食品工業(yè)界在繼續(xù)發(fā)展現(xiàn)有控制微生物控制方法的同時(shí)，正研究新技術(shù)以保證食品的微生物安全，同時(shí)也為消費(fèi)者提供稍需加工或不需加工的高質(zhì)量食品。這些年，輻照、高強(qiáng)度電子場(chǎng)、脈沖光、紫外線、高壓加工和臭氧已作為消滅微生物的非加熱方法。然而，在商業(yè)上運(yùn)用這些技術(shù)僅在最近幾年。盡管這些新技術(shù)以及其它方法看起來(lái)能達(dá)到預(yù)期結(jié)果，但通常也受到限制而不能應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。因此在現(xiàn)有食品加工中采用上述新技術(shù)時(shí)，必須理解每個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)和由那些要求。

一、輻照

　　輻照是消滅微生物的一種方法，通常是用來(lái)描述一個(gè)產(chǎn)品暴露在離子射線下的常用術(shù)語(yǔ)。

1．伽瑪射線和加速電子射線

　　我們可能熟悉的一些普通形式的離子射線有Ｘ－射線，微波和紫外線，這些射線都已在食品中應(yīng)用，但這部分我們將集中討論兩種其它形式的射線，伽瑪射線和加速電子射線。這兩種射線在消滅和減少食品中的微生物方面有著實(shí)際應(yīng)用實(shí)例。

　　美國(guó)FDA已批準(zhǔn)對(duì)豬肉、牛肉、禽肉、羊肉、香料、調(diào)味品進(jìn)行輻照，也可以用于水果、蔬菜和谷物。有關(guān)食品輻照的要求在21CFR PART179可以查到。

　　每種技術(shù)都有自已的術(shù)語(yǔ)，輻照也不例外。KILOGRAY是個(gè)用于食品加工業(yè)中描述輻照量值的術(shù)語(yǔ)。

　　影響微生物抵抗輻照的一些因素包括：

· 細(xì)菌的數(shù)量

· 細(xì)菌的類型

· 細(xì)菌的年齡

· 氧氣的存在與否

· 食品的特征

　　數(shù)量是主要的，存在的微生物越多，就需越多的射線消滅它們。

　　一般而言：

　　輻照過(guò)程必須科學(xué)地設(shè)計(jì)以保證用最少量的射線最理想的減少微生物。

2．輻射消毒（滅菌）

　　輻射消毒（滅菌）類似商業(yè)無(wú)菌。食品暴露在30～40千戈瑞之間的射線水平下被認(rèn)為是商業(yè)無(wú)菌消毒。

　　暴露在2.5～10千戈瑞輻照水平將消除大部分食物的所有病原菌的繁殖體。這種輻照水平稱為針對(duì)性輻射殺菌，類似于巴氏殺菌。

　　暴露在0.75～2.5千戈瑞輻照水平將消滅大部分食物中的腐敗性微生物。這個(gè)過(guò)程稱為有選擇的輻射殺菌。

　　鈷60或銫137

　　食品的商業(yè)輻射通常取決于伽瑪射線和加速電子。伽瑪射線輻照是用鈷60或銫137作為射線源來(lái)進(jìn)行的。

　　用鈷60為輻照源的設(shè)備適合大批量產(chǎn)品的輻照，提供伽瑪射線的鈷棒，約有一支鉛筆大，貯存在深約30英尺的去離子水的防護(hù)池的中心。鈷輻照用10英尺厚的混凝土墻，且用一個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜的鎖和其他安全措施以保護(hù)員工們及防止其他外界射線進(jìn)來(lái)。自外運(yùn)來(lái)的食品，送到周圍暴露放射源料的固定位置。對(duì)暴露的食品射擊線量值由對(duì)伽瑪射線源暴露的單位部分的存放時(shí)間而定。

