王瀟棟，孔陽(yáng)芷，張艷玲，ARIUNJARGAL TSOGTBAYAR，MUNKHJARGAL BURENJARGAL，吳海霞，董阿力德?tīng)枅D*

（1.乳制品質(zhì)量安全控制技術(shù)教育部工程研究中心 內(nèi)蒙古大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010021；2.功能食品與天然產(chǎn)物化學(xué)中心 蒙古國(guó)立大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院，蒙古國(guó) 烏蘭巴托14201）

“民以食為天，食以安為先”，食品安全直接關(guān)系到人民的身體健康和生命安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)際上每年約有2 000萬(wàn)人因食源性微生物中毒死亡[1]，因而保證食品安全愈發(fā)受到各國(guó)普遍重視。2020年，中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議中提出實(shí)施國(guó)家安全戰(zhàn)略，建設(shè)更高水平的平安中國(guó)。其中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)要提高食品藥品等關(guān)系人民健康產(chǎn)品和服務(wù)的安全保障水平。

食品殺菌技術(shù)是通過(guò)殺滅食品中的腐敗菌和致病菌，從源頭上提升食品質(zhì)量安全水平，是保障食品安全的重要手段。食品殺菌操作是食品加工重要環(huán)節(jié)，是消除微生物對(duì)食品造成二次污染的關(guān)鍵技術(shù)。目前，特點(diǎn)各異的食品殺菌技術(shù)以及多類型殺菌技術(shù)協(xié)同殺菌方法已經(jīng)被廣泛研究。本文對(duì)傳統(tǒng)及新型的食品殺菌技術(shù)的研究應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的分類介紹，闡明殺菌原理，總結(jié)殺菌技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及其在食品殺菌中的具體應(yīng)用，展望了未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，為從事食品殺菌研究工作和食品生產(chǎn)從業(yè)者提供借鑒。

1 熱殺菌技術(shù)

熱殺菌是以殺滅微生物為主要目的的熱處理形式，而濕熱殺菌是其中最主要的方式之一，它是以蒸氣、熱水為熱介質(zhì)，或直接用蒸汽噴射式加熱的殺菌法。熱殺菌技術(shù)是發(fā)展最早，最為有效、簡(jiǎn)便、應(yīng)用最廣的傳統(tǒng)殺菌方法，也是其他殺菌方法在評(píng)價(jià)殺菌效果時(shí)的基本參照。熱處理?xiàng)l件主要是加熱溫度和處理時(shí)間，通常由D值（在恒定標(biāo)準(zhǔn)溫度下，殺滅90%微生物所需的時(shí)間）和F值（在恒定的加熱溫度下，殺滅一定數(shù)量細(xì)菌或芽孢所需的時(shí)間）反映滅菌效果。熱處理可以殺滅食品中多數(shù)致病菌，提高食品的食用安全性和延長(zhǎng)貯藏期限，但是低溫殺菌效果不佳，而高溫殺菌易破壞食品中的熱敏性蛋白質(zhì)和引發(fā)營(yíng)養(yǎng)成分流失，這與人們?nèi)遮呍鲩L(zhǎng)的高質(zhì)量食品需求相矛盾，同時(shí)高溫殺菌也存在著能耗大的問(wèn)題。因此，應(yīng)優(yōu)化熱殺菌技術(shù)的溫度和時(shí)間工藝參數(shù)，達(dá)到殺死病原菌或鈍化酶活性的合理熱處理強(qiáng)度，滿足殺菌目標(biāo)的同時(shí)又盡可能降低對(duì)食品品質(zhì)的影響。微生物的耐熱性以及熱量在食品中的傳遞機(jī)理的研究也將促進(jìn)熱殺菌技術(shù)的應(yīng)用推廣。此外，利用熱殺菌技術(shù)對(duì)食品進(jìn)行殺菌時(shí)，保障食品各部位的均一加熱性也是熱殺菌設(shè)備研發(fā)重要的方向之一。

1.1 巴氏殺菌技術(shù)

巴氏滅菌法是由法國(guó)微生物學(xué)家巴斯德發(fā)明的低溫殺菌法，是一種利用較低的溫度既可殺死病菌又能保持物品中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)風(fēng)味不變的消毒法，常常被廣義地用于定義需要?dú)⑺栏鞣N病原菌的熱處理方法。巴氏殺菌的熱處理溫度較低（68～70 ℃），并保持此溫度30 min以后急速冷卻到4～5 ℃。因?yàn)橐话慵?xì)菌的致死點(diǎn)均為溫度68 ℃與時(shí)間30 min以下，所以將混合原料經(jīng)此法處理后，可殺滅其中的致病性細(xì)菌和絕大多數(shù)非致病性細(xì)菌，但不能殺滅耐熱性強(qiáng)的細(xì)菌芽孢和嗜熱脂肪桿菌，食品保質(zhì)期相對(duì)較短，主要起到對(duì)食品的消毒目的。巴氏殺菌是國(guó)際公認(rèn)可以極大限度地保護(hù)牛奶中活性物質(zhì)的殺菌手段，目前主要用于乳品殺菌領(lǐng)域[2]。龐全嶺等[3]設(shè)計(jì)的牛奶巴氏殺菌裝置可從多方向?qū)εＤ踢M(jìn)行加熱殺菌，有效提高了殺菌效率，彌補(bǔ)了單向加熱殺菌效率低的缺陷。然而，巴氏殺菌在處理果汁時(shí)會(huì)引起某些果汁的風(fēng)味改變。優(yōu)化巴氏工藝或結(jié)合其他技術(shù)協(xié)同殺菌是未來(lái)巴氏殺菌研究主要方向。

