軟包裝肉制品非熱力殺菌技術(shù)的應(yīng)用與研發(fā)進(jìn)展

李 明

(天津市天寶樓食品研發(fā)有限公司 天津300393)

0 引言

隨著人民生活水平的大幅度提高，消費(fèi)者對(duì)于食品的要求朝著綠色、健康、營養(yǎng)和安全的方向發(fā)展，軟包裝肉制品罐頭憑借著重量輕、方便食用、易加熱等優(yōu)勢，在肉制品消費(fèi)市場上逐漸占據(jù)了主導(dǎo)地位。但是軟包裝肉制品傳統(tǒng)的熱力殺菌工藝，又存在著營養(yǎng)物質(zhì)破壞、口感變化、揮發(fā)性成分損失等缺陷，不能充分滿足消費(fèi)者的需求?，F(xiàn)在隨著食品工業(yè)的發(fā)展，一類嶄新的非熱力殺菌技術(shù)獲得了越來越多的關(guān)注。非熱力殺菌條件易于控制，對(duì)外界環(huán)境影響較小，并且殺菌過程中由于食品的溫度不變或者變化很小，既能有效殺滅腐敗菌延長保質(zhì)期，又有利于保持產(chǎn)品原有的色、香、味及營養(yǎng)成分。本文主要介紹超高壓殺菌技術(shù)、脈沖強(qiáng)光、微波技術(shù)、輻照殺菌、生物殺菌技術(shù)等新型殺菌技術(shù)的原理及其在軟包裝肉制品領(lǐng)域的應(yīng)用和研究進(jìn)展，旨在推進(jìn)我國在軟包裝肉制品殺菌技術(shù)方面的研究和應(yīng)用。

1 超高壓殺菌技術(shù)

超高壓殺菌是20世紀(jì)80年代開發(fā)的一種非熱力殺菌技術(shù)。該技術(shù)將食品經(jīng)過軟包裝之后，以水或其他流體作為傳遞壓力的媒介物，經(jīng)超高壓100～1000MPa作用達(dá)到殺菌目的。與傳統(tǒng)熱力滅菌相比，超高壓滅菌具有在獲得良好滅菌效果的前提下還能保持食品的口感、風(fēng)味和營養(yǎng)物質(zhì)的特點(diǎn)。超高壓對(duì)微生物的殺滅作用主要是通過破壞微生物的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁，使蛋白質(zhì)變性凝固，抑制酶活性、影響DNA等遺傳物質(zhì)的復(fù)制，從而殺死食品中的腐敗菌和致病菌。

超高壓殺菌效果受多種因素影響。研究表明，在一定范圍內(nèi)，工作壓力越大，殺菌速度越快，微生物的死亡率越高，殺菌效果越好。張立云等[1]、曾慶梅等[2]、閆雪峰等[3]通過選擇不同的滅菌壓力和保壓時(shí)間對(duì)液態(tài)食品進(jìn)行超高壓滅菌，并以大腸菌群、酵母菌、霉菌的滅菌效果為判斷依據(jù)，得出結(jié)論是在滿足將大腸菌群完全滅殺的殺菌參數(shù)下，并不能將霉菌和酵母菌有效滅殺。這說明不同微生物超高壓處理的效果有顯著差異，針對(duì)不同的菌種應(yīng)建立與之對(duì)應(yīng)的殺菌公式。勵(lì)建榮等[4]討論了溫度、pH值、水分活度、壓力、保壓時(shí)間和施壓方式、目標(biāo)菌種類及特性和物料自身成分等因素對(duì)超高壓殺菌效果的影響。勵(lì)建榮等[5]研究了高壓處理后的果汁和蔬菜汁，通過實(shí)驗(yàn)說明超高壓滅菌在確保滅菌效果的同時(shí)，不但能保證物料的色香味等感官指標(biāo)不變，還能最大限度減少Vc損失。趙宏強(qiáng)等[6]將軟包裝后的鱸魚片進(jìn)行250MPa超高壓滅菌處理，并與0.1MPa處理的對(duì)照樣品進(jìn)行冷藏期間嗜冷菌變化的動(dòng)態(tài)分析，結(jié)果表明超高壓處理軟包裝鱸魚片的冷藏貨架期明顯延長4～5d。邱春強(qiáng)等[7]研究了超高壓處理的醬鹵雞肉，通過實(shí)驗(yàn)說明在壓力分別為200MPa和500MPa下，處理時(shí)間為15min時(shí)，菌落總數(shù)都會(huì)有明顯下降，但在500MPa后持續(xù)加壓，微生物數(shù)量降低的趨勢變緩，獲得了壓力200～400MPa，處理時(shí)間20min的最佳處理方案。柏紅梅等[8]對(duì)野山豬肉進(jìn)行超高壓滅菌處理，通過壓力(250、350、450、550MPa)、滅菌溫度(20、25、30、35℃)、保壓時(shí)間(10、20、30、40min)3個(gè)滅菌參數(shù)的正交試驗(yàn)，以菌落總數(shù)和感官品質(zhì)為評(píng)判依據(jù)，確定了滅菌壓力486MPa、溫度 26℃、時(shí)間16min的滅菌參數(shù)條件下物料能達(dá)到最好的滅菌效果和品質(zhì)保證。通過邱春強(qiáng)和柏紅梅2個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的研究過程和結(jié)論，可以發(fā)現(xiàn)超高壓滅菌技術(shù)受到多個(gè)滅菌參數(shù)的相互影響，對(duì)于不同的物料都擁有各自最佳的滅菌參數(shù)，因此超高壓滅菌的工藝參數(shù)需要針對(duì)不同的物料特性及最終產(chǎn)品的質(zhì)量需求分別單獨(dú)確定。

