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殺菌是實(shí)現(xiàn)食品長(zhǎng)期保藏*的技術(shù)手段。盡管熱殺菌可有效地殺滅食品中的有害微生物，但附帶產(chǎn)生了對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)、風(fēng)味、色澤的劣化。


出于對(duì)食品zui小加工的追求，非熱殺菌技術(shù)研究與日俱增。IFT（InstituteofFoodTechnology）于1998年成立專門的非熱加工分會(huì)（NPD，Non-thermalProcessingDivision）以促進(jìn)非熱殺菌技術(shù)的研究和應(yīng)用。目前，非熱殺菌技術(shù)主要研究方向有：高靜壓殺菌技術(shù)（Chef，1995；Huang，1999；Patterson，2000）、脈沖電場(chǎng)殺菌技術(shù)（Góngora-Nieto，2002；Alvarez，2003）、脈沖磁場(chǎng)殺菌技術(shù)（Swanson，1995）、紫外殺菌技術(shù)（Bintsis,2000）、輻照殺菌技術(shù)（Dickson，2001）、強(qiáng)光閃照技術(shù)（Dunn，2002；Marquenie，2003）、超聲波殺菌技術(shù)（Earnshaw，1995；Earnshaw，1998）以及以微濾或離心為主要手段的除菌技術(shù)（Wamsler，1996）等等。

射流破碎冷殺菌技術(shù)進(jìn)展

超高壓射流破碎技術(shù)作為一種潛在的可替代液態(tài)食品熱殺菌的殺菌方法，從1990年開(kāi)始受到研究人員的關(guān)注。目前的研究多集中于揭示現(xiàn)象、探討應(yīng)用方面的研究，分散于牛奶、果汁、微生物等領(lǐng)域。

超高壓射流破碎殺菌是使液態(tài)食品在高壓作用下，以高速射流形式瞬間通過(guò)閥孔狹隙，微生物受到擠壓、摩擦、剪切、空穴、震蕩以及膨爆等多重動(dòng)力作用，導(dǎo)致細(xì)胞破碎或損傷從而失去活性。

Popper和Knorr（1990）首先嘗試了高壓射流鈍化微生物的概念。試驗(yàn)中選用APVGaulinMicronLab40試驗(yàn)型高壓均質(zhì)機(jī)，以Escherichiacoli，Streptococcuslactis和Bacillussubtilis分別作為革蘭氏陰性菌和兩種不同胞壁酸殘基結(jié)構(gòu)革蘭氏陽(yáng)性菌的代表，發(fā)現(xiàn)在100MPa時(shí)經(jīng)多次處理即可使三種菌的初始菌數(shù)分別減少到0.1%、0.1%和10%。Toledo等人（2000）開(kāi)發(fā)了一種高壓喉釋（High-PressureThrottling）設(shè)備，以Pseudomonasputida與Lactobacillussake分別作為牛奶*菌中革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽(yáng)性菌代表，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，zui大壓力310MPa的超高壓動(dòng)力可使液體培養(yǎng)基中的P.putida由初始菌數(shù)108cfu/ml下降到10-1倍稀釋液中菌落數(shù)為0，L.sake則要比D85℃致死數(shù)值降低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。通過(guò)兩種不同設(shè)計(jì)方式殺菌設(shè)備的比較，裝備1（以HYDROPACP60-03CXS為增壓裝置）可以降低液體培養(yǎng)基中L.sake達(dá)4個(gè)對(duì)數(shù)單位，而裝備2（以MicrofluidicsIP40-05SP為增壓裝置）則降低8個(gè)對(duì)數(shù)單位以上。子囊菌屬酵母（Zygosaccharomycesbailii）具有堅(jiān)硬的殼質(zhì)細(xì)胞壁（BrockandMadigan,1991），采用超高壓動(dòng)力處理可降低Z.bailii培養(yǎng)液中初始菌數(shù)2.6個(gè)對(duì)數(shù)單位（Toledoetal.2000）。杜軍等人（2002）利用NCJJ-0.005/150射流破碎機(jī)，在微生物細(xì)胞破碎試驗(yàn)中，采用150MPa壓力2次處理，使Saccharomycescerevisiae懸液細(xì)胞（初始菌數(shù)108cfu/ml）全部破碎致死，動(dòng)力作用對(duì)Bacillussubitlis的致死率可達(dá)5-7個(gè)對(duì)數(shù)單位。采用200MPa的高壓均質(zhì)（含兩個(gè)同步交迭增壓裝置），處理Lactobacilli磷酸鹽緩沖懸液（初始菌數(shù)107cfu/ml），可以使其*鈍化（Lima，2004）。