1.2 高溫殺菌技術(shù)

高溫殺菌技術(shù)是指食品經(jīng)100 ℃以上，130 ℃以下的殺菌處理。主要應(yīng)用于pH＞4.5的低酸性食品的殺菌。高溫殺菌主要有間接式和連續(xù)式兩種殺菌工藝。高溫殺菌在罐頭領(lǐng)域有很好的應(yīng)用，既能保證罐頭的風(fēng)味又能極大延長(zhǎng)保質(zhì)期，最長(zhǎng)可達(dá)兩年。由于高溫長(zhǎng)時(shí)間作用通常會(huì)影響食品的品質(zhì)與風(fēng)味，使得高溫殺菌在食品領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。但是某些食品高溫殺菌后的貨架期明顯延長(zhǎng)且品質(zhì)保持基本不變。鋁箔袋真空包裝烤全羊肉經(jīng)121 ℃、20 min殺菌處理后，40 d的貯藏期內(nèi)其各項(xiàng)理化指標(biāo)和衛(wèi)生指標(biāo)顯著優(yōu)于常溫處理組，且感官品質(zhì)基本接近新鮮的烤全羊肉[4]。中式醬鹵雞經(jīng)高溫殺菌處理后，在常溫且不添加任何防腐劑的情況下，產(chǎn)品可以保存180 d[5]。

1.3 超高溫瞬時(shí)殺菌技術(shù)

超高溫瞬時(shí)殺菌（ultra-high temperature instantaneous sterilization，UHT）是指在135～150 ℃的溫度下保溫2～8 s后，再迅速冷卻到30～40 ℃的殺菌處理。這個(gè)過(guò)程中微生物細(xì)菌的死亡速度遠(yuǎn)比食品質(zhì)量受熱發(fā)生劣變的速度快，因此，UHT能夠?qū)崿F(xiàn)食品的高效滅菌，同時(shí)幾乎能完全保留食品原有的品質(zhì)與風(fēng)味，UHT 通常應(yīng)用于流體或半流體食品殺菌。柴寶全等[6]設(shè)計(jì)的新型超高溫殺菌機(jī)設(shè)備，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作維修方便，對(duì)乳制品殺菌時(shí)間短，能夠更好地保持乳制品原有的口感。此外，UHT是處理最易受高溫而影響風(fēng)味口感的果汁殺菌的不錯(cuò)方法。樂(lè)惠公司設(shè)計(jì)制造的LH4A20淋水式殺菌鍋主要應(yīng)用于飲料、罐頭或方便面食品的高溫高壓殺菌，設(shè)備操作方便、安全可靠、鍋內(nèi)溫度非常均勻，熱量傳遞理想，冷卻水與殺菌用水分開(kāi)，不會(huì)對(duì)罐頭造成二次污染[7]。此外，UHT配合無(wú)菌包裝技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外一種高新食品殺菌工藝。

2 非熱物理殺菌技術(shù)

與熱殺菌技術(shù)和化學(xué)殺菌相比，非熱物理殺菌技術(shù)更符合天然健康食品加工理念，具有顯著優(yōu)點(diǎn)：①利用物理手段進(jìn)行殺菌，無(wú)需要添加化學(xué)物質(zhì)，能夠有效防止化學(xué)殘留引發(fā)的人體健康危害；②殺菌條件易于控制，不易受外界環(huán)境的干擾；③不易使菌體產(chǎn)生耐受性；④在低溫或常溫下達(dá)到殺菌目的，能夠很好地保留食品的風(fēng)味，且能改善食品質(zhì)構(gòu)，如超高壓殺菌可提高肉制品的嫩度。

2.1 紫外線殺菌技術(shù)

紫外線殺菌是利用大多數(shù)微生物受短波紫外線（shortwave ultraviolet，UVC）（200～275 nm）照射時(shí)，會(huì)使脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）鍵斷裂而抑制其復(fù)制和細(xì)胞分裂（見(jiàn)圖1），從而導(dǎo)致微生物細(xì)胞的死亡，達(dá)到殺菌消毒的效果。尤其在波長(zhǎng)為253.7 nm時(shí)紫外線的殺菌作用最強(qiáng)。紫外線殺菌具有操作簡(jiǎn)單、無(wú)殘留毒性、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)[8]。常溫、常濕條件下各種細(xì)菌所需UVC照射量見(jiàn)表1[9]。然而，由于紫外線的穿透能力較差，目前主要適用于食品生產(chǎn)場(chǎng)所、食品表面及包裝材料的殺菌，對(duì)液體食品的殺菌還不夠高效，但是可以通過(guò)以下兩種方法提高殺菌效果：①使液態(tài)食品形成極薄的液態(tài)薄膜，以增加紫外線透過(guò)率；②使液態(tài)食品以湍流狀態(tài)通過(guò)紫外光，以增加紫外線的輻射均勻性。

