7种食品杀菌工艺的优缺点对比

杀菌一来可以让食品的保质期和保鲜期延长，二来能让存在食品中的各类细菌，例如大肠杆菌、蜡杆菌、巨杆菌、痢疾杆菌、伤寒杆菌、流脑双球菌、金黄色葡萄球菌等能被杀死，从而保证食品食用的安全性。在食品杀菌方面，目前常用的技术手段一般有：紫外、磁场、臭氧 、微波、蒸汽和辐照等，今天就讲一讲常用的几种杀菌工艺。
## 一、超高压杀菌工艺
原理：
食品超高压杀菌(高静水压杀菌)就是食品物料以某种方式包装完好后，放人液体介质(通常是食用油、甘油、油与水的乳液)中，100～1000 MPa压力下作用一定时间后，使之达到灭菌的要求。
超高压杀菌是影响氢键之类的弱结合力的变化，使分子空间结构变化而无损基本特性。所以，超高压可以在保留食品原有生鲜风味和营养，不产生异味的情况下使蛋白质、淀粉之类的高分子物质形成不同于热法所产生的凝胶或凝固物。
优点：
这种经过超高压处理过的产品，可以充分保持食品原料原有的色、香、味和营养成分，从而延长产品的保质期。超高压处理过的果汁，其颜色、风味、营养与未经加压处理的新鲜果汁几乎无任何差别。
缺点：
超高压杀菌技术由于处理过程压力很高，食品中==压敏性成分会受到不同程度的破坏==。其过高的压力使得能耗增加，对设备要求过高；而且，超高压装置==初期投入成本比较高==，一般食品工厂不利于工业化推广；超高压灭菌一般采用水作为为压力介质，当压力超过600MPa时，水会出现临界冰的现象，因而==只能使用油等其他物质作为压力介质==；超高压灭菌的==效果受多种因素的影响==，如微生物种类、细胞形态、温度、时间、压力大小等。
## 二、巴氏杀菌工艺
原理：巴氏杀菌是指温度比较低的热处理方式，一般在低于水沸点温度下进行。现用的巴氏杀菌方法一般有两种：一是加热到61.1～65.6摄氏度之间，30分钟；二是加热到71.7摄氏度，至少保持15秒钟。
优点：
在规定时间内对食品进行加热处理，达到杀死微生物营养体的目的，是一种既能达到消毒目的又不损害食品品质的方法。
缺点：
由于巴氏消毒法所达到的温度低，故==达不到灭菌的程度==。
三、超高温瞬间杀菌工艺
原理：超高温杀菌简称UHT杀菌。一般加热温度为125～150 ℃，加热时间2～8 s，加热后产品达到商业无菌要求的杀菌过程称为UHT杀菌。
超高温杀菌在奶瓶消毒机、洗碗机、消毒碗柜、洗衣机（带除菌功能）、蒸汽拖把等家电中被广泛应用。比如一些洗衣机会提供高温洗涤的功能，达到除菌的目的。
优点：杀菌时间短，使产品达到较长保质期，一般可以达到30天以上。
缺点：强烈的热处理对食品的==外观、味道和营养价值==会产生一定的不良影响。
## 四、紫外线杀菌工艺
原理：利用紫外线的辐射作用，用灯管直接照射细菌使其发生光化学反应，从而抑制DNA的复制而消灭细菌，另外，空气在紫外线照射下产生的臭氧（O3），臭氧也具有一定的杀菌作用。
优点：现在越来越多的家电也开始应用，比如一些洗碗机就加入了紫外线杀菌的功能，用来达到更好的餐具消毒目的。
缺点：
紫外线对人体皮肤，尤其是眼睛有杀伤作用，以往只在专业的消毒设备中应用。另外紫外线==只能杀除2mm表面的细菌==。
## 五、臭氧杀菌工艺
原理：
臭氧在水中部分溶解，在常温下能自行降解产生大量的自由基，最显著的是氢氧根自由基，因而具有强氧化性的特点。
优点：
杀菌彻底，无残留，杀菌广谱，可杀灭细菌繁殖体和芽孢、病毒、真菌等，并可破坏肉毒杆菌毒素。
缺点：
对杀菌后的物质无保护性余量；臭氧是有毒气体过量会使人的呼吸系统出现障碍，这就要求密封使用人不能在臭氧过量的环境中停留过长时间。
