非熱殺菌技術(shù)在生鮮面生產(chǎn)中的研究進展

賈花婷，安艷霞，2，趙陽，2，溫婭晴，任秀娟，張劍，2*

（1.河南農(nóng)業(yè)大學 食品科學技術(shù)學院，河南 鄭州 450002；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部大宗糧食加工重點實驗室，河南 鄭州 450002）

面條起源于中國，是中國的傳統(tǒng)主食之一[1]。迄今為止，面條的工業(yè)化生產(chǎn)主要分為干面（方便面、掛面）、半干面、農(nóng)貿(mào)市場生切面條以及生鮮面[2]，其中爽滑筋道、質(zhì)感新鮮、面香味濃郁的生鮮面得到了消費者一致認可[3]。但生鮮面因其較高的水分活度容易發(fā)生腐敗變質(zhì)、微生物生長繁殖等問題，難以長時間儲存，嚴重制約了生鮮面的市場化發(fā)展。因此，在保證生鮮面品質(zhì)能被消費者認可的情況下延長其儲藏時間顯得尤為重要。

影響生鮮面儲藏期間品質(zhì)腐敗的因素大致分為4 種：1）微生物：微生物是生鮮面腐敗的主要因素[4]，引起生鮮面品質(zhì)敗壞的微生物有細菌（其優(yōu)勢菌群為枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌[5]和金黃色葡萄球菌）、霉菌（白曲霉和圓弧青霉[6]）還有少量的酵母菌。2）水：水分遷移會導致生鮮面中自由水以及結(jié)合水的變化，從而導致面條粘連發(fā)生品質(zhì)劣變[7]。3）自身組分：蛋白質(zhì)、淀粉以及脂肪等物質(zhì)在儲藏期間的變化也嚴重影響了生鮮面的品質(zhì)，淀粉酶的存在導致淀粉在儲藏過程中發(fā)生水解引起淀粉吸水膨脹等；蛋白質(zhì)因微生物的生長代謝含量下降導致面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遭到破壞影響面條的黏彈性及咀嚼性。4）儲藏溫度：食品中微生物及酶的活性、食品物理化學反應(yīng)速率、品質(zhì)的變化很大程度上取決于溫度的變化，溫度越高微生物生長繁殖越迅速[8]。

近些年，殺菌技術(shù)廣泛地應(yīng)用于面條生產(chǎn)中，主要包括熱殺菌與非熱殺菌技術(shù)兩大類。傳統(tǒng)的熱殺菌技術(shù)通過高溫使微生物和酶等物質(zhì)失活從而達到殺菌效果，但熱殺菌會導致蛋白質(zhì)變性、淀粉糊化以及熱敏營養(yǎng)物質(zhì)的流失。非熱殺菌技術(shù)即冷殺菌技術(shù)，能在相對較低的溫度下滅活食品中的微生物等從而使食品達到有效保鮮的殺菌技術(shù)。與傳統(tǒng)的熱殺菌技術(shù)相比，非熱殺菌技術(shù)的應(yīng)用避免了熱敏營養(yǎng)物質(zhì)的流失以及食品在殺菌過程中導致的蛋白質(zhì)變性等問題，有效地保證了食品品質(zhì)。由于生鮮面生產(chǎn)過程中不宜加熱，使得非熱殺菌技術(shù)非常適合用于生鮮面的殺菌保鮮[9]。目前，應(yīng)用于生鮮面的非熱殺菌技術(shù)主要有微波、輻照、臭氧等，此外，低溫等離子體、紫外、脈沖強光等技術(shù)在生鮮面殺菌方面也有應(yīng)用，本文闡述以上6 種非熱殺菌技術(shù)在生鮮面生產(chǎn)中的研究進展，以期對延長生鮮面的貨架期提供有利的參考。

1 生鮮面防腐保鮮中非熱殺菌技術(shù)的應(yīng)用分析

1.1 微波殺菌技術(shù)

