有关食品灭菌的问题

　　食品灭菌相关的因素有食品种类，细菌病毒霉菌种类，灭菌效果，灭菌方法，灭菌及包装流程，灭菌及包装设备，还关系到成本，销售，市场等因素；就食品安来讲，首要的因素就是灭菌效果，如果灭菌效果达不到，什么设备，方法都是不可选的；对经营而言，首要的又是成本，市场竞争优势，因此设备，方法的选择很重要；但是，之间也有一个主次关系，如果在成本优势下，取得市场，但食品不安全，又会马上失去已取得的市场，因此其还是受制于灭菌效果，目前就灭菌效果而言，高压蒸汽是最安全的，微波对不同器械和菌种灭菌的具体条件还需实验研究，也就是实验阶段；

　　超高压处理技术涉及食品工艺学、微生物学、物理学、传感器、自动化技术等学科，由于设备成本高、投资巨大，目前国内的食品超高压处理技术还处于研究阶段，还没有成熟的超高压灭菌技术投入食品工业生产，但超高压食品极符合21世纪新型食品的简便、安全特点；

　　对近几年国内外微波灭菌的研究从微波对器械的灭菌效果、微波灭菌对器械参数的影响、灭菌设备及灭菌机理等方面作了简单的综述.大量的研究报道显示:微波是实现安全、可靠、高效灭菌的一种有效方法,但微波对不同器械和菌种灭菌的具体条件还需实验研究;

　　根据食品无菌包装的一般工作流程：包装材料(或容器)及辅助器具灭菌一被包装物灭菌(即产品灭菌)→操作环境灭菌(无菌包装)→灭菌产品。即要实现食品的无菌包装必须具备四个要素，就要保证被包装食品、包装材料和容器、包装机械(工具)和操作环境无菌，最后还要求包装后完整封合无菌。因此，在食品无菌包装中要注意包装食品、包装材料的选用和灭菌，在整个操作中还要注意包装设备和环境的灭菌。
　　食品无菌包装在包装前要将食品按规定进行的灭菌和冷却等工艺进行处理，以保证无菌；目前灭菌技术方法主要有过热蒸汽灭菌、饱和蒸汽灭菌、干热空气灭菌、湿热空气灭菌、紫外线灭菌、射线辐照灭菌、微波灭菌及化学药剂灭菌等多种方法。各种灭菌方法除了单独使用外，有时还同时应用两种或两种以上的灭菌方法，以提高灭菌效果。具体选择哪种灭菌方法主要应以食品的性质来定，同样的灭菌方法对不同性质的食品其效果差异较大。如果食品中固体颗粒的直径或边长达到了15mm，可以采用双层管式和刮板式热交换器进行加热和冷却。而含有较大固体颗粒的液体食品，若要达到温度平衡，就需用很长的时间，因而加热、保温和冷却的时间均必须大大延长。

