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食品工业在继续开发现有的控制微生物的方法的同时，也在研究新的技术来确保食品的微生物安全，同时，它也为消费者提供了只需要很少或不需要加工的高质量食品。近年来，辐照、高强度电子场、脉冲光、紫外线、高压处理和臭氧已被用作非加热方法来消除微生物。然而，这些技术只是在最近几年才被商业化使用。虽然这些新技术和其他方法似乎达到了预期的效果，但它们通常是有限的，不能应用于实际生产。因此，在现有的食品加工中采用上述新技术时，有必要了解每种方法的优缺点和要求。

一、辐射

伽马射线

加速电子学

辐射消毒(灭菌)

定向辐射灭菌

选择性辐射灭菌

辐照是一种破坏微生物的方法，这是一个常用术语，用来描述产品暴露于离子射线。

1。伽马射线和加速电子射线

我们可能熟悉的一些常见的离子射线形式包括X射线、微波和紫外线，它们已经在食品中使用过，但是在这一部分我们将集中讨论另外两种形式的射线，伽马射线和加速电子射线。这两种辐射在消除和减少食品中的微生物方面都有实际应用的例子。

美国食品和药物管理局已经批准辐照猪肉、牛肉、家禽、羊肉、香料和调味品，也可以用于水果、蔬菜和谷物。食品辐照的要求见21cfrpart179。

每种技术都有自己的术语，辐照也不例外。千格雷是食品加工业中用来描述辐射量的术语。

影响微生物抗辐射的一些因素包括:

细菌数量

细菌的类型

细菌时代

氧气的存在与否

食物的特性

数量是主要因素。微生物越多，摧毁它们所需的射线就越多。

一般来说:

芽比繁殖体更耐辐射。

革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌更耐辐射。

酵母比霉菌更耐辐射。

微生物在生长期对辐射更敏感。

缺氧时，生物体对辐射的敏感度更高。

高蛋白食物和干燥食物可以为微生物提供更多的辐射防护。

辐射过程必须经过科学设计，以确保用最少的辐射量最佳地减少微生物。

2.辐射消毒(灭菌)

辐射消毒(灭菌)类似于商业无菌。食物暴露在30到40千戈瑞的辐射水平下被认为是商业无菌消毒。

暴露在2.5 ~ 10 kGy的辐射下会消除大多数食物中所有致病菌的繁殖。这种辐射水平被称为目标辐射灭菌，类似于巴氏杀菌。

暴露在0.75 ~ 2.5 kGy的辐射下会消除大多数食品中的腐败微生物。这个过程被称为选择性辐射灭菌。

钴60或铯137

食物的商业辐射通常依赖于伽马射线和加速电子。通过使用钴60或铯137作为辐射源来进行伽马射线辐射。

以钴60为辐照源的设备适用于大批量产品的辐照。提供伽马射线的钴棒大约有一支铅笔大小，储存在大约30英尺深的去离子水保护池的中心。钴辐射采用10英尺厚的混凝土墙，系统复杂的锁和其他安全措施用于保护员工和防止其他外部射线进入。从国外运输的食品被送到放射源暴露的固定位置。暴露食物的拍摄线值由暴露于伽马射线源的单位部分的储存时间决定。

使用铯作为伽马源的设备可以很小，带有自我保护装置，无需外部保护。γ源的保护装置是由钢作为一个单元制成的，它被设计用来处理一盘食物。当食物被放在一个有封闭辐射源的房间里的地面上时，装有铯的板会从待处理食物周围的地下室向上移动。

伽马射线的优点是伽马射线可以穿透几乎所有的材料，并能完成对厚食物的照射。

经认可的辐照机构必须建立科学的γ射线辐照程序。这是美国食品和药物管理局条例的要求，21 CFRP艺术139-食品生产、加工和处理中的辐照。应严格按照既定程序进行，并应仔细监控。关键控制点包括辐照暴露时间、辐照源位置和产品装运方式。钴60随时间而衰变。为了确定产品的暴露时间，必须计算该辐射源的衰变期。最后，作为公司质量保证计划的一部分，必须正确处理对辐射敏感的可见指示仪器和剂量仪器。

伽马射线系统也有缺点。辐照不能直接用于储存在特定区域的包装食品。这些系统是为连续运行而设计的，不能关闭辐射源。γ射线系统非常昂贵，在辐射源的处理、安全和环境等方面都存在一些问题。

3.电子束设备

用于电子束的设备一般不像γ射线设备那样广泛使用，它们适用于处理单批或小批产品的辐照。电子束的优点是辐射可以直接照射到食物的特定区域——像x光仪器——以特定部位为目标。这种方法在辐射敏感区受到的辐射最少。不用时，电子束可以关闭，处理危险废物没有问题。