2 脈沖強(qiáng)光殺菌

脈沖強(qiáng)光殺菌是采用強(qiáng)烈的白光脈沖閃照方法對(duì)食品表面進(jìn)行滅菌的技術(shù)，其基本原理是可見光、紅外線和紫外線共同作用于物料表面的微生物，通過閃照瞬間的高強(qiáng)度能量使微生物的細(xì)胞壁及遺傳物質(zhì)發(fā)生不可逆改變，從而達(dá)到滅菌目的。該技術(shù)是對(duì)物料的表面進(jìn)行殺菌處理，適合于感官、風(fēng)味、營養(yǎng)物質(zhì)等質(zhì)量因素對(duì)溫度敏感的透明包裝的產(chǎn)品殺菌處理，以延長產(chǎn)品的貨架期。Dunn[9]研究得出脈沖強(qiáng)光對(duì)多數(shù)微生物都可起到滅殺作用。周萬龍等[10]選用枯草芽孢桿菌、大腸桿菌、酵母菌為滅菌對(duì)象，研究結(jié)果表明輸入電壓、菌種原始濃度、閃照次數(shù)都能影響殺菌的效果，其中閃照次數(shù)對(duì)于滅菌效果的影響最大，選擇合適的滅菌參數(shù)和菌液甚至可以達(dá)到完全滅菌的效果。江天寶等[11]在固定脈沖能量(6J/cm2)和閃照頻率(3次/s)的情況下，通過控制變換閃照時(shí)間、閃照距離、染菌濃度分析烤鰻片的殺菌效果和品質(zhì)變化，得出結(jié)論是脈沖強(qiáng)光可有效殺除烤鰻片表面的大腸桿菌，在閃照時(shí)間為15s的條件下，殺菌率可達(dá)到99.99%，同時(shí)殺菌過程對(duì)烤鰻片的品質(zhì)影響較小。在固定脈沖能量和閃照頻率的情況下，閃照時(shí)間是殺菌效果的主要決定因素。黃現(xiàn)青等[12]采用脈沖強(qiáng)光對(duì)冷卻雞胸肉進(jìn)行殺菌處理，利用響應(yīng)面法對(duì)滅菌參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并通過殺菌率、剪切力、離心失水率和色差4個(gè)指標(biāo)為判別依據(jù)，得到了脈沖能量400J、脈沖距離12cm、脈沖時(shí)間50s的最優(yōu)殺菌工藝參數(shù)。通過研究發(fā)現(xiàn)隨著脈沖能量的增加，殺菌率呈增加趨勢且差異性顯著；脈沖距離增大，殺菌率呈下降趨勢且差異性顯著；隨著脈沖時(shí)間的增加，殺菌率呈增加趨勢且差異性顯著。

3 微波殺菌技術(shù)

微波殺菌是一種低溫殺菌技術(shù)，微波殺菌的作用機(jī)制分為熱效應(yīng)理論和非熱效應(yīng)理論。熱效應(yīng)理論是食品中的極性分子在微波作用下發(fā)生來回運(yùn)動(dòng)，分子之間發(fā)生劇烈摩擦，產(chǎn)生熱量。微波作用下的物料升溫是內(nèi)外同時(shí)發(fā)生且升溫均勻的，與普通熱殺菌相比微波殺菌具有受熱時(shí)間短、升溫速度快、受熱均勻、物料品質(zhì)損失少的特點(diǎn)。非熱效應(yīng)理論是處于微波中的微生物的細(xì)胞內(nèi)的極性分子發(fā)生運(yùn)動(dòng)，改變蛋白質(zhì)、核酸等分子的結(jié)構(gòu)，使微生物的部分功能喪失而達(dá)到殺菌目的。微波殺菌具有良好的穿透性，同時(shí)作用于物料的表面和內(nèi)部，殺菌均勻徹底，因此可進(jìn)行包裝后殺菌。

