果汁非加热杀菌技术研究进展摘要：液态食品的非加热杀菌技术是食品杀菌的前沿技术, 本文综述了 4 种主要的非加热杀菌技术---超临界二氧化碳杀菌、超高压杀菌、辐照杀菌、脉冲电场杀菌，并分别对其杀菌机理、各自的特点及应用前景进行了分析。
关键词：超临界二氧化碳、超高压、辐照、脉冲电场Abstract :The non-thermal pasteurization technology of liquid foods is one of research focuses of food pasteurization technology nowadays.This paper discusses the principle and research advances on pasteurization using supercritical CO2、high –pressure、irradiation and high-intensity pulsed electric field.Their sterilization mechanism,characteristics and application prospects were analyzed.Key words: supercritical CO2、high –pressure、irradiation、high-intensity pulsed electric.自从巴氏杀菌技术发明以来，热杀菌技术在果蔬汁加工中得到了广泛的应用，在保障果汁微生物安全、延长产品货架期等方面发挥了巨大的作用。
但是，它也存在一些缺陷，果汁作为一类热敏性食品，传统的热杀菌技术对其产品的色、香、味、功能性及营养成分等具有破坏作用。
经过热杀菌处理的新鲜果蔬汁失去了其原有的新鲜度，甚至还可能会产生异味，影响产品质量。
为了适应现代人对果汁色、香、味以及营养成分等多方面的要求，新型的非热杀菌技术应运而生。
非热杀菌技术即冷杀菌技术，是指利用非加热的方式方法将食品原料、制品或加工环境中有害和致病的微生物杀灭，达到指定杀菌程度要求的杀菌技术。
非热杀菌技术包括物理杀菌技术、化学杀菌技术和天然生物杀菌剂杀菌技术三大类。
非热杀菌一般在常温条件下完成，处理过程中不产生热效应或热效应很低，因此，它克服了一般加热杀菌技术传热相对较慢和对杀菌对象产生热损伤等缺点，特别适合于对热敏性的物料、制品和环境的杀菌处理。
1超临界二氧化碳微气泡连续灭菌超临界流体是指超过了物质的临界温度和临界压力的流体,它既具有与气体相似的密度、粘度、扩散系数等物性, 又兼有与液体相近的特性,是处于气态和液态之间的中间状态的物质[1]。
这种流体兼有液体和气体的优点: 粘度小、扩散系数大、密度大, 具有良好的溶解特性和传质特性, 且在临界点附近对温度和压力特别敏感。
超临界流体技术是利用超临界流体的这种特性而发展起来的一门新兴技术。
1.1 杀菌机理亚临界或超临界状态的加压二氧化碳用于灭菌，可缩短灭菌的时间和降低灭菌的温度。
另外，由于加压二氧化碳能抑制热敏性成分的分解、抽提脂溶性物质和使酶失活，因而在食品工业和生物工程上受到普遍的关注。
加压二氧化碳的灭菌机理主要是：能抽出微生物细胞内或细胞膜的功能性物质，使微生物细胞受到损伤；由于进入微生物细胞内的二氧化碳电离，使细胞质的H+离子浓度增大，PH 下降；微生物细胞内的某些酶由于浸透在二氧化碳中而失活；溶解于微生物细胞内的二氧化碳在急速减压时，体积膨胀而使细胞破裂。