在應(yīng)用研究方面，Clark等人（1993）利用高壓均質(zhì)機(jī)APVGaulinmodel30CD對(duì)沒(méi)有進(jìn)行巴氏殺菌的鮮榨柑橘汁進(jìn)行了處理，105MPa（15000psi）處理壓力下，可降低微生物存活率達(dá)99%。Campos等人（2003）在滅菌（121℃/15min）后的柑橘汁中分別引入LactobacillusPlantarum和SaccharomycesCerevisiae，初始菌數(shù)分別達(dá)1.2×107cfu/ml和2.9×105cfu/ml，高壓均質(zhì)處理后，發(fā)現(xiàn)250MPa可以使其存活率分別降低7.1和5.6個(gè)對(duì)數(shù)單位，達(dá)到了很好的鈍化效果。Lima等人（2004）對(duì)接種L.brevis的Pilsen啤酒進(jìn)行了高壓均質(zhì)處理，發(fā)現(xiàn)150MPa可以降低初始菌數(shù)107cfu/ml達(dá)3個(gè)對(duì)數(shù)單位，200MPa可以使其*鈍化。對(duì)于牛奶中微生物的鈍化處理表明，310MPa處理可以降低菌類存活率達(dá)2.5-4個(gè)對(duì)數(shù)單位（Toledo，2000）。

超高壓動(dòng)力作用能夠很好的保留食品的風(fēng)味。Clark等人（1993）利用高壓均質(zhì)機(jī)處理的鮮榨柑橘汁，在4℃左右保留很好的風(fēng)味達(dá)40天之久。Toledo（Mermelstein，1999）利用自制的超高壓動(dòng)力殺菌裝備處理的柑橘汁在冷藏條件下存放了6個(gè)月仍然沒(méi)有*（有一些絮狀物沉淀），對(duì)柑橘汁、葡萄汁和蘋果汁的感官評(píng)定分析表明，超高壓動(dòng)力處理樣品與未經(jīng)處理樣品在風(fēng)味上沒(méi)有差別；一些熱敏性的果汁如芒果汁、桃子汁經(jīng)過(guò)超高壓動(dòng)力處理之后在冷藏條件下可以保存一年，不失其新鮮風(fēng)味。

總之，超高壓射流破碎殺菌技術(shù)不僅能夠很好地鈍化食品中的微生物，延長(zhǎng)貨架期，同時(shí)由于其殺菌可在常溫下進(jìn)行，可以zui大程度的保留食品中的營(yíng)養(yǎng)與風(fēng)味；此外，超高壓射流破碎殺菌技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)液態(tài)物料連續(xù)殺菌，符合工業(yè)化生產(chǎn)的需要，作為一種連續(xù)非熱殺菌方法具有廣闊的應(yīng)用前景。

滅菌機(jī)理及實(shí)用性探索

◆射流破碎滅菌機(jī)理研究

為了論證超高壓射流破碎方法殺滅液態(tài)食品中有害微生物的可能性與可行性，我們對(duì)微生物經(jīng)射流破碎后的生物形態(tài)及生物活性進(jìn)行了試驗(yàn)探索。

1997年開(kāi)始，張紹英等利用NCJJ系列射流破碎機(jī)對(duì)酵母和枯草芽孢桿菌進(jìn)行了處理，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在150MPa處理壓力下，射流破碎可使酵母和枯草芽孢桿菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)的整體性產(chǎn)生明顯的改變，150MPa下處理3次可將酵母細(xì)胞全部破碎致死。（見(jiàn)圖1）

在隨后杜軍等（2002）的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，射流破碎殺菌過(guò)程中微生物細(xì)胞存在著多種隱性損傷致死的現(xiàn)象，并且，隱性損傷致死在較低的處理壓力（20MPa）下即可產(chǎn)生。這種現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，證明了使微生物致死并不一定要采用很高的動(dòng)力強(qiáng)度。通過(guò)丁文波等（2004，2005）的進(jìn)一步研究，證明了隱性損傷致死現(xiàn)象的普遍性，并在簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上對(duì)隱性致死的現(xiàn)象進(jìn)行了歸納和分類，初步確定了細(xì)胞隱性致死的存在形式。檢測(cè)、分析表明，射流破碎處理可使微生物細(xì)胞產(chǎn)生除破碎之外的諸如細(xì)胞質(zhì)地疏松、質(zhì)壁分離、胞內(nèi)氣室、細(xì)胞壁變薄等多種隱性損傷形式（圖2），其中的部分隱性損傷形式及其聯(lián)合作用有可能導(dǎo)致微生物的死亡。