然而，像伽玛辐射过程一样，批准的辐射机制也必须确定电子束处理程序。必须确定和控制关键工艺参数。这包括发射速度、电子束特性和产品运输模式。关键控制的要求类似于伽马辐射的要求。

使用电子束也有一些缺点，例如对厚产品的渗透有限，这使得这种方法不适用于许多类型的食品。

有些食物不能暴露在伽马射线或电子束下，因为它们会改变味道、结构或其他质量特征。必需营养素的流失也是一个问题，尤其是维生素b1对辐射非常敏感。辐射会导致辐射副产品的产生，这种副产品被称为放射性化合物。这些副产品被认为是食品添加剂，必须对其安全性进行评估。

最后，辐照食品要求辐照食品要有标签或其他适当的标识说明。

通过辐射杀死微生物的优点和缺点

优点
缺点

对所有类型的微生物都有效
可能比其他现有技术更昂贵

可能对某些热敏性食品造成的损害更小
可能导致br/]它将延长产品的保质期[/Br/]γ射线设备可能导致安全和环境问题[/Br/][/Br/]γ射线可以穿透厚的材料并处理大的

有必要克服公众对辐照的理解

第二，高强度脉冲光

惰性气体灯产生的快速强光

百万分之一秒

紫外到近红外光谱

海平面上阳光强度的2万倍

高强度脉冲光是指应用光的快速、强烈和放大的闪光。脉冲光是由工程技术产生的。它在能量存储器中存储相对长的时间(几分之一秒)，并在短时间(百万分之一或千分之一秒)内释放出来，以积累电子能量，从而获得多能级的能量光。储存的能量使惰性气体灯脉动，产生仅数百微秒的强烈闪光。根据产品选择灯的数量、闪光形状和闪光周期。脉冲光的波长范围从紫外线的200纳米到近红外线的1纳米，是海平面上阳光强度的20000倍。大多数脉冲光属于可见光范围。因为脉冲光的波长太长，小分子不能电离。

其抗菌效果明显强于非脉冲或连续波常规紫外线照射。脉冲光用于消灭细菌的繁殖体、细菌的孢子、真菌的分生孢子和其他生物体，具有同样的效果。这使得脉冲光技术适用于处理被细菌污染的食物和水。像穿透紫外线一样，脉冲光可以穿透食物和包装材料。这使得能够处理透明的食物，例如水和通过透明包装材料的食物。此外，破坏微生物的脉冲光可以使导致食物变质的酶失活。

脉冲光处理的强度根据单位面积的积分通量或光能，焦耳(j)/cm2来测量。1焦耳小于1/4卡路里，4焦耳的能量可以使1克水的温度升高1℃。每平方厘米0.5j/cm2的闪光可破坏105个细菌繁殖体、细菌孢子和真菌分生孢子。已经证明，1j/cm2闪光的多次脉冲可以减少细菌107-109。

纯脉冲技术公司，如加利福尼亚州的sandiego，向fda提供脉冲光技术(纯光)，并将脉冲光用作食品添加剂生产、加工和处理的辐照源。21cfrpart179.14中描述了脉冲光的使用，在以下条件下允许使用脉冲光:

辐射源由设计用于发射波长为200-1100纳米、脉冲周期不超过2毫秒(千分之一秒)的多级辐射的氙灯组成；

(b)控制表面微生物；

用脉冲光处理的食品应在预期的技术效果下处理到最低限度；

总累积处理能力不得超过12.0焦耳/平方厘米。

根据提供给美国食品和药物管理局的食品添加剂应用材料，在特定条件下应用脉冲光不会在食品或处理过的微生物中引起有害的化学变化。经过处理的食物不会导致营养价值显著下降。

高压脉冲光在杀灭微生物方面的优点和缺点

优点
缺点

可影响所有类型的微生物
，只能用于表面处理。透光是有效的

产品可以通过透明包装材料进行加工
员工必须在光源处受到保护

加工产品时不会出现温度上升
设备的初始投资可能很高

它不仅可以用于加工产品，还可以用于加工水[必须密切监控设备操作，以确保正确的处理

可以用于大量产品的表面处理

为了保证理想的杀菌效果，需要在生产过程中对光线和电流进行监控，并在闪光灯开启时用硅光电二极管测量紫外线强度来监控光线。输出减少表明灯的使用寿命即将结束。每次光束闪烁时都要进行监控。如果偏差高于或低于预设电流，可能意味着灯或电容器有问题。通常设计的系统用于监控设备的运行。如果检测到异常，应中断操作。

3.高强度脉冲电子场

施加在食物上的高电压

在短期电击中施加的电压

在冰点或室温下处理食物

最适合填充食物

破坏微生物的细胞壁

高强度脉冲电子场(pef):短期电击，包括施加高电压将食物置于两个电极之间。高电压需求过程是通过设置一个蓄电池来存储电能，然后释放电能来实现的。在入口周围的温度下或冷藏中处理不超过1秒钟，并且由于食物加热损失最少的能量。这个过程更适合于填充食物。微生物的灭活是由电场决定的，而不是电解或产品的欧姆加热或电阻加热。