影响微生物生长的外界因素很多，其一是前面讨论过的营养物质，其二是许多物理、化学因素。当环境条件的改变，在一定限度内，可引起微生物形态、生理、生长、繁殖等特征的改变；当环境条件的变化超过一定极限时，则导致微生物的死亡。研究环境条件与微生物之间的相互关系，有助于了解微生物在自然界的分布与作用，也可指导人们在食品加工中有效地控制微生物的生命活动，保证食品的安全性，延长食品的货架期。
本节将涉及各种物理、化学因素对微生物生长的抑制和致死的影响，以及在食品工业中的应用。下面将介绍几个有关的术语。
防腐(Antisepsis) ：是一种抑菌措施。利用一些理化因素使物体内外的微生物暂时处于不生长繁殖但又未死亡的状态。食品工业中常利用防腐剂防止食品变质，如面包、蛋糕和月饼的防霉剂，酸性食品用苯甲酸钠、山梨酸钾、山梨酸钠防腐、或利用低温、干燥、盐腌和糖渍、高酸度等。
消毒（Disinfection）：是指杀死所有病原微生物的措施，可达到防止传染病的目的。例如将物体在100℃煮沸10分钟或60-70℃加热30分钟，就可达到杀死病原菌的营养体，但芽孢杀不死。食品加工厂的厂房和加工工具都要进行定期的消毒，严格的操作人员的手也要进行消毒。具有消毒作用的物质称为消毒剂。
灭菌（Sterilization）：是指用物理或化学因子，使存在于物体中的所有生活微生物，永久性地丧失其生活力，包括耐热的细菌芽孢。这是一种彻底的杀菌方法。
商业灭菌（Commercial sterilization）：这是从商品角度对某些食品所提出的灭菌方法。就是指食品经过杀菌处理后，按照所规定的微生物检验方法，在所检食品中无活的微生物检出，或者仅能检出极少数的非病原微生物，并且它们在食品保藏过程中，是不可能进行生长繁殖的，这种灭菌方法，就叫做商业灭菌。
在食品工业中，常用“杀菌”这个名词，它包括上述所称的灭菌和消毒，如牛奶的杀菌是指消毒；罐藏食品的杀菌，是指商业灭菌。
无菌（Asepsis：即没有活的微生物存在的意思。例如，发酵工业中菌种制备的无菌操作技术、食品加工中的无菌罐装技术等。
死亡（dead）：是指微生物不可逆的丧失了生长繁殖的能力，即使再放到合适的环境中也不再繁殖。
由于不同微生物的生物学特性不同，因此，对各种理化因子的敏感性不同；同一因素不同剂量对微生物的效应也不同，或者起灭菌作用，或者起防腐作用。在了解和应用任何一种理化因素对微生物的抑制或致死作用时，还应考虑多种因素的综合效应。
2.1温度
温度是影响微生物生长繁殖最重要的因素之一。在一定温度范围内，机体的代谢活动与生长繁殖随着温度的上升而增加，当温度上升到一定程度，开始对机体产生不利的影响，如再继续升高，则细胞功能急剧下降以至死亡。
与其他生物一样，任何微生物的生长温度尽管有高有低，但总有最低生长温度、最适生长温度和最高生长温度这三个重要指标，这就是生长温度的三个基本点。如果将微生物作为一个整体来看，它的温度三基点是极其宽的，由以下可看出：

最低生长温度（一般为–5 ~–10℃，极端为–30℃）
嗜冷菌
生长温度三基点 最适生长温度 中温菌
嗜热菌
最高生长温度（一般为80~95℃，极端为105~300℃）

就总体而言，微生物生长的温度范围较广，已知的微生物在零下12~100℃均可生长。而每一种微生物只能在一定的温度范围内生长。
最低生长温度 是指微生物能进行繁殖的最低温度界限。处于这种温度条件下的微生物生长速率很低，如果低于此温度则生长完全停止。不同微生物的最低生长温度不一样，这与它们的原生质物理状态和化学组成有关系，也可随环境条件而变化。
最适生长温度 是指某菌分裂代时最短或生长速率最高时的培养温度。但是，同一微生物，不同的生理生化过程有着不同的最适温度，也就是说，最适生长温度并不等于生长量最高时的培养温度，也不等于发酵速度最高时的培养温度或累积代谢产物量最高时的培养温度，更不等于累积某一代谢产物量最高时的培养温度。因此，生产上要根据微生物不同生理代谢过程温度的特点，采用分段式变温培养或发酵。例如，嗜热链球菌的最适生长温度为37℃，最适发酵温度为47℃，累积产物的最适温度为37℃。
最高生长温度 是指微生物生长繁殖的最高温度界限。在此温度下，微生物细胞易于衰老和死亡。微生物所能适应的最高生长温度与其细胞内酶的性质有关。例如细胞色素氧化酶以及各种脱氢酶的最低破坏温度常与该菌的最高生长温度有关。见表4-3