隱性損傷致死現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，使機(jī)理研究由單純的從流體動(dòng)力學(xué)和細(xì)胞結(jié)構(gòu)力學(xué)角度考察細(xì)胞破碎來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力殺菌，拓展到關(guān)注受損細(xì)胞的物理形態(tài)變化、細(xì)胞活性以及動(dòng)力有效作用形式之間的有機(jī)，從而為動(dòng)力殺菌機(jī)理的研究開(kāi)辟了一個(gè)新的途徑。

2004年開(kāi)始，對(duì)微生物細(xì)胞動(dòng)力損傷致死的機(jī)理研究進(jìn)入了新的階段和深的層次。丁玉振等在研究中開(kāi)始關(guān)注處理后微生物亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的多重變化信息，以確定受損形式及程度對(duì)細(xì)胞活性及繁殖能力的影響規(guī)律，并從更微觀的層次揭示微生物動(dòng)力致死機(jī)理。

◆射流破碎殺菌技術(shù)實(shí)用性探索

在進(jìn)行微生物動(dòng)力致死機(jī)理研究的同時(shí)，為了探索射流破碎對(duì)液態(tài)食品的殺菌效果，我們以幾種營(yíng)養(yǎng)、風(fēng)味及外觀品質(zhì)易受熱劣化的液態(tài)食品為研究對(duì)象，試驗(yàn)考察了射流破碎作為這些產(chǎn)品非熱殺菌手段的可行性。

杜軍等（2002）利用NCJJ系列射流破碎機(jī)對(duì)鮮牛奶（雜菌總數(shù)8.9×104cfu/ml，大腸菌群菌落數(shù)2.8×104mpn/ml）進(jìn)行了射流破碎處理（zui大處理壓力150MPa），處理后牛奶中的雜菌總數(shù)zui大可以降低3個(gè)對(duì)數(shù)單位，大腸菌群菌落數(shù)低于10mpn/100ml。上述2項(xiàng)指標(biāo)已接近我國(guó)消毒牛乳國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)雜菌總數(shù)和大腸菌群的*，即雜菌總數(shù)≤30000cfu/ml，大腸菌群（近似數(shù)）≤90mpn/100ml（GB5408.1-1999）。初步證明了射流破碎作為一種牛奶非熱殺菌手段的可行性（結(jié)果見(jiàn)圖3）。

為嘗試解決熱殺菌對(duì)西瓜清汁等熱敏性物質(zhì)質(zhì)量的影響問(wèn)題，李菁等（2005）選取了5種常見(jiàn)微生物作為代表，采用射流破碎技術(shù)對(duì)西瓜清汁進(jìn)行非熱殺菌試驗(yàn)。在閥孔直徑為60μm，進(jìn)料溫度為20℃，處理壓力為140MPa、處理次數(shù)為6次的試驗(yàn)條件下，表現(xiàn)了較好的的雜菌殺滅效果。西瓜清汁中微生物殺死率可達(dá)到97.64~99.99%（表1），接近于《果、蔬汁飲料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)——GB19297-2003》中限定的相關(guān)微生物指標(biāo)。

試驗(yàn)中比較了射流破碎殺菌、巴氏殺菌及超濾除菌對(duì)西瓜清汁風(fēng)味、色澤等品質(zhì)的影響（見(jiàn)圖4）。結(jié)果表明，射流破碎殺菌較其它殺（除）菌方法能夠更好的保留西瓜清汁原有特征風(fēng)味和色澤。

總結(jié)：超高壓射流破碎殺菌技術(shù)能夠有效的鈍化微生物，延長(zhǎng)食品的貨架壽命，能夠zui大程度地保留食品中的營(yíng)養(yǎng)與風(fēng)味；并且可實(shí)現(xiàn)對(duì)液態(tài)物料的連續(xù)殺菌，符合工業(yè)化生產(chǎn)的需求。因此，超高壓動(dòng)力殺菌作為一種連續(xù)非熱殺菌方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。

但是，作為一門新興的非熱殺菌技術(shù)，超高壓射流破碎殺菌技術(shù)尚不盡人意。比如，Toledo（2000）發(fā)現(xiàn)，高強(qiáng)度動(dòng)力作用處理之后的牛奶具有膠凝趨勢(shì)；Guerzoni（1999）利用高壓均質(zhì)處理后的牛奶制作乳制品，發(fā)現(xiàn)奶酪得率增加。這些現(xiàn)象說(shuō)明，高強(qiáng)動(dòng)力作用在一定程度上改變了牛奶中蛋白的結(jié)構(gòu)及物性。因此，進(jìn)一步揭示超高壓射流破碎對(duì)微生物及生物高分子物質(zhì)的影響機(jī)理，加速該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)用化研究，是目前亟待開(kāi)展的工作。