## 六、辐照杀菌工艺
### 原理：
自从原子能和平利用以来，经过40多年的研究开发，人们成功地利用原子辐射技术进行食品杀菌保鲜。辐照就是利用X射线、γ射线或加速电子射线(最为常见的是Co60和Cs137的γ射线)对食品的穿透力以达到杀死食品中微生物和虫害的一种冷灭菌消毒方法。
受辐照的食品或生物体会形成离子、激发态分子或分子碎片，进而这些产物间又相互作用，生成与原始物质不同的化合物，在化学效应的基础上，受辐照物料或生物体还会发生一系列生物学效应，从而导致害虫、虫卵、微生物体内的蛋白质、核酸及促进生化反应的酶受到破坏、失去活力，进而终止农产品、食品被侵蚀和生长老化的过程，维持品质稳定。
### 优点：
辐射穿透力强，杀菌均匀彻底，能够照射密封包装的新产品，可连续操作。适用于大型加工。
### 缺点：
辐照技术的杀菌效果很好，但辐照照射如果把握不好，会==改变食品的分子结构==，从而影响食用者安全，一些==含水量比较多的食品不适用==，且==易氧化和变色==。
## 七、微波杀菌工艺
### 原理：
微波杀菌就是将食品经微波处理后，使食品中的微生物丧失活力，从而达到延长保存期的目的。
### 微波杀菌的优点：
（一）时间短、速度快
常规热力杀菌是通过热传导，对流或辐射等方式将热量从食品表面传至内部。要达到杀菌温度，往往需要较长时间。微波杀菌是微波能与食品及其细菌等微生物直接相互作用，热效应与非热效应共同作用，达到快速升温杀菌作用，处理时间大大缩短，各种物料的杀菌作用一般在3-5分钟。
（二）低温杀菌保持营养成份和传统风味
微波杀菌是通过特殊热和非热效应杀菌，与常规热力杀菌比较，能在比较低的温度和较短的时间就能获得所需的消毒杀菌效果。实践表明，一般杀菌温度在75-80℃就能达到效果，此外，微波处理食品能保留更多的营养成份和色、香、味、形等风味，且有膨化效果。如常规热力处理的蔬菜保留的维生素C是46-50%，而微波处理是60-90%，常规加热猪肝维生素A保持为58%，而微波加热为84%。
（三）节约能源
常规热力杀菌往往在环境及设备上存在热损失，而微波是直接对食品进行作用处理，因而没有额外的热能损耗。此外，其电能到微波能的转换效率在70-80%，相比而言，一般可节电30-50%。
（四）表面和内部都同时进行
常规热力杀菌是从物料表面开始，然后通过热传导传至内部。存在内外温差。为了保持食品风味，缩短处理时间，往往食品内部没有达到足够温度而影响杀菌效果。由于微波具有穿透作用，对食品进行整体处理时，表面和内部都同时受到作用，所以消毒杀菌均匀、彻底。
（五）便于控制
微波食品杀菌处理，设备能即开即用，没有常规热力杀菌的热惯性，操作灵活方便，微波功率能从零到额定功率连续可调、传输速度从零开始连续调整，便于控制。
（六）设备简单，工艺先进
与常规消毒杀菌相比，微波杀菌设备，不需要锅炉，复杂的管道系统，煤场和运输车辆等，只要具备水、电基本条件即可。
（七）改善劳动条件，节省占地面积
设备的工作环境温度低、噪音小，极大地改善了劳动条件。整套微波设备的操作人员只需2-3人。广泛用于牛肉干、猪肉脯、鱼片、酱囟肉、鸭肉、鸡肉等制品的热化、干燥和杀菌。肉制品经微波杀菌后，其鲜度、嫩度、风味均保持原样，卫生指标完全可低于国家食品卫生标准，货架贮存时间可达1-2个月，微波对肉制品杀菌、保鲜技术的成功应用，由原来保鲜期3天，延长到1-2个月，已将该项技术成果提高到崭新阶段。
### 微波杀菌的缺点：
杀菌不均匀；含水量多少影响微波灭菌效果，故不适用于==含水量低==的药材和药粉, 也不适于==热敏类==成分，对==包材==的杀菌也需要商榷。