表4-3 细胞色素氧化酶以及各种脱氢酶的最低破坏温度与该菌最高生长温度的关系
细菌 最高生长温度（℃） 最低破坏温度（℃）
细胞色素氧化酶 过氧化氢酶 琥酸珀脱氢酶
蕈状芽孢杆菌 40 41 41 40
单纯芽孢杆菌
43 55 52 40
蜡状芽孢杆菌
45 48 46 50
巨大芽孢杆菌
46 48 50 47
枯草芽孢杆菌
54 60 56 51
嗜热芽孢杆菌
67 65 67 59
致死温度 最高生长温度如进一步升高，便可杀死微生物。这种致死微生物的最低温度界限即为致死温度。致死温度与处理时间有关。在一定的温度下处理时间越长，死亡率越高。严格地说，一般应以10分钟为标准时间。细菌在10分钟被完全杀死的最低温度称为致死温度。测定微生物的致死温度一般在生理盐水中进行，以减少有机物质的干扰。
微生物按其生长温度范围可分为低温微生物、中温微生物和高温微生物三类（表4-4）

表4-4 不同温型微生物的生长温度范围
微生物类型 生长温度范围（℃） 分布的主要处所
最低 最适 最高
低温型 专性嗜冷 –12 5—15 15—20 两极地区
兼性嗜冷 –5—0 10—20 25—30 海水及冷藏食品上
中温型 室温 10—20 20—3535—40 40—45 腐生菌
体温 寄生菌
高温型 25—45 50—60 70—95 温泉、堆肥、土壤表层等

2.1.1 低温型的微生物
又称嗜冷微生物，可在较低的温度下生长。它们常分布在地球两极地区的水域和土壤中，即使在其微小的液态水间歇中也有微生物的存在。常见的产碱杆菌属、假单胞菌属、黄杆菌属、微球菌属等常使冷藏食品腐败变质。有些肉类上的霉菌在零下10℃仍能生长，如芽枝霉；荧光极毛菌可在零下4℃生长，并造成冷冻食品变质腐败。
低温也能抑制微生物的生长。在0℃以下，菌体内的水分冻结，生化反应无法进行而停止生长。有些微生物在冰点下就会死亡，主要原因是细胞内水分变成了冰晶，造成细胞脱水或细胞膜的物理损伤。因此，生产上常用低温保藏食品，各种食品的保藏温度不同，分为寒冷温度、冷藏温度和冻藏温度。
2.1.2中温型的微生物
绝大多数微生物属于这一类。最适生长温度在20~40℃之间，最低生长温度10~20℃，最高生长温度40~45℃。它们又可分为嗜室温和嗜体温性微生物。嗜体温性微生物多为人及温血动物的病原菌，它们生长的极限温度范围在10~45℃，最适生长温度与其宿主体温相近，在35~40℃之间，人体寄生菌为37℃左右。引起人和动物疾病的病原微生物、发酵工业应用的微生物菌种以及导致食品原料和成品腐败变质的微生物，都属于这一类群的微生物。因此，它与食品工业的关系密切。
2.1.3高温型微生物
它们适于在45~50℃以上的温度中生长，在自然界中的分布仅局限于某些地区，如温泉、日照充足的土壤表层、堆肥、发酵饲料等腐烂有机物中，如堆肥中温度可达60~70℃。能在55~70℃中生长的微生物有芽孢杆菌属（Bacillus）、梭状芽孢杆菌（Clostridium）、嗜热脂肪芽孢杆菌（Bac. stearothermophilus）高温放线菌属（Thermoactinomyces）、甲烷杆菌属（Methanobacterium）等；温泉中的细菌；其次是链球菌属和乳杆菌属。有的可在近于100℃的高温中生长。这类高温型的微生物，给罐头工业、发酵工业等带来了一定难度。
高温型的微生物耐热机理可能是菌体内的蛋白质和酶比中温型的微生物更能抗热，尤其蛋白质对热更稳定；同时高温型微生物的蛋白质合成机构——核糖体和其他成分对高温抗性也较大；细胞膜中饱和脂肪酸含量高，它比不饱和脂肪酸可以形成更强的疏水键，因此可保持在高温下的稳定性并具正常功能。
2.1.4热对微生物的致死作用
如果超过了最高生长温度导致微生物死亡。高温致死的机理是微生物蛋白质和核酸不可逆的变性，或者破坏了细胞的其他成分，如细胞膜被热溶解形成了极小的孔，使细胞内含物泄漏引起死亡。高温致死微生物的作用，广泛用于医药卫生、食品工业及日常生活中。在食品工业中微生物耐热性常用以下几个数值表示：
(1) 热（力致）死时间（Thermal Death Time TDT） 是指在特定的条件和特定的温度下，杀死一定数量微生物所需要的时间，称热力致死时间。
(2) D值（Decimal reduction time） 在一定温度下加热，活菌数减少一个对数周期（即90%的活菌被杀死）时，所需要的时间（分），即为D值。测定D值时的加热温度，即在D的右下角表明。例如：含菌数为105 /毫升的菌悬液，在100℃的水浴温度中，活菌数降低至104/毫升时，所需时间为10分，该菌的D值即为10分，即D100=10分。如果加热的温度为121.1℃（250℉），其D常用Dr表示。见图4-4。
（3）Z值 如果在加热致死曲线中，时间降低一个对数周期（即缩短90%的加热时间）
所需要升高的温度（℃），这所需要升高的温度数，即为Z值。见图4-5。
（4）F值 在一定的基质中，其温度为121.1℃，加热杀死一定数量微生物所需要的时间（分），即为F值。