目前食品工業(yè)中使用較多的微波頻率是915MHz和2450MHz，其中微波爐多用2450MHz，食品加工多用915MHz。濕式微波殺菌是微波殺菌工藝升級(jí)版，該工藝與傳統(tǒng)工藝的區(qū)別是，在微波殺菌過程中加入循環(huán)水，使微波加熱的均勻性得到了更好的提升。戚彪等[13]用2450MHz微波對(duì)軟包裝鹵豬肝進(jìn)行滅菌，結(jié)果表明殺菌溫度為70℃微波殺菌的豬肝在滅菌效果上和傳統(tǒng)熱力殺菌的效果一致，且豬肝品質(zhì)優(yōu)于傳統(tǒng)熱殺菌。席益民等[14]對(duì)氣調(diào)包裝的扒雞進(jìn)行微波殺菌，實(shí)驗(yàn)表明900W殺菌功率即可獲得良好的殺菌效果，殺菌功率的持續(xù)增加對(duì)扒雞的貨架期沒有明顯的延長效果；微波殺菌對(duì)氣調(diào)包裝扒雞產(chǎn)品品質(zhì)的影響較小，隨殺菌強(qiáng)度增加，產(chǎn)品的口感和理化指標(biāo)與未殺菌空白組無明顯區(qū)別。

4 輻照殺菌

輻照殺菌是利用射線(其中包括X射線、γ射線和加速電子束等)的輻照能量來殺滅微生物的一項(xiàng)技術(shù)。輻照射線照射到食品上會(huì)引起食品中的微生物蛋白質(zhì)或遺傳物質(zhì)發(fā)生變化，抑制或破壞其生長或者繁殖，甚至使微生物的細(xì)胞組織死亡，從而達(dá)到殺菌、延長貨架期的目的[15-16]。

輻照滅菌按其用途和劑量可分為輻照消毒殺菌和輻照完全殺菌。輻照消毒殺菌的作用是抑制或部分殺滅腐敗微生物和致病性微生物；完全輻照滅菌是一種大劑量輻照滅菌方法，劑量范圍為10～60kGy。它能殺滅肉類及其制品上的所有微生物，從而達(dá)到“商業(yè)無菌”的目的[17]。食品輻射源有3種：X射線、γ射線和電子射線。影響輻射效果的主要因素有劑量、輻射介質(zhì)和狀態(tài)、溫度、輻射氣氛、微生物種類。與其他滅菌技術(shù)相比，輻照滅菌有其自身的優(yōu)點(diǎn)，在適當(dāng)劑量下，輻照處理過程中物料溫度上升很小，輻照均勻、快速、易于控制，物料在包裝條件下滅菌，輻照處理后無殘留，產(chǎn)品的原有品質(zhì)和風(fēng)味可以最大限度地保持不變。

鄧鋼橋等[18]進(jìn)行了泡椒鳳爪的輻照殺菌研究，60Co-γ射線對(duì)產(chǎn)品中的微生物有很好的殺滅作用，能顯著延長產(chǎn)品的保質(zhì)期，輻照劑量為6kGy時(shí)，產(chǎn)品中已基本沒有微生物的營養(yǎng)體存在。李淑榮等[19]進(jìn)行了60Co-γ射線輻照烤魚片殺菌效果的研究，當(dāng)烤魚片的輻照劑量由0kGy至6.0kGy逐步遞增時(shí)，烤魚片貨架期顯著延長且感官品質(zhì)無明顯影響，劑量為6.0kGy時(shí)殺菌率達(dá)到了99.99%且感官品質(zhì)無明顯變化，但劑量超過7.0kGy后感官品質(zhì)發(fā)生了劣變。傅俊杰[20]利用γ射線輻照處理脫水蔬菜，輻照殺菌劑量為6～10kGy，能夠保證對(duì)菜品品質(zhì)無影響的情況下，有效地殺滅微生物，使菜品的保質(zhì)期達(dá)到 1年以上。

5 生物殺菌(抑菌)技術(shù)

生物殺菌(抑菌)技術(shù)是一種安全、高效、無毒的冷殺菌(抑菌)技術(shù)。該技術(shù)主要是通過在食品生產(chǎn)過程中添加生物防腐劑來達(dá)到殺菌(抑菌)、延長貨架期的目的。生物防腐劑根據(jù)其來源可分為3大類：