食品热处理
作为食品加工及保藏中用于改善食品品质、延长食品贮藏期的最重要的方法之一。其主要作用是杀灭致病菌和其它有害的微生物，钝化酶类，破坏食品中不需要或有害的成分或因子，改善食品的品质与特性，以及提高食品中营养成分的可利用率、可消化性等。当然，热处理也存在一定的负面影响，如对热敏性成分影响较大，也会使食品的品质和特性产生不良的变化，加工过程消耗的能量较大。
一、工业烹饪
常作为食品加工的一种前处理，主要是为了提高食品感官质量。烹饪通常有煮、焖（炖）、烘（焙）、炸（煎）、烤等几种形式。
二、焙烤
焙（Baking）和烤（Roasting）基本上是相同的单元操作，它们都是以高温热来改变食品的食用特性。两者的区别在于烘焙主要用于面制品和水果，而烧烤主要针对肉类、坚果和蔬菜。焙烤也可达到一定的杀菌和降低食品表面水分活性的作用，使制品有一定的保藏性，但焙烤食品的贮藏期一般较短，结合冷藏和包装可适当地延长贮藏期。
三、油炸
主要是为了提高食品的食用品质而采用的一种热处理手段。通过油炸可以产生油炸食品特有的色香味和质感。油炸处理也有一定的杀菌、灭酶和降低食品水分活性的作用。油炸食品的的贮藏性主要由油炸后食品的水分活性所决定。但是油炸食品在储存期间容易发生油脂哈败现象。
四、热烫
又称烫漂、杀青、预煮。主要应用于蔬菜和某些水果，保持原有色泽，通常是蔬菜和水果冷冻、干燥或罐藏前的一种前处理工序。
# 02热杀菌
是以杀灭微生物为主要目的的热处理形式。
1、根据要杀灭微生物的种类的不同可分为巴氏杀菌和商业杀菌。
（1）巴氏杀菌，也叫低温消毒法、冷杀菌法，利用较低的温度既可杀死病菌又能保持物品中营养物质风味不变，常定义为需要杀死各种病原菌的热处理方法，目前主要应用在牛奶加工中，既可杀死对健康有害的病原菌又可使乳质尽量少发生变化。
（2）商业杀菌，也叫商业无菌，所有病原菌和能形成毒素的微生物已受到破坏，在正常处理和贮藏条件下能在产品中生长和形成败坏的其他微生物(如果存在的话)也同样受到破坏。经过商业无菌的食品可含有极少量的细菌孢子，但这种孢子在食品中一般并不繁殖。然而，若把这种孢子从食品中离析出来，并赋予特殊的环境条件，它们仍可显示出生命力，多应用在罐头和瓶装食品中。
2、杀菌的方法通常以压力、温度、时间、加热介质和设备、以及杀菌和装罐密封的关系等来划分，以压力划分可分为常压杀菌和加压杀菌；杀菌的加热介质可以是热水、水蒸气、水蒸气和空气的混合物以及火焰等。
（1）湿热杀菌
以蒸气、热水为热介质，或直接用蒸汽喷射式加热的杀菌法。利用热能转换器（如锅炉）将燃烧的热能转变为热水或蒸汽作为加热介质，再以换热器将热水或蒸汽的热能传给食品，或将蒸汽直接喷入待加热的食品。
（2）常压杀菌
通过热蒸汽使蛋白质变性而杀灭微生物的方法。湿热穿透力强，灭菌效果较干热好。主要以水（也有用水蒸汽）为加热介质，杀菌温度在100℃或100℃以下，用于酸性食品或杀菌程度要求不高的低酸性食品的杀菌。杀菌时罐头处于常压下，适合于金属罐、玻璃瓶和软性包装材料为容器的罐头。杀菌设备有间歇式和连续式的。
①煮沸或流通蒸汽灭菌：常压沸水和蒸汽的温度是100℃，一般30-60min可杀死细菌繁殖体，但不能完全杀灭芽孢。此法适用于不能高压蒸汽灭菌的物品。
②低温间隙灭菌（巴氏灭菌法）：先用60-80℃加热1h，然后置20~25℃保存24h（或常温过夜），使其中残存的芽孢萌发成繁殖体，再用以上条件灭菌，如此反复三次。本法适用于不耐高温或高温下易变质的物品，但很费时。
（3）高压蒸汽杀菌
利用饱和水蒸汽作为加热介质，杀菌时罐头处于饱和蒸汽中，杀菌温度高于100℃，用于低酸性食品的杀菌。由于杀菌时杀菌设备中的空气被排尽，有利于温度保持一致。在较高杀菌温度高于121℃时，冷却时一般采用空气反压冷却。杀菌设备有间歇式和连续式的，罐头在杀菌设备中有静止的也有回转的。回转式杀菌设备可以缩短杀菌时间。
（4）高压水煮杀菌
利用空气加压下的水作为加热介质，杀菌温度高于100℃，主要用于玻璃瓶和软性材料为容器的低酸性罐头的杀菌。杀菌（包括冷却）时罐头浸没于水中以使传热均匀，并防止由于罐内外压差太大或温度变化过剧而造成的容器破损。杀菌时需保持空气和水的良好循环以使温度均匀。杀菌设备主要是间歇式的，但罐头在杀菌时可保持回转。软罐头杀菌时则需要特殊的托盘（架）放置软罐头以利于加热介质的循环。
（5）空气加压蒸汽杀菌
是利用蒸汽为加热介质，同时在杀菌设备内加入压缩空气以增加罐外压力、减小罐内外压差。主要用于玻璃瓶和软罐头的高温杀菌。杀菌温度在100℃以上，杀菌设备为间歇式。其控制要求严格，否则易造成杀菌时杀菌设备内温度分配不均。
（6）火焰杀菌
利用火焰直接加热罐头，是一种常压下的高温短时杀菌。杀菌时罐头经预热后在高温火焰（温度达1300℃以上）上滚过，短时间内达到高温，维持一段较短时间后，经水喷淋冷却。罐内食品可不需要汤汁作为对流传热的介质，内容物中固形物含量高。但由于灭菌时罐内压较高，一般只用于小型金属罐。此法的杀菌温度较难控制（一般以加入后测定罐头辐射出的热量确定）。
（7）热装罐密封杀菌
是对装罐前的食品进行热处理，然后趁热立即将食品装罐密封，利用食品的余热完成对密封后罐头的杀菌或进行二次杀菌，达到杀菌要求后再将罐头冷却。主要用于汁酱类酸性食品的杀菌。杀菌设备多用管式或片式，对装罐容器的清洁无菌程度要求较高，密封后多将罐头倒置，以保证对罐盖的杀菌。
（8）预杀菌无菌装罐
是使食品在预杀菌过程中达到杀菌要求，然后冷却至常温，在无菌的状态下装入经灭菌处理的无菌容器中并进行密封（封罐）。多用于液态和半液态食品的杀菌。预杀菌在热交换器中完成，时间短。无菌装罐可在无菌包装设备或系统中完成，是一种连续的高温短时或超高温瞬时杀菌方法。适用于软性包装材料和金属、塑料容器。