目前，pef技术可以破坏微生物的细胞壁。整个过程不会导致食物化学或物理特性的改变。加工条件由食物特性决定。任何种类食品的Pef条件由以下可变参数决定，包括电场峰值强度(kv/cm) (KV/cm)、脉冲周期(微秒)、脉冲数、初始温度、最高处理温度、相关微生物种类和微生物接种。似乎加工温度的升高会增加微生物的死亡。

Pef对生长的病原菌和腐烂的生物最有效，但是孢子的清除需要长期高压处理。研究表明，pef有助于延长具有稳定货架期的酸性巴氏杀菌食品和需要巴氏杀菌的冷藏食品的货架期。

高强度脉冲电场杀灭食品中微生物的研究已在世界许多国家展开。美国领先的工业公司之一，纯脉冲技术公司，如加利福尼亚州的sandiego，已经向fda提交了数据，以支持他们用pef对液体和罐头食品进行微生物处理。在审查了这些信息后，美国食品和药物管理局决定，只要符合良好操作规范的要求，食品添加剂法规就不需要pef。经高强度脉冲电场处理的食品质量没有变化。

选定液体食品的pef加工条件

食物
浓缩苹果汁
新鲜苹果汁
生脱脂奶
鸡蛋
绿豆汤

电子场(kv/cm)[/Br/]50[/Br/]Br/]2[/Br/]2[/Br/]2[/Br/]2[/Br/]2[/Br/][/Br/]脉冲数[/Br/]10[/Br/]16[/Br]10.0[/Br/]8.5[/Br/]22.0[/Br/][/Br/]最高处理温度(℃[/Br/]45[/Br/]45[/Br/]50[/Br/]45[/Br/]53 Br/]4-6[/Br/]4-6[/Br/][/Br/]保质期天数[/Br/]28[/Br/]21[/Br/]14[/Br/]28

从1995年12月开始，食品工艺采用高强度脉冲电场进行巴氏杀菌。

使用高强度电子场杀灭食品中的微生物需要对不同的产品进行进一步的研究。应考虑许多因素，如微生物种类、原料的带菌情况、待处理产品的特性、产品的储存、运输和处理条件以及最佳消费状态。基于科学研究的具体实施条件将是整个过程中的关键因素。

高强度脉冲电场杀灭微生物的优点和缺点

优点
缺点

消除大量的致病菌和腐败菌
需要高剂量和长时间的孢子

产品中有轻微的温度]与热处理相比，价格可能较低
。同时，它只能用于酸性食品和货架稳定的冰箱食品

。产品没有变化，维生素和酶也没有损失
。必须设计每种特定的产品

四.紫外线

空空气和表面消毒

液体的巴氏杀菌

紫外线是某些食品巴氏杀菌的另一个过程。多年来，紫外线一直被用作空气体和表面消毒。

根据波长，它可以基本上分为三种形式的紫外线:长波，中波和短波。所有的紫外线波长都比可见光短，人们看不见。紫外线由253.7纳米范围内的紫外线灯产生。

为了让紫外线杀死细菌和其他微生物，它们必须接触微生物，并且每种微生物必须吸收足够的能量才能被杀死。灭活微生物所需的剂量取决于时间和强度。

最近，已经开发了用紫外线对透明液体进行巴氏灭菌的方法。这个过程包括通过紫外线以预定的速率滴注液体薄膜，在此期间发现液体的生物承载能力显著降低。

天然紫外光、流速、浊度、产品特性和灯输出需要连续监控。

对其他系统有一些要求:紫外线必须穿透产品。这就是为什么这个过程仅限于透明液体。

紫外线杀菌的优缺点

优点
缺点

该系统价格比其他系统低
它只能用于透明液体薄膜的表面系统。

V.高压加工

置于65-80磅压力下的食物

软包装食品

无菌包装的灌装可能会产生压力

改变结构和细胞壁的渗透性

早在19世纪末20世纪初，美国学者hitt(1899)和bridgman(1914)研究了保鲜食品的压力过程，直到1985年左右才引起食品、制药和生物工业的注意。高压加工(HPP)最近引起了食品灌装和生物技术行业的极大关注。在hhp技术的应用方面，日本处于领先地位，生产果酱、果冻、果汁和酸奶。

食品的高压加工需要65-80磅的压力。它需要非常特殊的设备。如果食物是用软的或半软的包装，把它放在一个装有高压水的容器里1-20分钟。一些食物，如橙汁，可以在压力室中进行配料，然后无菌地装入预先灭菌的包装中。

