食品无菌包装中常见的灭菌技术思维导图

热力灭菌技术

利用加热杀灭食品中有害微生物的方法既是古老的方法，也是近现代极其重要的一种灭菌技术。1804年，法国人阿佩尔(Appert)发明了将食品装瓶放于沸水中煮一段时间，能较长时间保藏食品的方法。19世纪50年代，法国人巴斯德(Pasteur)阐明了食品的微生物腐败机理，为灭菌技术的发展奠定了理论基础。食品热力灭菌可分为低温灭菌法、高温短时灭菌法和超高温瞬时灭菌法三种。

(1)低温灭菌又称巴氏灭菌，灭菌条件为61摄氏度～63摄氏度／30分钟，或72摄氏度～75摄氏度／15分钟～20分钟。巴氏灭菌技术是将食品充填并密封于包装容器后，在一定时间内保持100摄氏度以下的温度，杀灭包装容器内的细菌。巴氏灭菌可以杀灭多致病菌，而对于非致病的腐败菌及其芽孢的杀灭能力就显得不足，如果巴氏灭菌与其他储藏手段相结合，如冷藏、冷冻、脱氧、包装配合，可达到一定的保存期的要求。巴氏灭菌技术主要用语柑橘、苹果汁饮料食品的灭菌，因为果汁食品的pH值在4.5以下，没有微生物生长，灭菌的对象是酵母、霉菌和乳酸杆菌等。此外，巴氏灭菌还用于果酱、糖水水果罐头、啤酒、酸渍蔬菜类罐头、酱菜等的灭菌。巴氏灭菌对于密封的酸性食品具有可靠的耐酸性，对于那些不耐高湿处理的低酸性食品，只要不影响消费习惯，常利用加酸或借助于微生物发酵产酸的手段，使pH值降至酸性食品的范围，可以利用低温灭菌达到保存食品品质和耐贮藏的目的。此法所需时间较长，对热敏性食品不宜采用。

(2)高温短时灭菌(HTST)：灭菌条件为85摄氏度～90摄氏度／3分钟～5分钟，或95摄氏度／12分钟，主要用于低温流通的无菌奶和低酸性果汁饮料的灭菌，可采用换热器在瞬间把液料加热到接近100摄氏度，然后速冷至室温。此方法需时较短，效果较好，有利于产品保质。主要可杀灭酵母菌、霉菌、乳酸菌等。两种方法具有灭菌效果稳定，操作简单，设备投资小，应用历史悠久等特点，如今还广泛用于各类罐藏食品、饮料、酒类、药品、乳品包装的灭菌。

过热蒸汽灭菌技术

也称干热灭菌。是采用高温过热蒸汽来灭菌，即利用温度为130摄氏度～160 摄氏度的过热蒸汽喷射于需灭菌的物品上，数秒钟即可完成灭菌操作，目前过热蒸汽灭菌技术仅适用于耐热食品包装容器(如金属制品、玻璃制品等)的灭菌。金属罐是无菌包装使用最早的包装材料之一，主要分马口铁罐和铝罐两种，目前世界上金属罐无菌包装最先进的典型代表——是美国的多尔无菌装罐系统就是采用这种灭菌技术。其方法是当空罐在输送链上通过杀菌室时，过热蒸汽从上下喷射45秒，这时罐温上升到221摄氏度～224摄氏度，罐盖也采用287摄氏度～316摄氏度的过热蒸汽杀菌75秒～90秒，这样的高温足以杀灭全部的耐热细菌。由于所有容器和设备均采用过热蒸汽杀菌，因此无菌程度高，罐头内部顶隙残留空气极少，且处于高真空状态，产品的质量安全可靠。

电阻加热灭菌技术

也叫欧姆灭菌，是一种借通人的电流使食品内部产生热量而达到灭菌目的的新型热灭菌技术。它利用电极将电流直接导人食品，由食品自身的介电性质产生热量，以达到灭菌的目的。电阻加热灭菌使用交流电的频率为50Hz～60Hz，电阻加热的适用性由食品物料的电导率来决定，大多数能用泵输送的、溶解有盐类离子且含水量在300%以上的食品都可用电阻加热来灭菌，且效果很好，而一些脂肪、糖、油、未添加盐的处理水等非离子化的食品则不适用该技术。欧姆灭菌作为高新技术应用于含颗粒，诸如牛肉丁和胡萝卜丁的汤汁类食品，对提高产品卫生安全性和品质风味质量，便于过程控制和降低操作费用，均有关键作用。

英国APV食品加工中心的试验表明，电阻加热已成功地用于各种包含大颗粒的食品和片状食品的灭菌，如马铃薯、胡萝卜、蘑菇、牛肉、鸡肉、片状苹果、菠萝、桃等。对于带颗粒(粒径小于20mm)的食品，常规的换热器间接加热灭菌方式，其热量首先由加热介质通过间壁传递给食品物料中的液体，然后靠液体与固体颗粒之间的对流和传导传给固体颗粒，最后是固体颗粒内部的传热。显然，要使颗粒内部达到灭菌温度，其周围食品介质必须过热，这必然导致含颗粒食品灭菌后质地软烂、外形变坏，影响产品风味和质量。采用欧姆灭菌技术，可使颗粒加热速度与液体加热速度相接近，并可获得比常规传热灭菌方法更快的加热速率(颗粒升温约1 摄氏度／秒～2摄氏度／秒)得到高品质的产品。因此比较适用于酸性和低酸性食品和带颗粒食品进行连续灭菌。