表1 常溫、常濕條件下各種細(xì)菌所需短波紫外線照射量Table 1 Short-wave ultraviolet exposure amount required for various bacteria under normal temperature and atmospheric humidity conditions

圖1 紫外線破壞DNA復(fù)制機(jī)理Fig.1 Mechanism of ultraviolet light damage to DNA replication

2.2 輻射殺菌技術(shù)

輻射殺菌是利用高能射線（γ射線、電子射線）照射進(jìn)行殺菌。微生物受照射后，吸收能量，引起分子或原子電離激發(fā)，產(chǎn)生一系列物理、化學(xué)和生物學(xué)變化而導(dǎo)致微生物死亡，達(dá)到殺菌消毒的效果。γ射線的穿透力很強(qiáng)，適合于完整食品及各種包裝食品的內(nèi)部殺菌處理[10]，電子射線的穿透力較弱，一般用于小包裝食品或冷凍食品的殺菌，特別適用于食品的表面殺菌處理。與化學(xué)藥劑處理相比，目前世界各國(guó)普遍使用低劑量輻射處理土豆和蔥頭，以實(shí)現(xiàn)抑制發(fā)芽的休眠效果，成本低且效果好。然而，輻射殺菌需要較大投資和專門設(shè)備來(lái)產(chǎn)生輻射線，且受高劑量輻射的食品可能會(huì)發(fā)生不良的感官變化，60Co-γ輻射泄露會(huì)引起白血病，需對(duì)食品加工人員做好防護(hù)措施，故進(jìn)一步增加了生產(chǎn)成本。因此，輻射殺菌更適合于附加值較高的食品殺菌。

2.3 微波殺菌技術(shù)

微波殺菌是利用波長(zhǎng)約0.01～1.00 m的電磁波殺滅細(xì)菌繁殖體、真菌、病毒和細(xì)菌芽孢，達(dá)到殺菌消毒的效果。殺菌機(jī)理有熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)（生物效應(yīng)）兩種，熱效應(yīng)是指極速升溫致使蛋白質(zhì)變性和破壞生理功能，從而殺滅微生物。生物效應(yīng)是指微生物體內(nèi)不產(chǎn)生明顯的升溫，但其與微波產(chǎn)生強(qiáng)烈的生物響應(yīng)而發(fā)生各種生理、生化和功能的變化，導(dǎo)致細(xì)菌的死亡。微波殺菌是當(dāng)代新技術(shù)，具有殺菌時(shí)間短、速度快、保留產(chǎn)品天然品質(zhì)效果好，可表面和內(nèi)部同時(shí)消殺，設(shè)備簡(jiǎn)單、易控制、節(jié)約能源等諸多顯著優(yōu)點(diǎn)。

與巴氏殺菌相比，軟包裝三文魚(yú)片的殺菌時(shí)間大幅縮短，且目標(biāo)微生物的致死效果提高[11]。瑞典卡洛里公司將微波面包殺菌機(jī)用于1 993 kg/h面包片的生產(chǎn)線，面包片溫度由20 ℃上升至80 ℃，時(shí)間僅需1～2 min，處理后面包片保鮮期由3～4 d延長(zhǎng)到30～60 d[12]。韓林娜等[13]將圓柱腔式微波殺菌機(jī)用于袋裝鮮牛奶殺菌，處理后鮮奶風(fēng)味純正，營(yíng)養(yǎng)素沒(méi)有被破壞，鮮奶品質(zhì)明顯優(yōu)于巴氏殺菌法。然而，微波殺菌技術(shù)目前仍主要是實(shí)驗(yàn)室階段的應(yīng)用研究，真正用于工業(yè)生產(chǎn)的還很少，這是由于微波生物效應(yīng)殺菌理論存在爭(zhēng)議，潛在不確定因素有待研究，以及由于微波場(chǎng)的不均勻性，可導(dǎo)致微生物失活不完全，總體殺菌效果有待提高。

2.4 超聲殺菌技術(shù)

超聲波是指頻率高于20 kHz的機(jī)械波，具有方向性強(qiáng)、穿透性強(qiáng)及在液體中引起空化的強(qiáng)烈機(jī)械作用等特點(diǎn)。超聲波殺菌是通過(guò)在液體中產(chǎn)生的局部瞬間溫度與壓力變化，破壞細(xì)胞壁，使細(xì)菌死亡，達(dá)到殺菌消毒的效果。超聲滅菌機(jī)理見(jiàn)圖2[14]。然而，超聲單獨(dú)使用存在殺菌效果有限、處理量較小和必須與被處理液體接觸等問(wèn)題。與加熱等其他殺菌方法連用，可以有效縮短殺菌處理時(shí)間，提高殺菌效果，且在殺滅微生物的同時(shí)能夠最大限度地保留食品中的營(yíng)養(yǎng)成分（見(jiàn)表2）。藍(lán)莓汁超聲預(yù)處理的殺菌率可達(dá)到64%，與低溫配合殺菌可以極大限度的保留藍(lán)莓汁的品質(zhì)[15]。CARAVEO O等[16]使用高強(qiáng)度超聲處理牛半腱肌并于4 ℃下觀察貯藏期微生物的生長(zhǎng)情況，發(fā)現(xiàn)超聲可有效抑制牛半腱肌貯藏過(guò)程中大腸菌群和嗜冷菌等微生物的生物膜污染，較大程度保持牛肉品質(zhì)特性的同時(shí)，顯著抑制了微生物的繁殖，并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的腐敗現(xiàn)象。