微波殺菌技術(shù)殺菌升溫快、溫度低、時間短、殺菌均勻，既能較好地保證食品中的活性物質(zhì)又能很好地保持食品的色香味及營養(yǎng)成分，在食品應(yīng)用過程中不僅方便快捷而且安全無污染。微波雖然會使食品溫度升高，但微波殺菌比傳統(tǒng)熱殺菌技術(shù)時間短且加熱溫度較低，故微波殺菌技術(shù)一般被列為非熱殺菌技術(shù)[10]。微波殺菌技術(shù)機理見圖1。

圖1 微波殺菌技術(shù)機理Fig.1 Microwave sterilization technology mechanism

在實際應(yīng)用中微波殺菌是熱效應(yīng)與非熱效應(yīng)共同作用的，通過改變食品中的微生物等活性物質(zhì)導致微生物活性降低甚至失活從而達到防腐保鮮的目的。微波殺菌保鮮效果的影響因素主要是微波功率與微波時間。目前，應(yīng)用于生鮮面防腐保鮮的微波處理技術(shù)主要分為兩種，一是處理生產(chǎn)面條的原料小麥粉，二是直接處理生鮮面條。近些年微波殺菌技術(shù)在生鮮面中的應(yīng)用研究成果見表1，可以看出，微波殺菌技術(shù)可有效減小生鮮面中微生物的含量。

表1 微波殺菌技術(shù)在生鮮面防腐保鮮中的應(yīng)用Table 1 Application of microwave sterilization technology in antiseptic preservation of fresh noodles

1.2 輻照殺菌技術(shù)

輻照是一種通過具有能量的射線作用于食品，殺滅微生物等生物活性物質(zhì)，從而達到食品保鮮目的的殺菌技術(shù)[21]。輻照殺菌技術(shù)是一種新型的冷殺菌技術(shù)，目前被廣泛應(yīng)用于食品殺菌。輻照殺菌技術(shù)有很多種，截至目前所用于食品的一般為γ 射線、電子束、X射線等。輻照技術(shù)在殺菌過程中所產(chǎn)生的熱能較少，穿透性較強，很好地避免了傳統(tǒng)熱殺菌技術(shù)所造成的熱敏營養(yǎng)物質(zhì)的流失，較好地保持了食品的風味。輻射殺菌機理見圖2。

圖2 輻照殺菌技術(shù)機理Fig.2 Irradiation sterilization technology mechanism

影響輻照殺菌效果的因素主要有輻照射線類型、輻照時間、輻照強度、食品類型以及微生物種類等。目前，應(yīng)用于生鮮面防腐保鮮的輻照處理技術(shù)主要分為兩種，一是處理生產(chǎn)面條的原料小麥粉，二是直接處理生鮮面條。近些年輻照殺菌技術(shù)在生鮮面中的應(yīng)用研究成果見表2，可以看出，輻照處理可有效減小生鮮面中微生物的含量。

表2 輻照殺菌技術(shù)在生鮮面防腐保鮮中的應(yīng)用Table 2 Application of irradiation sterilization technology in antiseptic preservation of fresh surface

1.3 臭氧殺菌技術(shù)

臭氧是一種具有強氧化性的高效新型殺菌劑，能夠在微生物表面進行強烈的氧化應(yīng)激反應(yīng)，導致微生物死亡[31]。臭氧穩(wěn)定性較差，很快就會分解為氧氣，避免了危害化學物質(zhì)殘留的問題，具有極高的安全性。1997 年，臭氧被美國食品藥品監(jiān)督管理局規(guī)定為公認安全的物質(zhì)用作食品工業(yè)中的殺菌劑[32]。臭氧殺菌機理見圖3。

圖3 臭氧殺菌技術(shù)機理Fig.3 Mechanism of ozone sterilization technology

臭氧用于生鮮面的保鮮可以是以氣態(tài)臭氧，也可以是以臭氧水的形式。臭氧殺菌保鮮的效果影響因素主要有臭氧濃度、處理時間、微生物種類等。臭氧殺菌技術(shù)在生鮮面防腐保鮮中的應(yīng)用見表3。

表3 臭氧殺菌技術(shù)在生鮮面防腐保鮮中的應(yīng)用Table 3 Application of ozone sterilization technology in the anti-corrosion and preservation of fresh noodles