高压过程可能导致食物的一些变化，包括组织的变化。高压导致蛋白质凝胶化，酶活性可能由于细胞壁破裂而增强，并且高压处理本身对食品腐败菌没有影响。整个水果或蔬菜可能因机械压缩而变形，形成难以形容的水果和蔬菜，如果汁、果酱、水果丁、水果片和混合食品。

微生物对高压很敏感。高压处理必须考虑微生物的类型、产品特性、理想的工艺(巴氏杀菌或商业灭菌)和产品销售方法。杀死微生物主要是由结构变化和细胞壁破裂引起的。

研究表明，65-80磅的高压处理对细菌、酵母和霉菌的生长非常有效，产品的水分活度接近1。然而，孢子不会被高压灭活，而是需要额外的加热或其他动作来达到高水平的杀灭。

高压杀灭微生物的优点和缺点

优点
缺点

处理过程中无需加热。食品保鲜
酶活性可能增加

该过程可应用于最终包装产品
，这可导致蛋白质凝胶、注释和膨胀

。液体食品工艺可以作为无菌工艺的一部分使用，这可能导致食品组织的变化[br/]设备的初始安装成本很高

细菌的孢子、霉菌和酵母菌可能需要不同的高压才能长时间破坏

六.欧姆加热

通过产品加热的自传导

应用于产品的交流电源

穿透深度没有限制

产品中没有大的热梯度

加热由产品的导电性和加热的剩余时间控制

热杀死微生物

欧姆加热和无菌颗粒处理在一段时间内继续使用测试热处理致死微生物的方法，并由加热产品的新方法和过程决定，以确保热处理转移到产品上。

通常用微波加热，电能被转换成热能。然而，与微波加热不同，穿透深度完全不受限制，加热程度由通过产品的导电空和产品在加热盘中的耐热时间之间的一致性来控制。因为大多数实用的目标产品在加热时不会经历大的温度梯度，并且液体和颗粒同时被加热。

欧姆加热最适合无菌包装产品。加工和包装其他灭菌产品的设备可用于加工欧姆加热产品。欧姆无菌系统和任何其他无菌系统的主要区别是加热方法。

因为欧姆加热利用食物的耐久性和商业电流来加热食物，所以它具有优于普通加热系统的优点，包括:加热表面不燃烧，在加热过程中不允许产品搅拌，并且液体载体不需要被过度加热来加热颗粒并均匀加热它们。

欧姆加热依赖于产品的导电。然而，欧姆加热不会直接加热脂肪、油、酒精、骨骼或晶体结构如冰。

欧姆加热在控制热杀死微生物方面类似于其他热处理过程。然而，在设计欧姆加热工艺时，必须注意许多方面。在该工艺的商业应用中，必须确定和控制产品的电阻率及其随温度的变化。产品的流量是产品加热的关键，欧姆加热器的快速流量和加热周期是主要因素。如果产品在加热器中改变状态(从液体变为固体或从液体变为气体)，产品中可能会产生弧光。由于这些原因，对于大多数应用，有必要设计和考虑特定的产品。成功的食品通电杀菌工艺要求对通电过程进行严格控制。操作程序应由知识渊博、经验丰富的人员制定，并应根据产品配方、流速、试管中的产品温度以及对工艺至关重要的任何其他因素进行严格控制。

然而，欧姆加热应该为那些希望生产高容量、高价值、低酸和稳定货架的颗粒状产品，以及生产只需要巴氏杀菌的酸性和冷冻食品的人提供了希望。

欧姆加热的优点和缺点

优点
缺点

消毒颗粒直径超过1英寸
该过程依赖于产品的导电性来加热产品

对颗粒的机械损伤最小
并且不能用于脂肪[Br/]必须仔细控制产品配方以控制阻力

避免对载气流的过度处理
生产设备是为特定用途设计的设计和记录低酸储存食品的处理很困难
[设备污染最小。产品受热时，热量会传递到表面
。一些食物可能需要加热或化学处理来启动或改变电导率

，以减少营养颜色和风味的损失
。必须控制产品的流速和温度，以确保杀灭微生物

七.臭氧

杀菌剂

加工和处理

臭氧作为杀菌剂的使用并不新鲜。臭氧用于处理水以杀死微生物，如蔬菜加工者。这种处理允许工艺用水被重复使用，而不是被倾倒。在美国和其他国家，这种方法已经用于处理饮用水很多年了。与氯不同，臭氧的另一个优点是在处理过的水中没有有毒残留物。

臭氧也用于封闭区域的表面处理，如冰箱。它可以减少或消除冰箱表面和储存在冰箱内的产品上的霉菌。臭氧作为氯的替代品具有潜在的应用。它是一种更强的消毒剂，可以杀死大量不同的微生物。它的潜在用途之一是消毒新鲜水果和蔬菜。用于消毒新鲜水果和蔬菜的臭氧还没有得到美国食品和药物管理局的批准。