圖2 超聲波滅菌機(jī)理Fig.2 Mechanism of ultrasonic sterilization

表2 超聲聯(lián)合殺菌實(shí)例Table 2 Examples of ultrasonic combined sterilization

2.5 超高壓殺菌技術(shù)

超高壓（ultra high pressure，UHP）殺菌技術(shù)是采用100 MPa以上的壓力處理食品，達(dá)到殺菌、滅酶和改善食品功能特性的目的。UHP的殺菌原理是超高壓的環(huán)境下，分子中的氫鍵、硫氫鍵、水化結(jié)構(gòu)等發(fā)生變化或破壞，從而引起蛋白質(zhì)變性、酶失活，最終導(dǎo)致微生物死亡。由于UHP是在常溫或較低溫度下滅菌，從而保證了食品的營(yíng)養(yǎng)成分和感官特性不被改變，使得UHP成為冷殺菌技術(shù)中商業(yè)化應(yīng)用較為成功的一種殺菌技術(shù)。陳偉等[22]設(shè)計(jì)的UHP設(shè)備制得的乳制品可以很好地保存原奶中的營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味，且保質(zhì)期高達(dá)120 d。然而，UHP殺菌對(duì)設(shè)備密封性和強(qiáng)度均有較高要求，存在設(shè)備投資成本高和設(shè)備耗材壽命短等不足。

2.6 高壓脈沖電場(chǎng)殺菌技術(shù)

高壓脈沖電場(chǎng)（highintensitypulsedelectricfields，PEF）殺菌技術(shù)是利用兩電極間產(chǎn)生瞬間短時(shí)高壓（15～100kV/cm），以脈沖頻率為1～100 kHz的脈沖電場(chǎng)作用，達(dá)到殺菌消毒的效果。在常溫下、幾十毫秒內(nèi)完成食品殺菌處理，電崩解理論和電穿孔理論是普遍認(rèn)可的PEF滅菌機(jī)制。PEF處理后食品各項(xiàng)指標(biāo)變化小，適合熱敏性食品殺菌，主要適用于液體和半固體食品的加工和保存[23]。PEF處理每噸液態(tài)食品殺菌僅需能耗約為0.5～2.0 kW·h，殺菌成本低、效果顯著，是目前食品殺菌中先進(jìn)的技術(shù)手段之一，在食品殺菌領(lǐng)域前景廣闊。脈沖頻率30.5 kHz、占空比2.3%、處理時(shí)間7 min、電場(chǎng)強(qiáng)度45 kV/cm，此條件下PEF對(duì)調(diào)理牛肉中微生物致死率達(dá)到了87.33%，調(diào)理牛肉的貨架期延長(zhǎng)了2 d，且其感官品質(zhì)無(wú)顯著降低[24]。溫和熱協(xié)同PEF對(duì)哈密瓜汁的殺菌效果與巴氏殺菌一致，且果汁的理化指標(biāo)基本無(wú)影響[25]。

2.7 微濾除菌技術(shù)

微濾（microfiltration，MF）是以靜壓差為推動(dòng)力，利用膜的“篩分”作用進(jìn)行分離的過(guò)程，達(dá)到殺菌消毒的效果。MF具有孔徑均一、絕對(duì)過(guò)濾的特點(diǎn)。MF除菌技術(shù)可用于液體食品除菌和分離微米及亞微米級(jí)的細(xì)小懸浮物、污染物等[26]。工業(yè)中常采用的錯(cuò)流MF操作模式（見(jiàn)圖3），以有效減弱膜的污染對(duì)膜通量的影響。

圖3 錯(cuò)流模型Fig.3 Cross-flow model

MF通常在常溫下進(jìn)行，特別適用熱敏感物質(zhì)的除菌，能夠有效保持產(chǎn)品的色香味和營(yíng)養(yǎng)成分。另外，膜過(guò)濾能耗較低、操作簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。MF除菌被廣泛應(yīng)用在酒類、果汁飲料、牛奶的生產(chǎn)中。青梅酒經(jīng)0.5 μm的無(wú)機(jī)陶瓷膜MF處理，可以除去酒中的殘余微生物，并使成品酒獲得較高的透明度，同時(shí)不會(huì)顯著影響酒中的有機(jī)酸含量[27]。牛奶經(jīng)MF過(guò)濾處理，微生物去除效果好，保質(zhì)期延長(zhǎng)，且對(duì)乳品理化性質(zhì)影響較小[28]。值得說(shuō)明的是膜材質(zhì)采用無(wú)機(jī)陶瓷膜的MF系統(tǒng)易于清洗，消毒方法簡(jiǎn)單徹底，在乳品工業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