2.1.5影响微生物对热抵抗力的因素
⑴ 菌种 不同微生物由于细胞结构和生物学特性不同，对热的抵抗力也不同。一般的规律是嗜热菌的抗热力大于嗜温菌和嗜冷菌，芽孢大于非芽孢菌，球菌大于非芽孢杆菌，革兰氏阳性菌大于革兰氏阴性菌，霉菌大于酵母菌，霉菌和酵母的孢子大于其菌丝体。细菌的芽孢和霉菌的菌核抗热力特别大。
⑵ 菌龄 同样的条件下，对数生长期的菌体抗热力较差，而稳定期的老龄细胞较大，老龄的细菌芽孢较幼龄的细菌芽孢抗热力强。
⑶ 菌体数量 菌数愈多，抗热力愈强，因加热杀死最后一个微生物所需的时间也长；另外，微生物群集在一起时，受热致死不是时间而是有先有后，同时菌体能分泌一些有保护作用的蛋白质物质，菌多分泌的保护物质也多，抗热性也就强。
⑷ 基质的因素 微生物的抗热力随含水量减少而增大，同一种微生物在干热环境中比在湿热环境中抗热力大；基质中的脂肪、糖、蛋白质等物质对微生物有保护作用，微生物的抗热力随这类物质的增多而增大；微生物在pH值范围是7左右，抗热力最强，pH值升高或下降都可以减少微生物的抗热力。特别是酸性环境微生物的抗热力减弱更明显。
⑸ 加热的温度和时间 加热的温度越高，微生物的抗热力越弱，越容易死亡，加热的时间越长，热致死作用越大。在一定高温范围内，温度越高杀死所需时间越短。另外，其他因素如盐类等，在基质中有降低水分活性作用，从而增强抗热力；而另一类盐类如钙盐、镁盐可减弱微生物对热的抵抗力。