　　用銫為伽瑪源的設(shè)備可以是小型的，含自我保護(hù)裝置，而不需要外部防護(hù)。伽瑪源的防護(hù)用鋼作單元部分而組成的，這個(gè)單元被用來(lái)設(shè)計(jì)以處理一盤食品。當(dāng)食品放在地上封閉的輻照源的房間里，帶有銫的板會(huì)從地下室移上來(lái)在要處理食品的周圍。

　　伽瑪射線的優(yōu)點(diǎn)在于伽瑪射線事實(shí)上可以穿透所有材料并且能完成對(duì)厚的食品的輻照。

　　認(rèn)可的輻照機(jī)構(gòu)必須建立科學(xué)的伽瑪射線輻照程序。 這是FDA法規(guī)的要求，21CFR PART139----食品生產(chǎn)、加工和處理的輻照。應(yīng)嚴(yán)格按照確定的程序進(jìn)行，且應(yīng)仔細(xì)監(jiān)控。關(guān)鍵控制點(diǎn)包括輻照暴露的時(shí)間，輻照源的定位和產(chǎn)品裝運(yùn)方式，鈷60隨時(shí)間衰變，要確定產(chǎn)品暴露時(shí)間必須計(jì)算這種輻照源衰變期。最后，必須正確處理對(duì)射線敏感的可見(jiàn)指示器具和劑量?jī)x器，并作為公司質(zhì)量保證計(jì)劃的一部分。

　　伽瑪射線系統(tǒng)也有不足之處。輻照不能直接用于存放在特定區(qū)域的已包裝好的食品。這些系統(tǒng)設(shè)計(jì)用作連續(xù)操作且無(wú)法關(guān)掉輻照源。伽瑪射線系統(tǒng)很貴且有輻照源的處理，安全和有關(guān)環(huán)境的問(wèn)題。

3．電子束設(shè)備

　　用于電子束的設(shè)備通常不如伽瑪射線設(shè)備應(yīng)用廣泛，他們適合處理單個(gè)的或小批量產(chǎn)品的輻照。電子束的優(yōu)點(diǎn)是輻照能直接射向食品的具體區(qū)域----象種X射線儀-----以具體部位為目標(biāo)。這種方法暴露在射線敏感區(qū)域的射線最少。當(dāng)不用時(shí)，可以關(guān)掉電子束，且不存在處理有關(guān)危害廢物的問(wèn)題。

　　然而，象伽瑪輻照過(guò)程一樣，認(rèn)可的輻照機(jī)構(gòu)也必須確定電子束處理程序。必須確定關(guān)鍵處理參數(shù)并加以控制。這包括發(fā)射速度，電子束特征和產(chǎn)品裝運(yùn)方式。對(duì)關(guān)鍵控制的要求與伽瑪輻照相似。

　　用電子束也有一些不足之處，穿透厚的產(chǎn)品受限，使該過(guò)程對(duì)許多類型的食品不適合。

　　一些食品由于會(huì)改變風(fēng)味、結(jié)構(gòu)或其他質(zhì)量特征，既不能暴露在伽瑪射線，也不能在電子束下。所需的營(yíng)養(yǎng)成分的丟失也是個(gè)問(wèn)題，尤其是維生素B₁對(duì)射線非常敏感。輻照能導(dǎo)致射線副產(chǎn)品的產(chǎn)生，稱為射線性化合物。這些副產(chǎn)品被認(rèn)為是食品添加劑，必須評(píng)估其是否安全。

　　最后，食品使用輻照要求被輻照的食品通過(guò)標(biāo)簽或其它適當(dāng)?shù)貥?biāo)識(shí)說(shuō)明經(jīng)過(guò)輻照。 