2.8 高密度CO2殺菌技術(shù)

高密度CO2（dense phase carbon dioxide，DPCD）殺菌是一種新型的非熱殺菌技術(shù)，在常溫或低溫且小于100 MPa的壓力下，利用CO2分子效應(yīng)，鈍化微生物及酶活性，達(dá)到殺菌消毒的效果。殺菌機(jī)制主要包括降低食物的pH、CO2分子和碳酸氫鹽離子的抑制作用、對(duì)細(xì)胞的物理性破壞、改變細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和鈍化孢子活性等[29]。由于CO2在液體中的擴(kuò)散速率較快，DPCD主要用于液體食品殺菌。南霞等[30]研究發(fā)現(xiàn)，隨著DPCD處理壓力增大，蘋果漿中菌落總數(shù)降低，在壓力為25 MPa時(shí)，蘋果漿中菌落總數(shù)降低89.1%，電子鼻分析結(jié)果顯示，5～20 MPa處理對(duì)蘋果漿的風(fēng)味沒(méi)有顯著性影響。使用DPCD處理苦瓜，隨著處理壓力提高，鮮切苦瓜中菌落總數(shù)顯著降低，在6 MPa處理后，其菌落總數(shù)降低5.8 lg（CFU/g），同時(shí)對(duì)鮮切苦瓜的細(xì)胞結(jié)構(gòu)影響最小，并能降低其苦味[31]。國(guó)內(nèi)外DPCD研究已經(jīng)取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，但是依然存在如下問(wèn)需要解決，以此逐步推廣DPCD在食品加工業(yè)領(lǐng)域中的工業(yè)化應(yīng)用：①DPCD對(duì)于不同微生物的殺滅效果不同，需要進(jìn)一步研究殺菌機(jī)理與殺菌效果關(guān)系。②研發(fā)新型設(shè)備、優(yōu)化工藝條件，降低生產(chǎn)投資費(fèi)用。

2.9 低溫等離子體殺菌技術(shù)

等離子體是由各種帶電粒子組成的電離氣體。帶電粒子具有較高的能量，可以激發(fā)某種化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生多種具有殺菌性能的活性物質(zhì)，如活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）、活性氮、紫外（ultra violet，UV）光子等，達(dá)到殺菌消毒的效果。低溫等離子被廣泛用作一種新型高效的冷殺菌技術(shù)，殺菌機(jī)理見(jiàn)圖4[32]。

圖4 低溫等離子體殺菌機(jī)理Fig.4 Mechanism of low temperature plasma sterilization

5 kV，70 L/min空氣流速條件下處理5 min，低溫等離子體能夠?qū)⒗嬷娜看竽c桿菌殺滅，且梨汁多酚和維生素C的含量分別比巴氏殺菌高26.5%和20.6%，較好地保持了梨汁色澤[33]。對(duì)殺菌工藝、殺菌機(jī)理、食品品質(zhì)等方面的進(jìn)一步研究，以及研發(fā)用于生產(chǎn)的新型自動(dòng)化低溫等離子體殺菌設(shè)備是進(jìn)一步促進(jìn)等離子體用于食品殺菌的未來(lái)研究的重點(diǎn)。

3 化學(xué)殺菌技術(shù)

化學(xué)殺菌應(yīng)用較早且取得了長(zhǎng)足發(fā)展，時(shí)至今日，種類多樣的殺菌劑被報(bào)道，食品殺菌領(lǐng)域常用化學(xué)殺菌劑見(jiàn)表3。食品化學(xué)殺菌是指利用化學(xué)與生物藥劑達(dá)到殺死或抑制微生物生長(zhǎng)繁殖的殺菌技術(shù)?；瘜W(xué)殺菌劑作用于微生物使與微生物細(xì)胞相關(guān)的生理、生化反應(yīng)和代謝活動(dòng)受到干擾和破壞，最終導(dǎo)致微生物死亡?；瘜W(xué)殺菌劑在食品領(lǐng)域的應(yīng)用主要是直接用于食品或?qū)κ称飞a(chǎn)過(guò)程進(jìn)行消毒，其種類見(jiàn)表3。目前，化學(xué)殺菌已成為食品工業(yè)中實(shí)現(xiàn)抑制微生物繁殖的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

表3 化學(xué)殺菌劑種類Table 3 Types of chemical fungicide

3.1 含氯類消毒劑

氯類殺菌劑具有廣譜殺菌、成本低、毒性較低等優(yōu)點(diǎn)。食品領(lǐng)域常用的氯類殺菌劑主要有酸性電解水（主要?dú)⒕煞譃榇温人?、次氯酸根、氯氣），次氯酸及其鹽類（主要為次氯酸鈉（NaClO）），二氧化氯（包括氣態(tài)和液態(tài)兩種形式）以及可再生的N-鹵胺殺菌劑[34]。