# 03非热杀菌
杀菌过程中食品温度并不升高或升高很低，既有利于保持食品中功能成分的生理活性，又有利于保持色、香、味及营养成分。非热杀菌技术主要包括物理杀菌和化学杀菌。非热物理杀菌是采用物理手段（如电磁波、压力、光照等）进行杀菌，化学杀菌则是通过化学试剂来达到杀菌的作用。
与热杀菌技术和化学杀菌相比，非热物理杀菌技术更符合天然健康食品加工理念，具有显著优点：
①利用物理手段进行杀菌，无需要添加化学物质，能够有效防止化学残留引发的人体健康危害；
②杀菌条件易于控制，不易受外界环境的干扰；
③不易使菌体产生耐受性；
④在低温或常温下达到杀菌目的，能够很好地保留食品的风味，且能改善食品质构，如超高压杀菌可提高肉制品的嫩度。
## 一、超高压（UHP）杀菌技术
是指将密封于弹性容器内的食品置于水或其它液体作为传压介质的压力系统中，经100MPa以上的压力处理，以达到杀菌，灭酶和改善食品的功能特性等作用。
超高压（ultra high pressure，UHP）杀菌技术是采用100MPa以上的压力处理食品，达到杀菌、灭酶和改善食品功能特性的目的。UHP的杀菌原理是超高压的环境下，分子中的氢键、硫氢键、水化结构等发生变化或破坏，从而引起蛋白质变性、酶失活，最终导致微生物死亡。由于UHP是在常温或较低温度下灭菌，从而保证了食品的营养成分和感官特性不被改变，使得UHP成为冷杀菌技术中商业化应用较为成功的一种杀菌技术。
陈伟等设计的UHP设备制得的乳制品可以很好地保存原奶中的营养和风味，且保质期高达120 d。然而，UHP杀菌对设备密封性和强度均有较高要求，存在设备投资成本高和设备耗材寿命短等不足。
## 二、高压脉冲电场（PEF）杀菌
是利用强电场脉冲的介电阻断原理对食品微生物产生抑制作用，具有处理时间短、能耗低、传递快速、均匀等优点，因而有望广泛地用于食品杀菌。
高压脉冲电场（highintensitypulsedelectricfields，PEF）杀菌技术是利用两电极间产生瞬间短时高压（15～100 kV/cm），以脉冲频率为1～100 kHz的脉冲电场作用，达到杀菌消毒的效果。在常温下、几十毫秒内完成食品杀菌处理，电崩解理论和电穿孔理论是普遍认可的PEF灭菌机制。
PEF处理后食品各项指标变化小，适合热敏性食品杀菌，主要适用于液体和半固体食品的加工和保存。PEF处理每吨液态食品杀菌仅需能耗约为0.5～2.0 kW·h，杀菌成本低、效果显著，是目前食品杀菌中先进的技术手段之一，在食品杀菌领域前景广阔。
脉冲频率30.5 kHz、占空比2.3%、处理时间7 min、电场强度45 kV/cm，此条件下PEF对调理牛肉中微生物致死率达到了87.33%，调理牛肉的货架期延长了2 d，且其感官品质无显著降低。温和热协同PEF对哈密瓜汁的杀菌效果与巴氏杀菌一致，且果汁的理化指标基本无影响。
## 三、脉冲强光杀菌
是用连续的宽带光谱短而强的脉冲，抑制食品和包装材料表面、透明饮料、固体表面和气体中的微生物。
## 四、磁力杀菌
是处于实验开发阶段的非热杀菌技术。研究表明，采用6000的磁力强度，将食品放在N极与S极之间，经过连续摆动，不需加热，即可达到100%的杀菌效果，对食品的成分和风味无任何影响。可运用于饮料、调味品及各种包装的固体食品。
## 五、感应电子杀菌
是以电为能源的线性感应电子加速器所产生的电离辐射导致微生物的DNA和细胞发生变化，进而钝化和杀死有害微生物。
## 六、半导体光催化杀菌
半导体光催化技术应用到了杀菌领域，尤其是水的深度处理方面，开辟了杀菌领域新天地。这种杀菌是通过生物生命活动过程中电子的得失而导致的结果。因而控制合适的光催化条件，就能达到良好的杀菌效果。
## 七、微波灭菌
用于食品杀菌的微波频率常为2450兆赫兹。微波对微生物致死效应有两方面的因素，即热效应和非热效应。热效应是指物料吸收微波能，温度升高从而达到灭菌的效果。非热效应是指微波形成的电磁场使生物体的极性分子产生强烈的旋转效应，使微生物的营养细胞失去活性或破坏微生物细胞内的酶系统，造成微生物的死亡。微波杀菌具有穿透力强、节约能源、加热效率高、适用范围广等特点。而且微波杀菌便于控制，加热均匀，食品的营养、成分及色、香、味经杀菌基本接近食品的天然品质。微波杀菌主要用于肉、鱼、豆制品、牛乳、水果及啤酒等。
微波杀菌是利用波长约0.01～1.00 m的电磁波杀灭细菌繁殖体、真菌、病毒和细菌芽孢，达到杀菌消毒的效果。杀菌机理有热效应和非热效应（生物效应）两种，热效应是指极速升温致使蛋白质变性和破坏生理功能，从而杀灭微生物。
生物效应是指微生物体内不产生明显的升温，但其与微波产生强烈的生物响应而发生各种生理、生化和功能的变化，导致细菌的死亡。
微波杀菌是当代新技术，具有杀菌时间短、速度快、保留产品天然品质效果好，可表面和内部同时消杀，设备简单、易控制、节约能源等诸多显著优点。
与巴氏杀菌相比，软包装三文鱼片的杀菌时间大幅缩短，且目标微生物的致死效果提高。瑞典卡洛里公司将微波面包杀菌机用于1 993 kg/h面包片的生产线，面包片温度由20 ℃上升至80 ℃，时间仅需1～2 min，处理后面包片保鲜期由3～4 d延长到30～60 d。
韩林娜等将圆柱腔式微波杀菌机用于袋装鲜牛奶杀菌，处理后鲜奶风味纯正，营养素没有被破坏，鲜奶品质明显优于巴氏杀菌法。然而，微波杀菌技术目前仍主要是实验室阶段的应用研究，真正用于工业生产的还很少，这是由于微波生物效应杀菌理论存在争议，潜在不确定因素有待研究，以及由于微波场的不均匀性，可导致微生物失活不完全，总体杀菌效果有待提高。
## 八、紫外线杀菌
是用紫外线照射物质，使物体表面的微生物细胞内核蛋白分子构造发生变化而引起死亡。紫外线的只能沿直线传播，灯管距离物体表面不得超过1米，且应达到足够的照射剂量(杀细菌芽孢时应达到100000UW.s/cm²)，用于空气消毒时要求每㎡不少于1.5W，照射时间不少于30min，灯管距离地面小于2m。灯管一般寿命1000小时，每半年监测辐射强度一次，低于70uw/cm²时应更换。但紫外线杀菌受相对湿度的影响较大，当洁净室内相对湿度>60%时，其灭菌效果明显减弱，相对湿度>80%时，不宜使用。
紫外线杀菌是利用大多数微生物受短波紫外线（shortwaveultraviolet，UVC）（200～275 nm）照射时，会使脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）键断裂而抑制其复制和细胞分裂，从而导致微生物细胞的死亡，达到杀菌消毒的效果。尤其在波长为253.7 nm时紫外线的杀菌作用最强。
紫外线杀菌具有操作简单、无残留毒性、价格低廉等优点。常温、常湿条件下各种细菌所需UVC照射量见表1。然而，由于紫外线的穿透能力较差，目前主要适用于食品生产场所、食品表面及包装材料的杀菌，对液体食品的杀菌还不够高效，但是可以通过以下两种方法提高杀菌效果：①使液态食品形成极薄的液态薄膜，以增加紫外线透过率；②使液态食品以湍流状态通过紫外光，以增加紫外线的辐射均匀性。
表1 常温、常湿条件下各种细菌所需短波紫外线照射量