①植物來源的蒜素、生姜提取液中的萜類化合物、肉桂精油、辣椒堿等。蒜素殺菌能力極強(qiáng)，對(duì)食品中致病菌(痢疾桿菌、傷寒桿菌等)、腐敗菌、真菌等有很強(qiáng)的殺菌和抑制作用，其作用效果可以和化學(xué)防腐劑山梨酸、苯甲酸相媲美，是目前發(fā)現(xiàn)的植物來源的生物防腐劑中抗菌效果最強(qiáng)的一種。據(jù)報(bào)道1mg蒜素相當(dāng)于15個(gè)單位的青霉素抗菌力，蒜素稀釋到1∶250000有抑制細(xì)菌作用，將其稀釋1∶85000～1∶25000能抗葡萄球菌、鏈球菌、傷寒桿菌、痢疾桿菌、霉菌等[21]。魏玉西等[22]通過抑菌實(shí)驗(yàn)證明辣椒堿對(duì)革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌均有抑制效果，但是對(duì)霉菌的抑制效果不明顯。

②微生物來源的乳酸鏈球菌肽、曲酸、納他霉素等。乳酸鏈球菌素是目前研究最為廣泛的一種生物防腐劑，它對(duì)大部分革蘭氏陽性菌起抑制作用，但是對(duì)酵母菌和霉菌起不到抑制效果。納他霉素能有效抑制霉菌和酵母菌的生長。

③動(dòng)物來源的昆蟲抗菌肽、殼聚糖、魚精蛋白等。殼聚糖由于本身的分子結(jié)構(gòu)導(dǎo)致水溶性差，防腐抗氧化活性不高，因此在使用殼聚糖時(shí)都要對(duì)其進(jìn)行適度改性，改性后的殼聚糖運(yùn)用到肉制品當(dāng)中，不但能對(duì)抑制微生物的增長起到防腐作用，還能夠抑制油脂氧化，延長產(chǎn)品的貨架期。

生物殺菌(抑菌)技術(shù)并不能通過單一的生物防腐劑的使用來達(dá)到殺菌(抑菌)的目的，因?yàn)榫湍壳暗难芯砍晒?，沒有任何一個(gè)單獨(dú)的生物防腐劑能全面殺菌(抑菌)，所以需要多種生物防腐劑，甚至和一些傳統(tǒng)的化學(xué)防腐劑或殺菌方式聯(lián)用，才能達(dá)到預(yù)期的殺菌效果，有效延長產(chǎn)品的貨架期。

6 柵欄技術(shù)抑菌

“柵欄技術(shù)”一詞，最早是由德國肉類研究中心Leistner提出的[23]。柵欄技術(shù)是多種殺菌防腐技術(shù)的科學(xué)結(jié)合，這些技術(shù)相互補(bǔ)充、相互合作，形成對(duì)腐敗菌的多點(diǎn)滅殺或抑制，從而延緩食品的變質(zhì)，有效延長食品的保質(zhì)期。高溫處理、低溫冷藏、調(diào)整水分活度、pH調(diào)節(jié)、Eh值(氧化還原值)、防腐劑、競爭性菌群及輻照等阻止食品內(nèi)腐敗菌生長繁殖的因素統(tǒng)稱為柵欄因子。通過這些因子單獨(dú)或相互作用構(gòu)成了防止食品腐敗變質(zhì)的“柵欄”，決定了食品品質(zhì)的穩(wěn)定性，即柵欄效應(yīng)。在肉制品方面，柵欄因子眾多，目前常用的柵欄因子主要有：初始菌量、溫度、pH值、水分活度、Eh值(氧化還原值)、防腐劑、包裝形式、輻照、競爭性菌群等，基于這些柵欄因子的抑菌作用，在肉制品的每個(gè)加工階段運(yùn)用相應(yīng)的柵欄因子，進(jìn)而保證產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性。金華火腿就是利用柵欄因子的協(xié)同作用保質(zhì)防腐，是我國肉制品生產(chǎn)中對(duì)柵欄技術(shù)最早的應(yīng)用典范。

7 結(jié)語

隨著肉制品加工業(yè)的成熟與發(fā)展，輻照殺菌、超高壓殺菌、微波殺菌等非熱力殺菌技術(shù)在肉制品行業(yè)也得到一定程度的發(fā)展和應(yīng)用。但在軟包裝肉制品加工中的應(yīng)用報(bào)道較少，軟包裝肉制品加工中的二次滅菌大部分企業(yè)還是采用傳統(tǒng)的熱力殺菌技術(shù)，而傳統(tǒng)熱力殺菌技術(shù)的不足又不能很好地滿足消費(fèi)者對(duì)肉制品品質(zhì)的要求。因此，非熱力殺菌技術(shù)的研究和商業(yè)化應(yīng)用對(duì)于軟包裝肉制品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有關(guān)鍵作用，通過該技術(shù)的應(yīng)用，可以最大限度地減少因二次殺菌造成的營養(yǎng)成分的流失，盡可能使產(chǎn)品在殺菌前后保持穩(wěn)定的、一致的感官性狀，使產(chǎn)品在流通、銷售環(huán)節(jié)的運(yùn)輸和貯藏更加便捷，延長產(chǎn)品的貨架期，以滿足廣大消費(fèi)者日益增長的物質(zhì)生活的需要。