3.1.1 酸性電解水

酸性電解水（pH=5.5～7.0）的高氧化電位、有效氯、活性氧等是殺死微生物的主要因素，因無(wú)化學(xué)殘留、環(huán)保，在果蔬保鮮，車間消毒得到廣泛應(yīng)用。電解水制備原理見(jiàn)圖5。利用酸性電解水對(duì)奶牛乳頭，擠奶工雙手和擠奶車間空間進(jìn)行消毒，在較低的有效氯濃度下可達(dá)到良好的殺菌效果。由NaClO和鹽酸（HCl）中和得到Haccpper殺菌液的全自動(dòng)制備裝置可實(shí)現(xiàn)對(duì)原料乳的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行殺菌，進(jìn)一步研究Haccpper在動(dòng)態(tài)空氣殺菌環(huán)境條件下的微生物衰減情況和殺菌動(dòng)力學(xué)特征，建立原料乳微生物污染控制技術(shù)體系，對(duì)乳業(yè)行業(yè)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義[35]。

圖5 電解水制備原理Fig.5 Principle of electrolyzed water preparation

3.1.2 二氧化氯

二氧化氯（ClO2）是一種以氣態(tài)形式和水溶液均能起效的理想消毒劑，具有廣譜殺菌、無(wú)害、環(huán)保等特點(diǎn)。ClO2對(duì)微生物細(xì)胞壁有較強(qiáng)的吸附和穿透能力，可有效地氧化細(xì)胞內(nèi)含巰基的酶，快速地抑制微生物蛋白質(zhì)的合成，以此破壞微生物，高效滅活多種病毒、細(xì)菌及繁殖體。ClO2在食品保鮮中的應(yīng)用是當(dāng)今一個(gè)熱點(diǎn)研究方向。ClO2能夠穩(wěn)定維持菜心偏低的過(guò)氧化物酶活性，抑制苯丙氨酸解氨酶活性，延緩木質(zhì)化和衰老，保持品質(zhì)[36]。ClO2處理能夠有效抑制木奶果果膠酶活性，延緩果實(shí)硬度的下降[37]。也有研究表明，使用150 mg/L二氧化氯對(duì)食醋儲(chǔ)存罐滅菌10 min，滅菌率可達(dá)99%以上[38]。

3.1.3 次氯酸鈉

次氯酸鈉（NaClO）又稱漂白粉、84消毒液。殺菌主要是次氯酸（HClO）作用、新生氧的氧化作用和氯化作用。使用質(zhì)量濃度75 mg/kgNaClO水溶液處理蓮藕，既可以大幅減少細(xì)菌菌量、又能提升蓮藕品質(zhì)，如降低失重、保護(hù)色澤、提升感官品質(zhì)等[39]。用質(zhì)量濃度100 mg/L NaClO清洗胡蘿卜在儲(chǔ)藏期內(nèi)菌落總數(shù)顯著減少，并且可以保持較好的感官品質(zhì)[40]。NaClO處理鮮切山藥也表現(xiàn)出良好的殺菌效果[41]。但是，次氯酸類殺菌劑的殺菌能力受pH值變化的影響，見(jiàn)圖6。

圖6 不同pH值下殺菌有效成分次氯酸的比率差異[42]Fig.6 Difference in the ratio of effective component hypochlorous acid under different pH

3.1.4N-鹵胺

N-鹵胺是通過(guò)酰亞胺、酰胺或胺基團(tuán)的鹵化而形成的具抗菌性的一類含有一個(gè)或多個(gè)氮-鹵共價(jià)鍵的高分子聚合物。N-鹵胺具有高效、持久、穩(wěn)定、易保存、可再生、無(wú)腐蝕、無(wú)毒和廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，近年在食品包裝領(lǐng)域多有應(yīng)用[43]。MA Y等[44]合成的防污功能的可再生N-鹵胺抗菌膜，具有較好殺菌性，同時(shí)滅活的細(xì)菌碎片可以很容易地釋放，避免了生物膜的形成，是一種潛在的新型食品包裝殺菌材料。QIAO M Y等[45]將N-鹵胺和多巴胺結(jié)合形成的抗菌涂層應(yīng)用在不銹鋼表面，研究表明其具有良好抗菌性能，且這種涂層材料可以很容易地通過(guò)噴涂方法擴(kuò)大應(yīng)用到真正的食品設(shè)備部件上，實(shí)現(xiàn)食品安全的預(yù)防控制。

3.2 氧化劑類殺菌劑

氧化劑類殺菌劑包括一些含有不穩(wěn)定結(jié)合態(tài)氧的化合物，如臭氧、過(guò)氧化氫和過(guò)氧乙酸等。該類殺菌劑一般具有強(qiáng)氧化能力，是廣譜、速效、高效的殺菌劑。由于氧化劑類殺菌劑直接添加到食品中殺菌易影響食品品質(zhì)，目前主要用于食品生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)設(shè)備、管道、水產(chǎn)品和產(chǎn)品包裝消毒或殺菌。