所谓高压杀菌是指将食品放人液体介质中，加100MPa－1000MPa的压力作用一段时间后，如同加热一样，杀灭食品中的微生物的过程。高压灭菌通常认为蛋白质在高压下立体结构（四级结构）崩溃而发生变性而使细菌失活，但也有人认为凡是以较弱的结合构成的生物体高分子物质如核酸、多糖类、脂肪等物质或细胞膜都会受到超高压的影响，尤其通过剪切力而使生物体膜破裂，从而使生物体的生命活动受到影响甚至停止，这就可以达到灭菌、杀虫和效果。高压灭菌避免了热处理而出现的影响食品品质的各种弊端，保持了食品的原有风味、色泽和营养价值。由于是液体介质的瞬间压缩过程，灭菌均匀，无污染，操作安全，且较加热法耗能低，减少环境污染。励建荣等研究了经高压处理后的果汁和蔬菜汁，试验证实了高压处理后能达到杀菌效果，而且Vc损失很少，残存酶活只有4％，色香味等感官指标不变，其综合效果优于热力杀菌；动物食品也能达到杀菌效果。目前，国外已将其用于肉、蛋、大豆蛋白、水果、香料、牛奶、果汁、矿泉水、啤酒等物品的加工中。我国在该技术的开发应用方面仅仅处于实验室研究阶段，尚未有批量生产的报道。

3、高压脉冲电场杀菌技术

高压脉冲技术用于食品灭酶灭菌，主要原理是基于细胞结构和液态食品体系间的电学特性差异。当把液态食品作为电介质置于电场中时，食品中微生物的细胞膜在强电场作用下被电击穿，产生不可修复的穿孔或破裂，使细胞组织受损，导致微生物失活。证实在脉冲电场强度为 12－40 Kv／cm，脉冲时间为20μs－18μs的条件下，可有效地对食品进行灭菌，且以双矩形波最为有效。邓元修等利用脉冲高压杀灭酵母和大肠杆菌，取得良好的实验结果，且能耗低，对试液温升小于2℃，因而可有效保存食品的营养成分和天然特征。利用脉冲电场处理大豆，可实现灭酶脱腥，并有效的保留大豆的香气。该技术是一种常温下非加热杀菌的新技术，运用该技术应综合考虑场强的大小，杀菌时间、食品的pH值、对细菌的种类等因素，以确定最佳方案。目前该技术在国际上正处于实验室研究和发展阶段，进一步成熟后很有可能弥补传统杀菌法的不足，给液态食品工艺带来一场变革

高压灭菌方法
1.将待灭菌器材、试剂放入高压蒸锅内，装液体的瓶中液体不能超过2/3，盖紧盖子后松动一圈，或用铝箔纸包紧；

2. 高压灭菌开始时，先打开排气口，待热水蒸气排出数分钟后，关闭阀门灭菌，121度，20分钟。待压力降到0后放气；

3.灭菌后，让瓶子冷却，并及时扭紧瓶盖；

4.可以将高压蒸锅盖留一条缝，在加热至100度，冷却后高压蒸锅内的器材也自动烘干了。

5. 一般器材开15-20分钟即可，液体30分钟。

注：

1． 有时装液体的瓶子可能破裂，可将瓶子放在钢制托盘中，防止瓶子一旦破裂时，试剂流入高压锅内。

2． 高压灭菌全过程中，应有专人看护。

1.将待灭菌器材、试剂放入高压蒸锅内，装液体的瓶中液体不能超过2/3，盖紧盖子后松动一圈，或用铝箔纸包紧；

2. 高压灭菌开始时，先打开排气口，待热水蒸气排出数分钟后，关闭阀门灭菌，121度，20分钟。待压力降到0后放气；

3.灭菌后，让瓶子冷却，并及时扭紧瓶盖；

4.可以将高压蒸锅盖留一条缝，在加热至100度，冷却后高压蒸锅内的器材也自动烘干了。

5. 一般器材开15-20分钟即可，液体30分钟。

灭菌,是指 杀灭物体上所有的微生物.在热力学杀菌法包括湿热，干热，消毒法。其中湿热灭菌法里面又包括巴氏消毒法和高压蒸汽灭菌法。相比较之下，湿热灭菌法更具备潜力，因为湿热的穿透力比干热大，湿热的蒸汽有潜热的存在。