1.4 微波、輻照、臭氧3 種殺菌技術(shù)對比

表4 反映了微波、輻照、臭氧3 種非熱殺菌技術(shù)的殺菌機理及其在食品中應(yīng)用的優(yōu)缺點，以及在生鮮面中的殺菌效果和對生鮮面品質(zhì)的影響。

表4 微波、輻照、臭氧3 種非熱殺菌技術(shù)在生鮮面防腐保鮮中的應(yīng)用Table 4 Application of microwave，irradiation and ozone three non-thermal sterilization technologies in the anti-corrosion and preservation of fresh surfaces

微波、輻照、臭氧3 種殺菌技術(shù)均能較好地降低微生物的活性，能夠有效延長生鮮面的貨架期。3 種殺菌技術(shù)適度的處理不僅能夠使生鮮面達到良好的保鮮效果，還能在一定程度上改善面條的品質(zhì)特性。其中適度的微波處理可以改善面條的拉伸特性；合適的輻照劑量能夠有效改善面條的蒸煮、質(zhì)構(gòu)特性；適度的臭氧處理可改善面團的流變學特性，增加小麥粉的亮度。但這3 種處理技術(shù)也各有利弊：微波處理雖效率較高，但穿透性不強，主要適用于表面殺菌且殺菌不均勻；輻照處理穿透性高，可作用于食品內(nèi)部，但輻照成本較高；臭氧處理因臭氧獨特的物理化學性質(zhì)容易揮發(fā)不會造成殘留，但也因此在實際應(yīng)用中難以確定其處理濃度，造成統(tǒng)計數(shù)值與實際數(shù)值的偏差。通過對微波、輻照、臭氧3 種處理技術(shù)的比較，發(fā)現(xiàn)無論是從對生鮮面品質(zhì)的影響還是工廠大規(guī)模應(yīng)用的成本以及技術(shù)方面，微波殺菌技術(shù)都更勝一籌。

1.5 其他非熱殺菌技術(shù)

1.5.1 低溫等離子體

低溫等離子體殺菌技術(shù)是一種新型的非熱殺菌技術(shù)，等離子體是通過對氣體放電所產(chǎn)生的不同于固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之外的第四種物質(zhì)狀態(tài)[41]。等離子體整體呈電中性，是由離子、電子、自由基等組成的物質(zhì)聚集態(tài)[42]。目前已有研究表明，低溫等離子體對細菌、真菌、芽孢[43]、病毒等有害物質(zhì)具有滅活作用。目前低溫等離子體殺菌技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于食品殺菌，但用于生鮮面殺菌保鮮的研究較少。陳玥[44]將低溫等離子體殺菌技術(shù)應(yīng)用于生鮮面的殺菌保鮮，采用低溫等離子體殺菌技術(shù)直接作用于面片，密封包裝后在28 ℃下儲藏0～5 d，結(jié)果表明經(jīng)過處理的面片的菌落總數(shù)明顯下降，綜合考慮，當殺菌條件為處理時間20 s、電源功率70 W、電極間距4 mm 時，介質(zhì)阻擋放電等離子體對生鮮面的表面具有良好的殺菌效果。Chen 等[45]使用低溫等離子體直接作用于生鮮濕面，結(jié)果表明經(jīng)處理的生鮮濕面的水分含量顯著下降，低溫等離子處理使生鮮濕面的水分遷移，內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提高。目前等離子體應(yīng)用于生鮮面的殺菌研究較少，殺菌效果以及工藝成本還有待商榷，能否將其應(yīng)用于工廠大規(guī)模生產(chǎn)還需進一步探討。

1.5.2 紫外殺菌技術(shù)