3.2.1 臭氧

臭氧（O3）是一種具有特殊氣味的淡藍(lán)色氣體，能夠破壞分解細(xì)菌的細(xì)胞壁，快速擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，破壞細(xì)胞及代謝繁殖，從而殺死細(xì)菌。O3在水中能夠迅速水解產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力和極強(qiáng)殺菌能力的單原子氧（O）、羥基（-OH）[46]。O3可以氧化消除貯藏庫(kù)內(nèi)果蔬釋放的乙烯等有害氣體，延緩果蔬變質(zhì)，提高果蔬的商用價(jià)值。與紫外線燈和甲醛消毒相比，O3氣體殺菌不會(huì)漏過(guò)任何一個(gè)角落，克服了紫外線燈受照射距離影響和有死角的缺點(diǎn)，避免了甲醛消毒劑的毒性殘留。同時(shí)，O3還具有除味、除臭的作用，非常適合食品加工車間消毒。近年，一些性能優(yōu)良的高濃度O3空氣消毒機(jī)和O3水處理器已在食品和藥品領(lǐng)域應(yīng)用。

臭氧水還能有效控制潤(rùn)麥環(huán)節(jié)的微生物滋生，降低面粉產(chǎn)品中的微生物數(shù)量。20 ℃潤(rùn)麥時(shí)，質(zhì)量濃度為5.5 mg/L的臭氧水能顯著降低小麥粉中微生物含量[47]。食品衛(wèi)生法規(guī)定礦泉水產(chǎn)品不允許添加防腐劑，不能加熱滅菌，且微生物指標(biāo)要求達(dá)到“雙零”，因而目前國(guó)內(nèi)外礦泉水生產(chǎn)應(yīng)用最普遍的滅菌方法是O3殺菌[48]。

與次氯酸類殺菌劑相比，O3殺菌不受pH值變化和氨的影響，殺菌能力強(qiáng)。當(dāng)O3的濃度超過(guò)閾值，殺菌就會(huì)瞬時(shí)發(fā)生。殺菌后的產(chǎn)物是氧氣，無(wú)殘留無(wú)污染。而且生產(chǎn)O3的成本低廉。但是高濃度O3會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生負(fù)面作用，對(duì)環(huán)境也會(huì)造成嚴(yán)重污染。且對(duì)非金屬材料有強(qiáng)烈的腐蝕作用，這對(duì)生產(chǎn)加工設(shè)備提出更高要求，增加了投資費(fèi)用。

3.2.2 過(guò)氧化氫

過(guò)氧化氫（H2O2）也叫雙氧水，可以氧化破壞微生物體內(nèi)的原生質(zhì)，從而殺滅微生物。雙氧水在飲用天然礦泉水生產(chǎn)中對(duì)瓶胚內(nèi)部殺菌起到重要作用，生產(chǎn)中將雙氧水噴入瓶胚中對(duì)內(nèi)壁進(jìn)行滅菌，該方法與瓶胚傳統(tǒng)的濕法殺菌工藝相比更為節(jié)能高效[49]。在一定糙米添加量下，用雙氧水噴淋粽子，可以降低粽體菌落總數(shù)至10 CFU/g以下，能有效抑制微生物生長(zhǎng)，且對(duì)粽子的質(zhì)構(gòu)特性影響較小。雙氧水體積分?jǐn)?shù)為3%時(shí)，粽子氣味良好且粽葉顏色適中，感官品質(zhì)較好[50]。食品領(lǐng)域采用的食品級(jí)H2O2純度高，且不含蒽醌類的有機(jī)雜質(zhì)和對(duì)人體有害的金屬物質(zhì)[51]。然而，我國(guó)食品級(jí)H2O2的生產(chǎn)能力比較落后，使得食品領(lǐng)域的H2O2殺菌發(fā)展遲緩。此外，H2O2化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，易失效，主要用于食品包裝的表面殺菌。

3.2.3 過(guò)氧乙酸

過(guò)氧乙酸（CH3COOOH）是強(qiáng)氧化劑，對(duì)病毒、細(xì)菌、真菌及芽孢均能迅速殺滅。CH3COOOH易沖洗且分解產(chǎn)物僅有醋酸、水與氧氣，對(duì)食品安全無(wú)毒，在食品殺菌、保鮮領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。CH3COOOH殺菌機(jī)理有：①氧化作用使酶失去活性，造成微生物死亡；②改變細(xì)胞內(nèi)的pH值以損傷微生物。氧化作用是主要作用方式。研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)氧乙酸對(duì)黃秋葵具有很好的保鮮效果，可以延緩黃秋葵葉綠素、可溶性糖和商品率的降低，推遲呼吸高峰的到來(lái)[52]。用質(zhì)量濃度600 mg/L 過(guò)氧乙酸處理枇杷果實(shí)4 min 顯著阻抑了枇杷果實(shí)儲(chǔ)藏期間腐爛指數(shù)，細(xì)胞膜滲透率和失重率的上升[53]。但是CH3COOOH有強(qiáng)腐蝕性，且在110 ℃以上爆炸。