|菌种|杀菌99.9%照射量/(W·s/cm2)|
|--|--|
大肠菌|90
红痢菌|71
伤寒菌|74
葡萄球菌|151
结核菌|250
枯草菌|260
日本酵母|326
酵母菌|630
橄榄霉菌|1470
黑霉菌|3700
谷物霉菌|2000

## 九、电阻杀菌技术
是利用电流通过食品时，食品中的极性分子在电极极性的高频变化下，不断地旋转摩擦而产生热量，达到杀死活菌体的作用。
## 十、臭氧杀菌
利用高压放电的原理产生臭氧，破坏病毒和细菌的结构，从而达到消毒的目的。其优点是气体扩散均匀，通透性好，克服了紫外线杀菌存在的消毒死角问题，没有消毒剂残留。臭氧作用缓慢，一般需要60-120min才能达到消毒目的，且臭氧会对人的呼吸道有刺激，造成不适。虽然对大多微生物效果理想，但对真菌作用效果不理想，比如，霉菌。
## 十一、辐照杀菌技术
辐照就是利用X射线、γ射线或加速电子射线对食品的穿透力以达到杀死食品中的微生物和害虫的一种冷灭菌消毒方法。受辐照的食品或生物体会形成离子、激发态分子或分子碎片，进而这些产物间又相互作用，生成与原始物质不同的化合物。还会发生一系列生化效应，导致害虫、虫卵、微生物体内的蛋白质、核酸及促进生化反应的酶受到破坏、失去活力，进而终止食品被侵蚀和生长老化的过程，维持品质稳定。
辐射杀菌是利用高能射线（γ 射线、电子射线）照射进行杀菌。微生物受照射后，吸收能量，引起分子或原子电离激发，产生一系列物理、化学和生物学变化而导致微生物死亡，达到杀菌消毒的效果。
γ 射线的穿透力很强，适合于完整食品及各种包装食品的内部杀菌处理，电子射线的穿透力较弱，一般用于小包装食品或冷冻食品的杀菌，特别适用于食品的表面杀菌处理。与化学药剂处理相比，目前世界各国普遍使用低剂量辐射处理土豆和葱头，以实现抑制发芽的休眠效果，成本低且效果好。
然而，辐射杀菌需要较大投资和专门设备来产生辐射线，且受高剂量辐射的食品可能会发生不良的感官变化，60Co-γ辐射泄露会引起白血病，需对食品加工人员做好防护措施，故进一步增加了生产成本。因此，辐射杀菌更适合于附加值较高的食品杀菌。
## 十二、高压电场脉冲杀菌技术
高压电场脉冲杀菌是在两个电极间产生瞬间高压，以脉冲电场作用于食品。高压电脉冲处理能破坏细菌的细胞膜，改变其通透性，从而杀死细胞。高压电脉冲杀菌一般在常温下进行，处理时间为几十毫秒。所以用这种方法处理过的食品与新鲜食品相比在物理性质、化学性质、营养成分上改变很小，风味、滋味无感觉出来的差异。而且杀菌效果明显，达到商业无菌的要求，特别适用于热敏性食品，具有广阔的应用前景。  
## 十三、膜过滤除菌技术
随着材料科学的发展，各种可用于物料分离的膜相继出现，膜分离技术已在食品、生物制药等工业生产中得到广泛应用，例如生化物质的提取、纯水的制备、果汁的浓缩等。膜分离过程根据推动力的不同，大体分为两种。
一类是以压力为推动力的膜过程，如超滤、微空过滤、反渗透；
另一种是以电力为推动力的膜过程，称为离子交换，如电渗析。膜过滤除菌技术具有耗能少、在常温下操作、适用于热敏性物料、工艺适用性强等优点，其应用前景广阔，现已广泛用于食品、生化、制药、乳品、果汁等的过滤除菌。食品工程中的杀菌技术还很多，如二氧化氯杀菌技术、氯气杀菌技术、电子灭菌技术、加热与加压并用杀菌技术、加热与化学药剂并用杀菌技术、加热与辐射并用杀菌技术、静电杀菌技术等，这些技术正在得以研究和应用。
微滤（microfiltration，MF）是以静压差为推动力，利用膜的“筛分”作用进行分离的过程，达到杀菌消毒的效果。MF具有孔径均一、绝对过滤的特点。MF除菌技术可用于液体食品除菌和分离微米及亚微米级的细小悬浮物、污染物等。工业中常采用的错流MF操作模式，以有效减弱膜的污染对膜通量的影响。
MF通常在常温下进行，特别适用热敏感物质的除菌，能够有效保持产品的色香味和营养成分。另外，膜过滤能耗较低、操作简单易实现自动化控制。MF除菌被广泛应用在酒类、果汁饮料、牛奶的生产中。青梅酒经0.5 μm的无机陶瓷膜MF处理，可以除去酒中的残余微生物，并使成品酒获得较高的透明度，同时不会显著影响酒中的有机酸含量。
牛奶经MF过滤处理，微生物去除效果好，保质期延长，且对乳品理化性质影响较小。值得说明的是膜材质采用无机陶瓷膜的MF系统易于清洗，消毒方法简单彻底，在乳品工业中有着广阔的应用前景。
## 十四、超声波灭菌技术
超声波是频率大于10kHz 的声波。超声波同普通声波一样属于纵波。超声波与传声媒质相互作用蕴藏着巨大的能量，当遇到物料时就对其产生快速交替的压缩和膨胀作用，这种能量在极短的时间内足以起到杀灭和破坏微生物的作用，而且还能够对食品产生诸如均质、催陈、裂解大分子物质等多种作用，具有其他物理灭菌方法难以取得的多重效果，从而能够更好地提高食品品质，保证食品安全。
超声波是指频率高于20 kHz的机械波，具有方向性强、穿透性强及在液体中引起空化的强烈机械作用等特点。超声波杀菌是通过在液体中产生的局部瞬间温度与压力变化，破坏细胞壁，使细菌死亡，达到杀菌消毒的效果。
然而，超声单独使用存在杀菌效果有限、处理量较小和必须与被处理液体接触等问题。与加热等其他杀菌方法连用，可以有效缩短杀菌处理时间，提高杀菌效果，且在杀灭微生物的同时能够最大限度地保留食品中的营养成分。
表2 超声联合杀菌实例