1.2 超临界二氧化碳对液体样品的灭菌装置及灭菌条件二氧化碳是各种气体中最具灭菌效果的气体，由于它的经济性、安全性和容易处理使其最适用于非加热灭菌。
图1是超临界二氧化碳对液体样品灭菌的装置示意图。
这个装置不仅能灭菌，也能同时脱臭和灭酶。
本装置的处理槽容积为5.7L，样品液体及二氧化碳各由相应的可变流量泵连续向处理槽输送。
液体二氧化碳经处理槽底部的微过滤器成为超临界状态的气体分散进入样液中（温度35℃）微过滤器的孔径为10µm。
压缩的二氧化碳微气泡一边上升一边溶解在样液中，样液由压力流量控制阀（Ⅱ）连续从处理槽排出，二氧化碳气体则经压力流量控制阀（Ⅱ），维持一定的处理压力从处理槽上方排出。
样液连续排出并瞬间（几微秒）减压，此时进入微生物细胞内部的二氧化碳急速膨胀，导致细胞破裂死亡。
样液罐与泵之间的热交换器加热样液使其达到处理温度35℃,处理槽的温度通过热水循环使其保持在35+0.2℃。
为保证装置的无菌，设备先用500mg/kg的次氯酸钠溶液循环灭菌，再用生理盐水洗涤。
1.3 应用现状及前景对于超临界气体，研究比较多的是二氧化碳气体和一氧化二氮，Enomoto etal.等[2]研究了不同气体在超临界状态下对面包里面酵母菌的杀菌效果，发现只有用二氧化碳和一氧化二氮处理的面包酵母菌存活率明显下降。
Flavia Gasperi[3]等人研究了超临界二氧化碳和一氧化二氮巴氏灭菌对新鲜苹果汁品质的影响，结果表明，超临界二氧化二碳和一氧化二氮在100bar压力和36摄氏度的条件下处理十分钟就可以把所以的微生物杀死，并且通过感官分析表明对新鲜苹果汁品质的影响是温和的。
超临界流体萃取技术作为一种新型的冷杀菌技术应用前景广阔,某些热敏性的生物药物、制剂或食品, 用超临界CO2处理,可在较温和的条件下, 抑制酶活和灭菌, 避免因高温消毒引起的不良影响。
例如,用超临界CO2 处理骨骼和人造血浆可以脱脂和杀灭其中的病毒, 保证异源骨骼移植和输血的安全性;利用超临界CO2 ( 13 . 7MPa , 60 ℃, 75m i n)处理桔汁, 可使其中的果胶酶全部失活[4]。
2超高压杀菌食品超高压杀菌技术提出始于1914年，发展于20世纪80年代末，是目前商业应用最广泛的一种冷杀菌技术。
它是指将食品以柔性材料包装后，置于液体介质中，用100-1000MPa 的压力在常温或较低温度（<100℃）的条件下，对食品进行灭菌处理，以达到杀菌效果的一种杀菌方法。
2.1 杀菌机理超高压杀菌的基本原理就是压力对微生物的致死作用, 高压可导致微生物的形态结构、生物化学反应、基因机制以及细胞壁膜发生多方面的变化,从而影响微生物原有的生理活动机能, 甚至使原有功能被破坏或者发生不可逆转的变化,导致微生物死亡[5]。
研究表明在超高压处理的条件下, 可能导致细菌细胞膜被破坏而开裂、渗透性增强, 从而达到灭菌的目的[6]2.2 超高压灭菌装置及特点如图所示是连续作业式超高压灭菌装置超高压杀菌技术属于冷杀菌技术之一, 与热处理杀菌相比, 超高压杀菌对食品作用均一、迅速,且无体积和形状的限制, 同时超高压杀菌技术不仅可以有效杀灭食品中的微生物, 而且能够得到品质较好的食品; 超高压只影响食品中的非共价键, 而共价键不会发生任何变化, 所以超高压杀菌能够较好地保持食品固有的营养、品质、质构、风味、色泽和新鲜度[6-7]。
此外, 超高压杀菌是在常温下进行的, 不会破坏食品中的热敏性成分, 如: 挥发性物质、维生素、香气成分以及其他有利于食品风味的物质成分、营养成分等[8-9]。