紫外光電磁波普的波長在100～400 nm 范圍內(nèi)，紫外光殺菌技術(shù)因其經(jīng)濟、環(huán)保、安全且操作簡單等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于食品的殺菌保鮮[46]。紫外殺菌的機理主要是通過損傷微生物的DNA 來實現(xiàn)的，紫外照射微生物細胞內(nèi)DNA，使其相鄰堿基之間形成共價鍵，并形成胸腺嘧啶二聚體，導致使細胞結(jié)構(gòu)遭到破壞，嚴重阻礙了DNA 的轉(zhuǎn)錄與翻譯，最終抑制微生物的生長[47]。已有研究表明，紫外處理可以有效抑制鮮切食品表面微生物的生長，并不會在食品表面殘留，能夠保留食品原有的風味、色澤以及營養(yǎng)物質(zhì)[48]。韓金玉[49]使用紫外處理生鮮拉面，并在25 ℃下恒溫儲藏，結(jié)果表明使用紫外照射90 min 的生鮮拉面的保質(zhì)期由6.81 h 延長至9.45 h。趙笑笑等[16]研究了紫外和微波方式對生鮮面條的保鮮效果，研究發(fā)現(xiàn)紫外照射生鮮面的殺菌效果不如微波殺菌。紫外在生鮮面的保鮮中一般不單獨使用，通常會與其他技術(shù)聯(lián)合使用。

1.5.3 脈沖強光殺菌技術(shù)

脈沖強光殺菌技術(shù)是一種新型低熱殺菌技術(shù)，它利用瞬時峰值能量極強的脈沖光輻射殺滅食品和包裝上各類微生物[50]，相對于熱加工脈沖強光，利用高能強光輻射進行殺菌，具有高效、節(jié)能、環(huán)保、安全無污染無殘留等特點，可有效地保持食品的營養(yǎng)成分和口感[51]。脈沖強光殺菌技術(shù)于1996 年應(yīng)用于食品工業(yè)，迄今為止其在食品工業(yè)中已有突破性的進展[52]。趙雅健[53]使用脈沖強光（閃照距離9 cm，單脈沖能量500 J）處理即食濕面，研究發(fā)現(xiàn)脈沖強光可有效減少即食濕面的微生物含量。Li 等[54]使用脈沖強光處理小麥并磨成小麥粉制作生鮮面，研究發(fā)現(xiàn)脈沖強光處理過的小麥粉的微生物含量顯著下降，適度的脈沖強光處理可有效地減少小麥粉的初始微生物含量，改善其理化性質(zhì)，并在一定程度上抑制生鮮面在儲藏過程中的褐變問題，具有延長生鮮面保質(zhì)期的效果。目前脈沖強光處理技術(shù)用于延長生鮮面保質(zhì)期的研究較少，未來還需進一步探討。

2 結(jié)論與展望

本文綜述了微波、輻照、臭氧、低溫等離子、紫外、脈沖強光對生鮮面中微生物的殺菌效果。研究表明，以上6 種殺菌技術(shù)均對生鮮面具有較好的殺菌效果。其中臭氧、脈沖強光等的適度處理不僅能夠降低生鮮面的微生物含量，還具有改善生鮮面品質(zhì)特性的作用。通過對比微波、輻照、臭氧3 種非熱殺菌技術(shù)，發(fā)現(xiàn)微波殺菌技術(shù)在生鮮面中的應(yīng)用表現(xiàn)出較高的優(yōu)越性。

目前的非熱殺菌設(shè)備昂貴，殺菌成本較高，工廠大規(guī)模生產(chǎn)引用非熱殺菌技術(shù)還有一定的難度。因此，加快非熱殺菌技術(shù)在生鮮面保鮮的應(yīng)用研究顯得尤為迫切，在今后的研究過程中要理論聯(lián)系實際，加快工業(yè)化進程。

非熱殺菌技術(shù)在生鮮面的保鮮中還存在一定的局限性，紫外在生鮮面中的殺菌效果就略遜于微波，單一的非熱殺菌技術(shù)相較于復(fù)合殺菌技術(shù)的殺菌效果較差。由此可見，未來對生鮮面保鮮技術(shù)的研究，需積極引用復(fù)合殺菌技術(shù)，爭取獲得更好的殺菌的效果。應(yīng)用于其他食品的非熱殺菌技術(shù)如超聲波技術(shù)、LED藍光技術(shù)等在生鮮面殺菌應(yīng)用中是否具有可行性，也將是未來生鮮面殺菌技術(shù)的一大發(fā)展趨勢。