二、高強(qiáng)度脈沖光

　　高強(qiáng)度脈沖光涉及應(yīng)用光的快速、強(qiáng)烈、放大后的閃光。脈沖光是運(yùn)用工程技術(shù)產(chǎn)生的，通過(guò)在能量?jī)?chǔ)存器中相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間（幾分之一秒）的貯存而在短時(shí)間內(nèi)（百萬(wàn)分之一或千分之一秒）的釋放而積累電子能量得到多級(jí)能量的光。貯存的能量脈動(dòng)惰性氣體燈以產(chǎn)生強(qiáng)烈的閃光只持續(xù)幾百微秒。根據(jù)產(chǎn)品選擇燈的數(shù)量，閃光的形狀及閃光的周期。脈沖光包含從紫外的200nm到近紅外的1nm的波長(zhǎng)，是海平面日光強(qiáng)度的20000倍，大多數(shù)脈沖光屬可見(jiàn)光范圍。由于脈沖光的波長(zhǎng)太長(zhǎng)，不能發(fā)生小分子的離子化。

　　其抗微生物的效果比非脈沖或連續(xù)波常規(guī)的紫外輻照明顯要強(qiáng)。脈沖光用來(lái)消除細(xì)菌的繁殖體、細(xì)菌的芽胞、真菌分生孢子和其它生物，具有相同效果。這使脈沖光技術(shù)適用于細(xì)菌污染的食品和水的處理。脈沖光和穿透性紫外線一樣，能穿透食品和包裝材料。這使處理透明食品，例如水及通過(guò)透明包裝材料的食品成為可能。另外，破壞微生物的脈沖光可使那些能導(dǎo)致食品變質(zhì)的酶失活。

　　脈沖光處理的強(qiáng)度是根據(jù)積分通量或單位面積的光能量，焦?fàn)枺↗）/cm²來(lái)測(cè)量。1焦?fàn)柹儆?/4卡路里，4焦?fàn)柕哪芰磕苁?克的水溫度升高1℃。0.5J/cm²的一次閃光已經(jīng)表明能消滅每平方厘米中10⁵個(gè)細(xì)菌的繁殖體、細(xì)菌芽胞、真菌分生孢子。已證明每次1J/cm²閃光的多脈沖可使細(xì)菌減少10⁷---10⁹。

　　由純脈沖技術(shù)公司，如加里福尼亞州的SanDiego將他們的脈沖光技術(shù)（純光）向FDA提供資料，將脈沖光為輻照源用于食品添加劑生產(chǎn)，加工和處理。脈沖光的使用在21CFR PART 179.14中有說(shuō)明，并且在以下條件允許應(yīng)用脈沖光：

　　(a）射線源由設(shè)計(jì)好的氙燈組成發(fā)射多級(jí)射線，波長(zhǎng)為200到1100nm，且脈沖周期不長(zhǎng)于2毫秒（千分之一秒）；

　　(b)用來(lái)控制表面微生物；

　　(c)脈沖光處理的食品應(yīng)在達(dá)到預(yù)期技術(shù)效果下經(jīng)最低處理；

　　(d)總的累積處理量應(yīng)不超過(guò)12.0J/cm^２ 。

　　根據(jù)提供給FDA食品添加劑申請(qǐng)資料，表明在具體條件下的應(yīng)用脈沖光不會(huì)引起食品或被處理的微生物發(fā)生有害的化學(xué)變化。處理的食品不會(huì)導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)價(jià)值的顯著減少。 

　　為了確保達(dá)到理想的殺菌效果，在生產(chǎn)期間必須監(jiān)控?zé)艄猓‵LUENCE）與燈束（CURRENT），用硅光電二極管以測(cè)量閃光燈打開(kāi)時(shí)光的紫外線強(qiáng)度來(lái)監(jiān)控?zé)艄�。輸出減少表明燈已快結(jié)束它的使用壽命。每次閃光時(shí)監(jiān)控?zé)羰�。如果比預(yù)先設(shè)置電流高或低的顯著偏離可能意味著燈或電容的問(wèn)題。正常設(shè)計(jì)的系統(tǒng)用來(lái)監(jiān)控設(shè)備的操作，如檢出異常，應(yīng)中斷操作。

