用于水果、蔬菜和谷物。有关食品辐照的要求在21CFR PART179可以查到。

每种技术都有自已的术语，辐照也不例外。KILOGRAY是个用于食品加工业中描述辐照量值的术语。

影响微生物抵抗辐照的一些因素包括：

·细菌的数量

·细菌的类型

·细菌的年龄

·氧气的存在与否

·食品的特征

数量是主要的，存在的微生物越多，就需越多的射线消灭它们。

一般而言：

·芽胞比繁殖体对辐照更有抵抗性。

·革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌对辐照更有抵抗性。

·酵母比霉菌对辐照更有抵抗性。

·微生物在生长期时对辐照更敏感。

·生物体对辐照的敏感性在无氧时更大。

·高蛋白食物和干燥食品能对微生物抵抗辐照提供更多的保护作用。

辐照过程必须科学地设计以保证用最少量的射线最理想的减少微生物。

2．辐射消毒（灭菌）

辐射消毒（灭菌）类似商业无菌。食品暴露在30～40千戈瑞之间的射线水平下被认为是商业无菌消毒。

暴露在 2.5～10千戈瑞辐照水平将消除大部分食物的所有病原菌的繁殖体。这种辐照水平称为针对性辐射杀菌，类似于巴氏杀菌。

暴露在0.75～2.5千戈瑞辐照水平将消灭大部分食物中的腐败性微生物。这个过程称为有选择的辐射杀菌。

钴60或铯137

食品的商业辐射通常取决于伽玛射线和加速电子。伽玛射线辐照是用钴60或铯137作为射线源来进行的。

用钴60为辐照源的设备适合大批量产品的辐照，提供伽玛射线的钴棒，约有一支铅笔大，贮存在深约30英尺的去离子水的防护池的中心。钴辐照用10英尺厚的混凝土墙，且用一个系统复杂的锁和其他安全措施以保护员工们及防止其他外界射线进来。自外运来的食品，送到周围暴露放射源料的固定位置。对暴露的食品射击线量值由对伽玛射线源暴露的单位部分的存放时间而定。

用铯为伽玛源的设备可以是小型的，含自我保护装置，而不需要外部防护。伽玛源的防护用钢作单元部分而组成的，这个单元被用来设计以处理一盘食品。当食品放在地上封闭的辐照源的房间里，带有铯的板会从地下室移上来在要处理食品的周围。

伽玛射线的优点在于伽玛射线事实上可以穿透所有材料并且能完成对厚的食品的辐照。

认可的辐照机构必须建立科学的伽玛射线辐照程序。这是FDA法规的要求，21CFR PART139----食品生产、加工和处理的辐照。应严格按照确定的程序进行，且应仔细监控。关键控制点包括辐照暴露的时间，辐照源的定位和产品装运方式，钴60随时间衰变，要确定产品暴露时间必须计算这种辐照源衰变期。最后，必须正确处理对射线敏感的可见指示器具和剂量仪器，并作为公司质量保证计划的一部分。

伽玛射线系统也有不足之处。辐照不能直接用于存放在特定区域的已包装好的食品。这些系统设计用作连续操作且无法关掉辐照源。伽玛射线系统很贵且有辐照源的处理，安全和有关环境的问题。

3．电子束设备

用于电子束的设备通常不如伽玛射线设备应用广泛，他们适合处理单个的或小批量产品的辐照。电子束的优点是辐照能直接射向食品的具体区域----象种X射线仪-----以具体部位为目标。这种方法暴露在射线敏感区域的射线最少。当不用时，可以关掉电子束，且不存在处理有关危害废物的问题。

然而，象伽玛辐照过程一样，认可的辐照机构也必须确定电子束处理程序。必须确定关键处理参数并加以控制。这包括发射速度，电子束特征和产品装运方式。对关键控制的要求与伽玛辐照相似。

用电子束也有一些不足之处，穿透厚的产品受限，使该过程对许多类型的食品不适合。

一些食品由于会改变风味、结构或其他质量特征，既不能暴露在伽玛射线，也不能在电子束下。所需的营养成分的丢失也是个问题，尤其是维生素B1对射线非常敏感。辐照能导致射线副产品的产生，称为射线性化合物。这些副产品被认为是食品添加剂，必须评估其是否安全。