随着超高压设备的改进和超高压食品进入市场, 超高压技术被认为是食品加工工业中最有发展潜力的技术。
2.3 研究现状及应用前景。
超高压灭菌的效果与压力大小、果汁含菌量处理次数及微生物的种类等因素有关系[7]。
就微生物种类来说, 酵母菌、霉菌的耐压力比细菌中的革兰氏阴性菌的耐压性低, 而革兰氏阴性菌的耐压性又比革兰氏阳性菌低; 芽孢细胞的耐压性强, 尤其是革兰氏阳性菌中的芽孢杆菌和梭状芽孢杆菌的芽孢最耐压。
杀死一般微生物的细胞通常只要室温( 22～25℃) 和450MPa 以下的压力, 而杀死耐压性的芽孢则需要更高的压力或者是结合其他的处理形式[10]。
为了进一步研究超高压处理条件对果汁中细菌的杀灭效果, 赵玉生等人探讨了热敏性猕猴桃汁在超高压处理过程中, 存在的菌落总数和大肠杆菌群数随压强大小和加压时间变化的关系。
结果表明,施加压力的大小与细菌的存活量呈线性反比的关系, 而保压时间的变化不会影响菌落总数随着压力增大而下降的趋势, 说明压力是细菌存活与否的决定因素。
当压强达到400MPa 时, 并保压15min 后大肠杆菌可以被彻底杀灭[11]。
荔枝汁中的细菌总数也是随着压力的上升而显著下降, 当压力上升到200MPa 时, 细菌总数急剧下降, 在200MPa 时细菌总数只有170 个/ml, 400MPa 时达到商业无菌的效果, 说明超高压处理对荔枝果汁中的细菌具有良好的杀灭效果[12]。
超高压杀菌技术属于冷杀菌技术, 与巴氏杀菌等热力杀菌相比, 它有杀菌速度快、营养损失少等优点。
利用超高压处理新鲜果汁, 不仅使果汁中的微生物得到有效的杀灭, 同时果汁中的营养成分特别是热敏性的营养成分和易挥发的香气成分得到很好的保留, 而且果汁中的酶也得到很好的控制, 有利于防止新鲜果汁发生酶促褐变。
自从1991 年日本明治屋食品公司超高压杀菌技术应用于食品加工, 并得到世界上第一种高压果酱食品后, 超高压杀菌技术在世界各国得到广泛的研究与应用。
目前, 日本、美国、欧洲等国在超高压食品的研究与开发方面走在世界的前列, 超高压加工的食品, 特别是果汁的市场前景非常看好。
国内超高压杀菌技术的研究还处于起步阶段, 有关的研究报道很少。
并且超高压杀菌设备昂贵, 目前仅仅是将其用于生产高附加值产品。
但是, 随着科技的进步和超高压设备的改进, 相信在将来超高压杀菌技术会广泛的应用于食品的生产。
3辐照杀菌辐照杀菌是运用x射线、γ射线或高速电子射线照射食品，引起食品中的生物体产生物理或化学反应，抑制或破坏其新陈代谢和生长发育，甚至使细胞组织死亡，从而达到杀菌消毒、延长食品贮存销售时间的目的[13]。
一般，用于食品辐照的放射线仅限于从60Co 和137Se放射性同位素发出的γ射线和从加速器所产生的电子束及x射线，不能使用有可能诱发放射能的中子射线[14]。
3.1 杀菌机理辐照杀菌的杀菌机理虽然还没有完全明了，但已确定是维持微生物生命所必需的核酸、蛋白质等由于放射线的电离作用而被损伤或发生变异，即DNA分子本身受损伤导致细胞死亡。
一般认为，放射线在照射过程中产生的化学效应，包括直接效应和间接效应两种[15]。
直接效应就是指微生物细胞质受放射线照射后发生的化学及电离作用，DNA被切断，使物质形成离子、激发态或分子碎片，并无法修复；间接效应是指在高水分含量食品中，当食品中的水分受到辐射后，水分子被激发或电离，最后形成H·、·OH 和H2O·，这些自由基存在时间极短（少于10-5S），但反应能力很强，足以破坏细胞组织[16]。