3.3 天然防腐劑

食品防腐劑的主要作用是抑制食品中微生物的繁殖，達(dá)到延長(zhǎng)食品保質(zhì)期的作用。按照來(lái)源分為化學(xué)防腐劑和天然防腐劑兩大類。天然防腐劑是指從植物、動(dòng)物和微生物的代謝產(chǎn)物中分離提取的一類具有抗菌防腐作用的功能性物質(zhì)，具有抗菌性強(qiáng)、安全性高、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)[54]，常見(jiàn)的天然防腐劑有魚(yú)精蛋白、中草藥提取物、天然食用辛料植物提取物、殼聚糖和抗菌肽等。

3.3.1 植物多酚

植物多酚是植物性原料的天然有效成分，主要包括類黃酮、酚酸、姜黃素、木酚素、芪類化合物和單寧。一些植物多酚具有抗氧化、抑菌、抗病毒等多種功能，被稱為天然抑菌劑，在食品領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[55]。裴亞萍等[56]研究發(fā)現(xiàn)，分別添加0.04%蘋果多酚、葡萄籽多酚、茶多酚3種天然酚類物質(zhì)都具有減緩花生牛軋?zhí)沁^(guò)氧化值升高，抑制花生牛軋?zhí)撬醿r(jià)增高，抑制菌落總數(shù)和大腸菌群增加的作用。茶多酚溶液質(zhì)量濃度0.61 g/100 mL，處理時(shí)間33.44 min，中式臘腸的菌落總數(shù)可降至4.3 lg（CFU/g），且能持較好的感官品質(zhì)[57]。

3.3.2 天然抗生素

天然抗生素是從生物體分泌物或體內(nèi)提取，具有安全無(wú)毒害和優(yōu)良的抑菌防腐特性。溶菌酶（lysozyme）能催化革蘭氏陽(yáng)性菌細(xì)胞壁肽聚糖的β-1,4糖苷鍵水解，使微生物細(xì)胞壁破壞、缺失，在內(nèi)部滲透壓的作用下細(xì)胞膜破裂，內(nèi)容物外溢，達(dá)到滅菌[58]。用質(zhì)量濃度為0.002 g/mL溶菌酶處理新鮮雞肉，能有效抑制細(xì)菌生長(zhǎng)，與殼聚糖等制成復(fù)合保鮮劑可使雞肉保質(zhì)期延長(zhǎng)至12 d左右[59]。乳酸鏈球菌素（Nisin）是由乳酸鏈球菌產(chǎn)生的一種小分子抗菌肽，具有廣譜抑菌作用，對(duì)致病性病原體李斯特菌、金黃色葡萄球菌、芽孢桿菌等革蘭氏陽(yáng)性菌有抗菌活性[60]。Nisin是第一個(gè)被批準(zhǔn)為食品防腐劑的細(xì)菌素，抑菌作用機(jī)制主要是在細(xì)胞膜中形成孔道，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)小分子物質(zhì)快速流出，細(xì)胞質(zhì)膜的離子梯度和質(zhì)子動(dòng)力被破壞，細(xì)胞的生物合成過(guò)程受阻促使細(xì)胞裂解死亡[61]。使用魔芋多糖/Nisin復(fù)合保鮮劑涂抹處理的冷鮮肉，其菌落總數(shù)、揮發(fā)性鹽基氮、pH值和感官評(píng)分的實(shí)驗(yàn)結(jié)果均優(yōu)于對(duì)照組，且保質(zhì)期延長(zhǎng)至10 d左右[62]。

4 總結(jié)與展望

食品殺菌技術(shù)包括傳統(tǒng)殺菌技術(shù)和新型殺菌技術(shù)，發(fā)展較早的傳統(tǒng)殺菌技術(shù)因工藝簡(jiǎn)單、易操作、投資小等優(yōu)點(diǎn)在食品領(lǐng)域依然起著重要作用。然而傳統(tǒng)殺菌技術(shù)存在滅菌不徹底、對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)損害大等弊端，這間接推動(dòng)了新型食品殺菌技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，新型殺菌技術(shù)的共同特點(diǎn)是對(duì)食品的色香味及營(yíng)養(yǎng)成分破壞較小，且殺菌速效，高效，無(wú)污染。隨著人民生活品質(zhì)需求日益提高，這些優(yōu)點(diǎn)也將繼續(xù)是未來(lái)食品領(lǐng)域殺菌技術(shù)的發(fā)展方向。

然而，一些新型殺菌技術(shù)由于所用設(shè)備復(fù)雜、成本昂貴而沒(méi)有得到食品工業(yè)化推廣應(yīng)用，這一問(wèn)題有待進(jìn)一步解決。未來(lái)還應(yīng)著重研究：①新型殺菌技術(shù)及裝置研發(fā)，確定不同殺菌技術(shù)對(duì)不同食品殺菌的最佳工藝參數(shù)；②研究不同殺菌技術(shù)對(duì)食品的殺菌機(jī)理和品質(zhì)影響機(jī)理；③將不同的殺菌技術(shù)聯(lián)合取得最佳的殺菌效果；④做好各種殺菌技術(shù)的安全評(píng)價(jià)工作，高度重視食品生產(chǎn)安全。隨著食品工業(yè)的發(fā)展及檢測(cè)技術(shù)的不斷完善，食品殺菌技術(shù)也將不斷發(fā)展進(jìn)步，更好地為食品安全保駕護(hù)航。