最后，食品使用辐照要求被辐照的食品通过标签或其它适当地标识说明经过辐照。

辐照杀死微生物的优缺点

优点缺点

对所有类型微生物都有效可能比其他现有技术更昂贵

可能对一些热敏感食品损坏较少可能引起食品的变化且必须被认可在产品上作食品添

加剂

将延长产品的货架期伽玛射线设备可能引起安全及环境问题

伽玛射线能穿透厚的材料，能处理大包装产品电子束不能穿透厚的产品必须克服公众对辐照的认识

二、高强度脉冲光

·由惰性气体灯产生的快速强光

·百万分之一秒

·通过近红外光谱的紫外

·海平面日光强度的20000倍

高强度脉冲光涉及应用光的快速、强烈、放大后的闪光。脉冲光是运用工程技术产生的，通过在能量储存器中相对长时间（几分之一秒）的贮存而在短时间内（百万分之一或千分之一秒）的释放而积累电子能量得到多级能量的光。贮存的能量脉动惰性气体灯以产生强烈的闪光只持续几百微秒。根据产品选择灯的数量，闪光的形状及闪光的周期。脉冲光包含从紫外的200nm到近红外的1nm的波长，是海平面日光强度的20000倍，大多数脉冲光属可见光范围。由于脉冲光的波长太长，不能发生小分子的离子化。

其抗微生物的效果比非脉冲或连续波常规的紫外辐照明显要强。脉冲光用来消除细菌的繁殖体、细菌的芽胞、真菌分生孢子和其它生物，具有相同效果。这使脉冲光技术适用于细菌污染的食品和水的处理。脉冲光和穿透性紫外线一样，能穿透食品和包装材料。这使处理透明食品，例如水及通过透明包装材料的食品成为可能。另外，破坏微生物的脉冲光可使那些能导致食品变质的酶失活。

脉冲光处理的强度是根据积分通量或单位面积的光能量，焦尔（J）/cm2来测量。1焦尔少于1/4卡路里，4焦尔的能量能使1克的水温度升高1℃。0.5J/cm2的一次闪光已经表明能消灭每平方厘米中105个细菌的繁殖体、细菌芽胞、真菌分生孢子。已证明每次1J/cm2闪光的多脉冲可使细菌减少107～109。

由纯脉冲技术公司，如加里福尼亚州的SanDiego将他们的脉冲光技术（纯光）向FDA提供资料，将脉冲光为辐照源用于食品添加剂生产，加工和处理。脉冲光的使用在21CFR PART 179.14中有说明，并且在以下条件允许应用脉冲光：

(a）射线源由设计好的氙灯组成发射多级射线，波长为200到1100nm，且脉冲周期不长于2毫秒（千分之一秒）；

(b)用来控制表面微生物；

(c)脉冲光处理的食品应在达到预期技术效果下经最低处理；

(d)总的累积处理量应不超过12.0J/cm２。

根据提供给FDA食品添加剂申请资料，表明在具体条件下的应用脉冲光不会引起食品或被处理的微生物发生有害的化学变化。处理的食品不会导致营养价值的显著减少。

高压脉冲光消灭微生物的优缺点

优点缺点

对所有类型微生物都有影响只能用于表面处理。光穿透才有效

能通过透明包装材料处理产品必须在光源处保护员工

在处理产品中不会升温设备最初投资可能高

不仅能用于处理产品而且可以处理加工用水设备操作必须密切监控以确保应用正确的处理

能用于表面处理大量种类产品

抑制酶活力

为了确保达到理想的杀菌效果，在生产期间必须监控灯光（FLUENCE）与灯束（CURRENT），用硅光电二极管以测量闪光灯打开时光的紫外线强度来监控灯光。输出减少表明灯已快结束它的使用寿命。每次闪光时监控灯束。如果比预先设置电流高或低的显著偏离可能意味着灯或电容的问题。正常设计的系统用来监控设备的操作，如检出异