三、高強(qiáng)度脈沖電子場(chǎng)

　　高強(qiáng)度脈沖電子場(chǎng)（PEF）：包含應(yīng)用將食品置于兩個(gè)電極間高壓的短時(shí)電擊。高壓要求過(guò)程通過(guò)建立一個(gè)蓄電器貯存電能，然后釋放來(lái)實(shí)現(xiàn)。在入口周圍或冷庫(kù)存溫度下進(jìn)行處理，不超過(guò)1秒，且因?yàn)槭澄锛訜岫�失去的能量最少。這個(gè)過(guò)程更適合于灌制食品。決定微生物失活是因?yàn)殡娮訄?chǎng)而不是產(chǎn)品的電解或歐姆、電阻加熱。

　　目前研究表明PEF技術(shù)能破壞微生物的細(xì)胞壁。整個(gè)過(guò)程不會(huì)導(dǎo)致食品中的化學(xué)或物理變化特征發(fā)生變化。加工過(guò)程條件由食品特性決定。對(duì)任何一種食品PEF條件由以下各可變參數(shù)決定，其包括電子場(chǎng)峰強(qiáng)度（KV/cm）（千伏每厘米），脈沖周期（微秒），脈沖數(shù)量，最初溫度，最高處理溫度，有關(guān)微生物種類和微生物接種。在處理中加工溫度的增加看來(lái)能加大微生物的死亡。

　　PEF對(duì)生長(zhǎng)的致病菌和腐敗的有機(jī)體最有效，但消滅孢子要求用高電壓長(zhǎng)時(shí)間處理。研究表明PEF有助于延長(zhǎng)對(duì)罐制的貨架壽命穩(wěn)定的酸性巴氏殺菌食品和要求用巴氏殺菌的冰箱食品的貨架期。

　　在食品中殺滅微生物的高強(qiáng)度脈沖電子場(chǎng)已在世界許多國(guó)家開(kāi)始研究。在美國(guó)領(lǐng)先的工業(yè)公司之一，純脈沖技術(shù)公司，如加里弗尼亞的San Diego已提交資料給FDA以支持他們用PEF對(duì)液體及灌制食品進(jìn)行微生物處理。FDA審查過(guò)這份資料以后，決定食品添加劑法規(guī)不需要PEF，只要遵守良好的操作規(guī)范的要求。用高強(qiáng)度脈沖電子場(chǎng)處理任何食品中未發(fā)現(xiàn)有品質(zhì)的變化。

 選擇的液體食品的PEF加工條件

 　　從1995年12月食品技術(shù)用高強(qiáng)度脈沖電子場(chǎng)進(jìn)行巴氏殺菌。

 　　在食品中運(yùn)用高強(qiáng)度電子場(chǎng)殺滅微生物，還需要經(jīng)過(guò)對(duì)不同產(chǎn)品做進(jìn)一步的研究。應(yīng)考慮有關(guān)微生物種類、原料帶菌情況、待處理產(chǎn)品的特性、產(chǎn)品的儲(chǔ)存運(yùn)輸處理?xiàng)l件和最佳消費(fèi)狀態(tài)多方面因素。建立在科學(xué)研究基礎(chǔ)上的具體實(shí)施條件將是整個(gè)過(guò)程的關(guān)鍵因素。

 四、紫外線

· 空氣和表面消毒

· 液體的巴氏消毒

　　紫外線是一些食品在巴氏消毒水平上的另一種過(guò)程，許多年來(lái)把紫外線用作空氣和表面消毒。

　　根據(jù)波長(zhǎng)可基本分為三種形式的紫外線：長(zhǎng)波、中波和短波。所有紫外線波長(zhǎng)都比可見(jiàn)光短且不能被人看見(jiàn)。紫外光是于253.7nm范圍內(nèi)的紫外燈產(chǎn)生的。