|超声辅助|食品|
|--|--|
压力|牛肉酱
臭氧|水
脉冲电场|冰沙
紫外线|苹果汁
抗菌剂|生菜
## 十五、低温等离子体杀菌技术
低温等离子体杀菌技术是一种新兴于传统加热杀菌技术后的食品非加热杀菌技术，该技术具有温度低、时间短、损伤小、残留物少及无污染等优点。相较于传统的热杀菌技术，低温等离子体技术在杀菌过程中具有安全、高效，以及产生的活性物质能高效杀菌且不易残留等特点。
等离子体是由各种带电粒子组成的电离气体。带电粒子具有较高的能量，可以激发某种化学反应，产生多种具有杀菌性能的活性物质，如活性氧簇（reactive oxygenspecies，ROS）、活性氮、紫外（ultra violet，UV）光子等，达到杀菌消毒的效果。低温等离子被广泛用作一种新型高效的冷杀菌技术。
5 kV，70 L/min空气流速条件下处理5 min，低温等离子体能够将梨汁的全部大肠杆菌杀灭，且梨汁多酚和维生素C的含量分别比巴氏杀菌高26.5%和20.6%，较好地保持了梨汁色泽。对杀菌工艺、杀菌机理、食品品质等方面的进一步研究，以及研发用于生产的新型自动化低温等离子体杀菌设备是进一步促进等离子体用于食品杀菌的未来研究的重点。
## 十六、高静水压技术
高静水压技术（High Hydrostatic Pressure，HHP）是利用水作为媒介向产品传递压力，作用于非共价键，破坏高分子物质的结构，引起物质改性，以达到灭活大多数致病菌和腐败菌，使蛋白质、淀粉等大分子物质变性失活的目的，而对于小分子物质如多酚、维生素、氨基酸、风味物质等的影响较小。食品加工中施加的压力通常在 300 ～ 600 MPa。
HPP 技术具有绿色、高效、环保、作用温度低、作用部位均一的特点，已被应用于加工海鲜、乳化型肉制品以及各种果汁等，杀菌效率主要取决于压力、时间、温度和微生物的抗性。
非热杀菌技术能够在较低温度下灭活微生物，但 这些过程需要较高的处理强度。为了在较低的工艺强 度下增强抗菌效果，可以将非热技术与传统的保存方 法、抗菌剂或其他非热处理相结合。
## 八、高密度CO2杀菌技术
高密度CO2（ dense phase carbon dioxide，DPCD）杀菌是一种新型的非热杀菌技术，在常温或低温且小于100MPa的压力下，利用CO2分子效应，钝化微生物及酶活性，达到杀菌消毒的效果。杀菌机制主要包括降低食物的pH、CO2分子和碳酸氢盐离子的抑制作用、对细胞的物理性破坏、改变细胞膜结构和钝化孢子活性等。
由于CO2在液体中的扩散速率较快，DPCD主要用于液体食品杀菌。南霞等研究发现，随着DPCD处理压力增大，苹果浆中菌落总数降低，在压力为25 MPa时，苹果浆中菌落总数降低89.1%，电子鼻分析结果显示，5～20 MPa处理对苹果浆的风味没有显著性影响。
使用DPCD处理苦瓜，随着处理压力提高，鲜切苦瓜中菌落总数显著降低，在6 MPa处理后，其菌落总数降低5.8 lg（CFU/g），同时对鲜切苦瓜的细胞结构影响最小，并能降低其苦味。
国内外DPCD研究已经取得了长足进展，但是依然存在如下问需要解决，以此逐步推广DPCD在食品加工业领域中的工业化应用：①DPCD对于不同微生物的杀灭效果不同，需要进一步研究杀菌机理与杀菌效果关系。②研发新型设备、优化工艺条件，降低生产投资费用。
食品杀菌技术在常见食品杀菌应用研究效果
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## 【J.Electroanal.Chem】电化学灭菌的最新进展
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Highlights
电化学杀菌具有高效、经济的优点。
介绍了高压PEF灭菌和电催化灭菌。
高压PEF通过产生不可逆的电穿孔灭活细菌。
电催化杀菌主要通过氧化灭活细菌。
数千年来，病原菌（Pathogenic bacteria）一直给人类健康带来巨大威胁，因此对其进行杀菌势在必行。电化学杀菌（Electrochemical sterilization）作为一种通过电场的直接和间接作用对废水进行杀菌的新兴技术，与传统的热杀菌方法（traditional thermal methods）相比，因其高效、简单、经济而受到越来越多的关注。
本文根据灭菌中使用的灭菌装置（devices）和灭菌电压（voltages）的不同，将电化学灭菌方法分为高压脉冲电场(pulsed electric field，PEF)灭菌和电催化（electrocatalytic）灭菌。高压PEF杀菌可以改变细胞膜的通透性（permeability ），从而在高压电场下形成不可逆的电穿孔灭活细菌（inactivates bacteria），而电催化杀菌主要通过直接氧化、间接氧化、电穿孔（electroporation）和电场破坏等方式灭活细菌。
本文对近5年来应用于高压PEF灭菌和电催化灭菌的典型材料进行了综述，以期为研究人员提供电化学灭菌的最新进展。此外，还讨论了目前存在的困难和未来的应用方向。可为新研究者研究电化学灭菌方法提供指导，为实际应用提供快速、有效的灭菌方法。
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Fig. 2.  (a) Schematic diagram of electrocatalytic sterilization principle.  (b) Cell destruction during electrocatalytic sterilization.
