食品灭菌的难点：芽孢的控制技术

　　灭菌是食品加工过程的必经步骤，在食品整个生产消费环节都具有重要意义。微生物导致的腐败是造成食品安全问题的主要因素之一，灭菌过程不仅能够确保食品安全，还能够有效延长食品的保质期，降低企业生产成本。

　　细菌是所有生物中数量最多、分布最广泛的一类生物，也是食品污染的主要元凶。

　　细菌的结构较为简单，使我们能够根据结构特点制定相应的灭菌方式，从而保证食品的安全。

　　然而，有些细菌有着独特的自我防御机制，从而保证生命的延续性，芽孢就是细菌自我防护的一个特殊形态，是整个生物界抗逆性最强的生命体。

　　但并不是所有细菌都能产生芽孢，而是某些细菌的特性，比如芽孢杆菌，梭状芽孢杆菌，少数球菌等，在其生长发育后期，在细胞内形成的一个圆形或椭圆形，厚壁，含水量低，抗逆性强的休眠体构造，能够有效的抵抗外界不利环境，在条件适宜时，又会重新萌发。

　　如果食品被细菌污染，其安全性和保质期都会大大降低，因此对细菌的控制也是确保食品安全的一个必要步骤。

　　热杀菌技术是目前食品行业采用的主要杀菌形式，自1860年被用于葡萄酒和啤酒的灭菌后，热杀菌就一直占据主导地位。但热杀菌也存在自身的弊端，虽然杀菌技术成熟、成本低廉，但对于热敏感性的食物成分会造成破坏，影响食品的质构、色泽和风味，并且对一些耐热细菌或其它特殊形态的细菌杀灭效果不佳，芽孢就是一个问题。

　　芽孢的含水率仅有40%左右，较低的水分是其能够抵御外界不良因素的主要原因，其次具有多糖类构成的致密孢子壁，是抵御不良物质的屏障，在萌发后会变成细胞壁。

　　芽孢在化学成分上也与其营养细胞有差异，尤其是芽孢中含有营养细胞所没有的DPA－Ca（吡啶二羧酸钙），该物质会使芽孢中的生命大分子物质形成稳定而耐热性强的凝胶，其耐热性随着DPA－Ca的消失而消失，被认为是芽孢耐热的主要根源。

　　大多数致病菌的致死温度通常在60℃就已经开始，而芽孢的致死基本都在100摄氏度以上，芽孢独特的结构和物质使其能够抵御常规的高温杀菌，有的在沸水中煮30小时后仍有生活力。实验指出，耐热型的芽孢要在130℃、30min以上的杀菌条件才能满足杀菌要求，而这个条件足以破坏食品的感官质构，因此采用冷杀菌技术具有重要意义。

　　冷杀菌是与热杀菌相对的杀菌方式，其无需对物料进行加热，利用其它灭菌机理杀灭微生物。虽然冷杀菌技术起步较晚，但冷杀菌不仅能确保微生物的合规，而且对食品营养成分、质构、风味的保留更为出色，因此被认为是未来的主流杀菌技术。

　　因为芽孢的耐热性，热杀菌对芽孢的效果并不好，强行对芽孢的杀灭会导致食品质量的大幅下降，甚至达不到出厂标准。

　　而冷杀菌的机理不同于热杀菌，在芽孢的控制上可以说是"另辟蹊径"。在常规食品的灭菌上，冷杀菌的表现非常抢眼，但就芽孢而言，芽孢的特殊性对冷杀菌提出了更高的要求。与常规冷杀菌相比，芽孢的冷杀菌往往面临着能耗高、成本高、限制大及"副作用"等问题，目前仍主要以研究为主，方法主要有高静压技术、低温等离子体技术、紫外辐射等。

　　1、高静压技术

　　高静压技术是食品冷杀菌的主流杀菌方式，高静压的杀菌机理是当食品在液体介质中体积被压缩后，形成高分子物质立体结构的氢键、离子键、疏水键等非共价键发生变化，从而导致蛋白质变性、酶失活，以达到杀菌的目的。而高静压对常规的营养元素的影响很小，能够更好地保持食品的品质。高静压对于一般的细菌可以达到理想的效果，而高压处理芽孢时也存在一定的不足，有研究指出在600Mpa和20℃条件下处理30min时，芽孢依然没有被灭活。在应对措施上，需要先采用低压环境诱导芽孢萌发，使其释放DPA-Ca及皮质溶解酶，而后在高压环境下的抗性将大幅降低，从而起到快速杀灭的效果。

　　2、低温等离子体技术

　　低温等离子体产生的大量氧、氮自由基能够破坏芽孢结构中的化学键，同时产生的紫外辐射能够导致DNA损伤，使其失去活性。低温等离子体技术在处理芽孢时也存在局限性，仅能对食品表面的芽孢产生灭活效果，对于深层次和食品结构复杂的食品难以达到效果，但也不失为一种理想的灭菌技术。随着低温等离子体技术的不断完善，将来在芽孢灭活上也将发挥重要作用。

　　3、辐射杀菌

　　辐射杀菌也是一种重要的冷杀菌技术，根据放射源的不同可分为电离辐射、紫外辐射、红外辐射等。

　　电离辐射常采用放射性同位素辐射产生的γ射线和粒子加速器产生的电子束。其原理是通过激活微生物中含有的水分，形成大量的离子对，并相互作用形成自由基，对微生物自身的核酸、酶、蛋白等产生破坏。

　　而紫外辐射、红外辐射等不能使原子电离，只能使电子处于高能状态，其释放能量较低，杀菌不如电离辐射，但成本和安全性更有优势。

　　辐射杀菌的局限性在于，仅适用于允许使用辐射杀菌的产品，其物料的水分也要很低。

　　脉冲电场、臭氧、超声波等也是杀灭芽孢的方式，但效果及机制仍有待研究。在芽孢杀灭的实际应用中，主要是针对车间的控制，其中过氧化氢是成熟有效的杀菌方式。食品中主要通过控制原料及车间环境等方式，使芽孢在常规杀菌方式内得到有效控制，从长远来看，应用现代栅栏技术是芽孢控制**潜力的技术。

　　作者：Huer

　　Huer，从事熟肉制品产品研发10年，糕点生产线产品开发3年。