　　為了使紫外線殺死細(xì)菌和其他微生物，他們必須接觸到微生物體上，且每種微生物體必須吸收足夠數(shù)量的能量以被殺死。使微生物失活必需的劑量是由時(shí)間和強(qiáng)度來(lái)決定。

　　近來(lái)，用紫外線進(jìn)行巴氏消毒透明液體的過(guò)程已經(jīng)發(fā)展了。這個(gè)過(guò)程包括灌輸液體薄膜在預(yù)定的速率下通過(guò)紫外光，在這個(gè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)顯著地減少了液體的生物運(yùn)載量。

　　對(duì)天然的紫外光、流速、混濁度、產(chǎn)品性質(zhì)和燈輸出需要連續(xù)監(jiān)控。

　　對(duì)其他系統(tǒng)有一些要求：紫外光必須穿透進(jìn)入產(chǎn)品。這就是為什么該過(guò)程被限制用于透明液體。

 五、高壓加工

· 置于壓力為65-80磅下的食品

· 在軟包裝內(nèi)食品

· 無(wú)菌包裝的灌制可能產(chǎn)生壓力

· 改變結(jié)構(gòu)和細(xì)胞壁的通透性

　　早在19世紀(jì)未和20世紀(jì)初美國(guó)人像Hitt（1899）和Bridgman（1914）就對(duì)保鮮食品的壓力過(guò)程進(jìn)行了研究，直到1985年前后才引起食品、制藥和生物工業(yè)的關(guān)注。高壓加工（ＨＰＰ）近來(lái)在食品灌裝和生物技術(shù)工業(yè)上引起人們極大的關(guān)注。在HHP技術(shù)的應(yīng)用方面，日本處于領(lǐng)先地位，并生產(chǎn)出果醬、果凍、水果汁和酸乳酪。

　　食物的高壓加工要求65-80磅的壓力。它要求非常特殊的設(shè)備。如果食物被包裝軟或半軟包裝內(nèi)，放在裝滿水的容器內(nèi)于高壓下１－２０分鐘的時(shí)間。一些食品如桔子汁可能在壓力室內(nèi)批處理，然后無(wú)菌灌裝預(yù)先消毒的包裝內(nèi)。

　　高壓過(guò)程可能引起食品的一些變化包括組織內(nèi)部的變化，高壓導(dǎo)致蛋白質(zhì)凝膠化、由于細(xì)胞壁破裂，酶活動(dòng)可能增強(qiáng)，高壓加工本身對(duì)食品腐敗有機(jī)體沒(méi)有影響。整個(gè)水果或蔬菜可能通過(guò)機(jī)械壓縮而變形，形成難以描述的水果和蔬菜，如果汁、果醬、果丁、果片和混合食品。

　　微生物對(duì)高壓敏感。高壓加工必須考慮微生物的種類、產(chǎn)品特性、理想的過(guò)程（巴氏殺菌或商業(yè)消毒）和產(chǎn)品銷售方式。殺滅微生物主要是由結(jié)構(gòu)變化和細(xì)胞壁破裂而引起的。

　　研究表明在65-80磅的高壓加工對(duì)生長(zhǎng)的細(xì)菌、酵母和霉菌是非常有效，且產(chǎn)品的水分活度接近于１。但芽胞對(duì)高壓不會(huì)失活，而要另外加熱或其他一些作用以達(dá)殺死的高水平。

 六、歐姆加熱

· 加熱通過(guò)產(chǎn)品自我傳導(dǎo)

· 應(yīng)用于產(chǎn)品的交流電

· 穿透的深度無(wú)限制

· 在產(chǎn)品中無(wú)大的熱梯度

· 由產(chǎn)品的傳導(dǎo)性及加熱的剩余時(shí)間控制的加熱

· 加熱殺死微生物

　　歐姆加熱和無(wú)菌微粒處理繼續(xù)使用測(cè)試熱處理致死微生物體的方法的時(shí)間，同時(shí)用加熱產(chǎn)品的新方法和過(guò)程決定以保證熱處理傳遞給產(chǎn)品。