随着时代的发展和科技的进步，人们对生活质量和生活环境的要求也越来越高。食品安全、空气质量、水质、公共卫生等方面都与人类的生命和生存息息相关，但隐患却无处不在。例如，微生物活动导致的食品变质（food deterioration）会影响食品质量，直接威胁人类健康。污水（Sewage）可以导致大量微生物的野生繁殖，使饮用水质量恶化，从而引起腹泻（diarrhea）、霍乱（cholera）等人类疾病。通过空气传播的病原体，如细菌、病毒、真菌和孢子（fungi and spores），可以污染（contaminate）公共场所，对人类健康造成巨大威胁，特别是在医院，免疫低下的人容易感染。因此，灭菌对于人类的生存至关重要，蜜蜂在灭菌方面取得了很大的进步。目前灭菌主要用于食品储存、医疗保健、污水处理等领域。
灭菌是指几乎可以完全灭活包括孢子在内的微生物的过程。灭菌方法主要分为传统热工技术和非热工技术。随着热灭菌技术（Thermal sterilization）的成熟发展，其在食品保藏中的应用越来越广泛。然而，消费者对更高质量和口感的要求越来越高，以及节能意识的增强，有效地促进了灭菌新方法的开发。高压处理、紫外线（ultraviolet）、超声（ultrasonic）、脉冲光和冷等离子体（pulsed light and cold plasma）等新兴的杀菌技术，因其具有提供更优质、更新鲜的和更低的能源消耗的潜力而受到广泛关注。它们对环境友好，但其杀菌效果受各种条件的严重限制。
例如，高压设备在高压处理中覆盖面积大，由于只能间歇（intermittently）处理，灭菌效率相对较低，高压系统的大量投资是技术的另一个制约因素。部分受损细胞在离开紫外线照射后可通过修复受损核酸结构（nucleic acid structure）而再生，此外，紫外线技术可以灭活真菌，对细菌孢子影响不大。此外，用紫外线处理的食物比在水中更难灭活孢子。高频超声会造成营养物质的流失，而单独使用超声灭菌效果不是很理想，需要结合其他方法进行灭菌。长期脉冲光处理会使产品温度升高，导致风味和营养物质变质，脉冲光技术对固体食品表面灭菌的主要缺陷是其渗透性低，限制了其抗菌作用。冷等离子体技术大多需要较长的处理时间，只进行表面灭菌。因此，灭菌技术有待进一步完善。
面对上述新兴灭菌方法的挑战，电化学灭菌方法随着电极材料的成熟克服了这些缺点，显示出明显的低成本、高效等优势。电化学灭菌可根据实际需求实现杀菌剂（fungicides）的现场配制，避免杀菌剂在储存、运输和使用过程中发生安全事故。可一次性去除废水中的多种微生物，无需额外添加化学品，避免了环境污染，易于实现自动化处理。而且，电化学杀菌系统还具有延迟杀菌的能力，即使在电场结束后，仍然可以杀灭细菌。此外，其反应装置紧凑（compact），设备小，停留时间短，操作维护简单，不需要专门的技术人员负责，使用的电压很低，可以保证安全。总之，其明显的优势极大地促进了近年来越来越多的研究者进入这一领域。
一、食品热处理
 作为食品加工及保藏中用于改善食品品质、延长食品贮藏期的最重要的方法之一。其主要作用是杀灭致病菌和其它有害的微生物，钝化酶类，破坏食品中不需要或有害的成分或因子，改善食品的品质与特性，以及提高食品中营养成分的可利用率、可消化性等。当然，热处理也存在一定的负面影响，如对热敏性成分影响较大，也会使食品的品质和特性产生不良的变化，加工过程消耗的能量较大。
1、工业烹饪
　　常作为食品加工的一种前处理，主要是为了提高食品感官质量。烹饪通常有煮、焖（炖）、烘（焙）、炸（煎）、烤等几种形式。
2、焙烤
　　焙（Baking）和烤（Roasting）基本上是相同的单元操作，它们都是以高温热来改变食品的食用特性。两者的区别在于烘焙主要用于面制品和水果，而烧烤主要针对肉类、坚果和蔬菜。焙烤也可达到一定的杀菌和降低食品表面水分活性的作用，使制品有一定的保藏性，但焙烤食品的贮藏期一般较短，结合冷藏和包装可适当地延长贮藏期。
3、油炸
　　主要是为了提高食品的食用品质而采用的一种热处理手段。通过油炸可以产生油炸食品特有的色香味和质感。油炸处理也有一定的杀菌、灭酶和降低食品水分活性的作用。油炸食品的的贮藏性主要由油炸后食品的水分活性所决定。但是油炸食品在储存期间容易发生油脂哈败现象。
4、热烫
　　又称烫漂、杀青、预煮。主要应用于蔬菜和某些水果，保持原有色泽，通常是蔬菜和水果冷冻、干燥或罐藏前的一种前处理工序。
二、热杀菌
在欧洲每200个人，在美国每250个人中就是以杀灭微生物为主要目的的热处理形式。
1、根据要杀灭微生物的种类的不同可分为巴氏杀菌和商业杀菌。
（1）巴氏杀菌，也叫低温消毒法、冷杀菌法，利用较低的温度既可杀死病菌又能保持物品中营养物质风味不变，常定义为需要杀死各种病原菌的热处理方法，目前主要应用在牛奶加工中。
（2）商业杀菌，也叫商业无菌，所有病原菌和能形成毒素的微生物已受到破坏，在正常处理和贮藏条件下能在产品中生长和形成败坏的其他微生物(如果存在的话)也同样受到破坏。经过商业无菌的食品可含有极少量的细菌孢子，但这种孢子在食品中一般并不繁殖。然而，若把这种孢子从食品中离析出来，并赋予特殊的环境条件，它们仍可显示出生命力，多应用在罐头和瓶装食品中。
2、杀菌的方法通常以压力、温度、时间、加热介质和设备、以及杀菌和装罐密封的关系等来划分，下面介绍几种主要的：

（1）湿热杀菌

以蒸气、热水为热介质，或直接用蒸汽喷射式加热的杀菌法。利用热能转换器（如锅炉）将燃烧的热能转变为热水或蒸汽作为加热介质，再以换热器将热水或蒸汽的热能传给食品，或将蒸汽直接喷入待加热的食品。

（2）常压杀菌

通过热蒸汽使蛋白质变性而杀灭微生物的方法。湿热穿透力强，灭菌效果较干热好。主要以水（也有用水蒸汽）为加热介质，杀菌温度在100或100以下，用于酸性食品或杀菌程度要求不高的低酸性食品的杀菌。杀菌时罐头处于常压下，适合于金属罐、玻璃瓶和软性包装材料为容器的罐头。杀菌设备有间歇式和连续式的。

（3）高压蒸汽杀菌

利用饱和水蒸汽作为加热介质，杀菌时罐头处于饱和蒸汽中，杀菌温度高于100，用于低酸性食品的杀菌。由于杀菌时杀菌设备中的空气被排尽，有利于温度保持一致。在较高杀菌温度高于121时，冷却时一般采用空气反压冷却。杀菌设备有间歇式和连续式的，罐头在杀菌设备中有静止的也有回转的。回转式杀菌设备可以缩短杀菌时间。

（4）火焰杀菌

利用火焰直接加热罐头，是一种常压下的高温短时杀菌。杀菌时罐头经预热后在高温火焰（温度达1300以上）上滚过，短时间内达到高温，维持一段较短时间后，经水喷淋冷却。罐内食品可不需要汤汁作为对流传热的介质，内容物中固形物含量高。但由于灭菌时罐内压较高，一般只用于小型金属罐。此法的杀菌温度较难控制（一般以加入后测定罐头辐射出的热量确定）。

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三、非热杀菌
杀菌过程中食品温度并不升高或升高很低，既有利于保持食品中功能成分的生理活性，又有利于保持色、香、味及营养成分。非热杀菌技术主要包括物理杀菌和化学杀菌。非热物理杀菌是采用物理手段（如电磁波、压力、光照等）进行杀菌，化学杀菌则是通过化学试剂来达到杀菌的作用。主要有以下几种：
1、超高压（UHP）杀菌技术
　　是指将密封于弹性容器内的食品置于水或其它液体作为传压介质的压力系统中，经100MPa以上的压力处理，以达到杀菌，灭酶和改善食品的功能特性等作用。
2、高压脉冲电场（PEF）杀菌
　　是利用强电场脉冲的介电阻断原理对食品微生物产生抑制作用，具有处理时间短、能耗低、传递快速、均匀等优点，因而有望广泛地用于食品杀菌。
3、脉冲强光杀菌
　　是用连续的宽带光谱短而强的脉冲，抑制食品和包装材料表面、透明饮料、固体表面和气体中的微生物。
4、感应电子杀菌
　　是以电为能源的线性感应电子加速器所产生的电离辐射导致微生物的DNA和细胞发生变化，进而钝化和杀死有害微生物。
5、超声波灭菌
　　超声波对传声媒质的相互作用，蕴藏着巨大的能量，这种能量能在极短的时间内足以起到杀灭和破坏微生物的作用，而且能够对食品产生诸如均质、催陈、裂解大分子物质等多种作用，具有其它物理灭菌方法难以取得的最佳效果，从而提高品质，保持功能成分不受破坏。
6、紫外线杀菌
　　是用紫外线照射物质，使物体表面的微生物细胞内核蛋白分子构造发生变化而引起死亡。紫外线的只能沿直线传播，灯管距离物体表面不得超过1米，且应达到足够的照射剂量(杀细菌芽孢时应达到100000UW.s/cm²)，用于空气消毒时要求每不少于1.5W，照射时间不少于30min，灯管距离地面小于2m。灯管一般寿命1000小时，每半年监测辐射强度一次，低于70uw/cm²时应更换。但紫外线杀菌受相对湿度的影响较大，当洁净室内相对湿度>60%时，其灭菌效果明显减弱，相对湿度>80%时，不宜使用。
7、臭氧杀菌
利用高压放电的原理产生臭氧，破坏病毒和细菌的结构，从而达到消毒的目的。其优点是气体扩散均匀，通透性好，克服了紫外线杀菌存在的消毒死角问题，没有消毒剂残留。臭氧作用缓慢，一般需要60-120min才能达到消毒目的，且臭氧会对人的呼吸道有刺激，造成不适。虽然对大多微生物效果理想，但对真菌作用效果不理想，比如，霉菌。