　　通常用的微波加熱，電能轉(zhuǎn)化成熱能。然而不象微波加熱穿透的深度是完全無(wú)限制且加熱的程度由通過(guò)產(chǎn)品的電傳導(dǎo)的空間一致性及產(chǎn)品在加熱皿中的抗熱時(shí)間控制。由于大多數(shù)實(shí)際的目的產(chǎn)品在加熱時(shí)沒(méi)有經(jīng)歷大的溫度梯度且液體與顆粒同時(shí)被加熱。

　　歐姆加熱最適合無(wú)菌包裝產(chǎn)品。用于處理和包裝其它滅菌產(chǎn)品的設(shè)備能用作處理歐姆加熱產(chǎn)品。歐姆無(wú)菌系統(tǒng)與其它任何一種無(wú)菌系統(tǒng)主要不同是加熱的方法。

　　由于歐姆加熱運(yùn)用食品的耐力及商業(yè)電流以加熱食物有好于通常加熱系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，包括：加熱表面不燃燒，加熱期間產(chǎn)品不許攪動(dòng)，液體載體不需過(guò)分加熱以加熱顆粒和顆粒受熱均勻。

　　歐姆加熱依靠產(chǎn)品電傳導(dǎo)。但歐姆加熱將不能直接加熱脂肪，油、酒精、骨或晶體結(jié)構(gòu)如冰。

　　歐姆加熱用于熱殺死微生物的控制與其他熱處理過(guò)程相似。然而在設(shè)計(jì)歐姆加熱過(guò)程時(shí)，許多方面必須引起重視，產(chǎn)品具體的耐電性及它隨溫度的變化必須在過(guò)程的商業(yè)應(yīng)用期間被決定和控制。產(chǎn)品的流速對(duì)產(chǎn)品的加熱是關(guān)鍵，在歐姆加熱器中產(chǎn)的速成率和加熱周期是主要的困素。如果產(chǎn)品在加熱器中變化狀態(tài)（從液體到固體或液體到氣體）產(chǎn)品中可能產(chǎn)生弧光。由于這些原因?qū)Υ蠖鄶?shù)應(yīng)用必須數(shù)設(shè)計(jì)考慮具體產(chǎn)品成功的殺滅微生物的食品歐姆過(guò)程要求在歐姆過(guò)程上的嚴(yán)格控制。應(yīng)該由有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的人建立操作程序，應(yīng)該保持嚴(yán)格的控制在：產(chǎn)品配方、流速、在試管中的產(chǎn)品溫度和發(fā)現(xiàn)對(duì)過(guò)程是關(guān)鍵的其它任何因素。

　　然而歐姆加熱對(duì)那些希望生產(chǎn)高體積、高價(jià)值、低酸、貨架穩(wěn)定的包含顆粒的產(chǎn)品，及生產(chǎn)只要求巴氏殺菌過(guò)程的酸性和冷藏食品應(yīng)提供承諾。

 七、臭氧

· 殺菌劑

· 加工和處理

　　臭氧作為殺菌劑的使用并不新鮮了。在加工水中用臭氧殺死微生物，例如蔬菜加工者。這種處理允許加工水重復(fù)使用而不是倒掉。在美國(guó)和其他國(guó)家這種方法處理飲用水也有多年。臭氧另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，不象氯，在處理的水中無(wú)毒性殘留。

　　臭氧也用在封閉區(qū)域中的表面處理，如冰箱。它可以減少或消滅包括冰箱表面和內(nèi)部存放產(chǎn)品表面的霉菌。臭氧作為氯的替代物有潛在的用途。這是更強(qiáng)的消毒劑，能殺死大量不同的微生物體，潛在用途之一是消毒新鮮的水果和蔬菜。臭氧用來(lái)消毒新鮮水果和蔬菜尚未被FDA認(rèn)可。