辐照灭菌技术

自从原子能和平利用以来，经过40多年的研究开发，人们成功地利用原子辐射技术进行食品灭菌保鲜。辐照就是利用χ、β、γ射线或加速电子射线(最为常见的是Co60和Cs137的γ射线)对食品的穿透力以达到杀死食品中微生物和虫害的一种冷灭菌消毒方法。受辐照的食品或生物体会形成离子、激发态分子或分子碎片，进而这些产物间又相互作用，生成与原始物质不同的化合物，在化学效应的基础上，受辐照物料或生物体还会发生一系列生物学效应，从而导致害虫、虫卵、微生物体内的蛋白质、核酸及促进生化反应的酶受到破坏、失去活力，进而终止农产品、食品被侵蚀和生长老化的过程，维持品质稳定。辐照保鲜食品具有杀虫、灭菌等防腐作用，既不产生热量，又不破坏食品外形，既能保持食品原有的色、香、味及营养成分，又能在常温下长期保存，所以是一种发展很快的食品高新技术，在发达国家应用很普遍，我国辐照装置已达60余(装源10万居里以上)。用于辐照包装的射线具有穿透力强、杀伤力大的特点，通过这种射线的辐照，寄生在食品中的病原菌、微生物及昆虫等都被杀死。同时，食品经辐照处理后还能抑制食品自身的新陈代谢过程，因而可以防止食品的变质与霉烂。

一般情况下，辐照射线(包括χ射线、β射线和γ射线等)辐照时，剂量过大会加速包装材料的老化和分解，因此要注意控制幅照剂量，且包装材料需要较厚的保护层。此外，辐照玻璃瓶会引起玻璃瓶变色，因此该方法仅用于热敏性塑料瓶、复合膜及纸容器。根据辐照分解物的总量而言，不同塑料的分解量是不同的，即它们受辐照的稳定性不一样，其中PET、PS等材料的稳定性最好。同时在食品消毒辐照剂量的合理范围内，包装材料对气体的渗透性和材料阻隔性没有发生多大变化。总之，辐照无菌包装作为一项新技术，由于它具有消毒效果好、速度快、能保持食品特性、节省能源和保护环境等一系列优点，因而在国际上发达国家中得到日趋广泛的应用，它也是世界贸易组织(WTO)认可的一项包装新技术。目前，辐照无菌包装的食品已列入绿色食品的行列。

微波灭菌技术

微波指波长在0.001m～1m(频率300MHz～300，000MHz)的电磁波。它能以光速向前直进，遇到物体阻挡，能引起反射、穿透、吸收等现象，用于灭菌的微波频率为2450MHz。微波能使物质中的水分子振动、摩擦而发热，使微生物受热致死以起到灭菌作用。研究结果普遍认为微波对微生物的致死效应有2个方面的因素，即热效应和非热效应。热效应是指物料吸收微波能，使温度升高从而达到灭菌的效果。而非热效应是指生物体内的极性分子在微波场内产生强烈的旋转效应，这种强烈的旋转使微生物的营养细胞失去活性或破坏微生物细胞内的酶系统，造成微生物的死亡。微波灭菌具有穿透力强、节约能源、灭菌快、效率高、操作简单、适用范围广，且微波灭菌便于控制，加热均匀，食品的营养成分及色、香、味在灭菌后仍接近食物的天然品质等特点，可用于液态、固态物品的灭菌，包装好的物品置于微波场中，在极短时间内即可完成灭菌过程。但在使用中应注意防止微波泄漏。目前微波灭菌主要用于肉、鱼、豆制品、牛乳、水果及啤酒等的灭菌。

远红外线灭菌技术

远红外线的热效应可以灭菌，它可以直接照射食品，也可在食品装入塑料袋后给以远红外线照射灭菌。对红外线的利用始于20世纪，1935年美国福特汽车公司的格罗维尼(Groveny)首先取得将红外线用于加热和干燥的专利。食品中的很多成分及微生物在3μm～10μm的远红外区有强烈的吸收。远红外加热灭菌不需要传媒，热直接由物体表面渗透到内部，因此不仅可用于一般的粉状和块状食品的灭菌，而且还可用于坚果类食品如咖啡豆、花生和谷物的灭菌与灭霉以及袋装食品的直接灭菌。日本三兹公司首创的红外线无菌包装机，全机由ML－501型封装机和MS－801型通道式红外线热收缩机组成。该机可根据被包装物形状和大小的不同，选用相应厚度和颜色的热收缩薄膜，同时在热辐射中灭菌，其灭菌程序简便，包装质量大大超过手工包装，而且包装效率提高6倍～8倍。

紫外线灭菌技术

磁力灭菌技术

磁力灭菌是把需要消毒灭菌的食品放置于磁场中，在设定的磁场强度作用下，从而使得食品达到常温下灭菌。由于这种灭菌方式不需加热，具有广谱灭菌作用，经此处理后的食品，其风味和品质不受影响。这种灭菌方法主要适用于各种饮料，流质食品、调味品及其它各种包装的固体食品。

高压电场脉冲灭菌技术

高压电场脉冲灭菌是将食品置于两个电极间产生的瞬间高压电场中，由于高压电脉冲(HEEP)能破坏细菌的细胞膜，改变其通透性，从而杀死细胞。高压脉冲电场的获得有两种方法。一种是利用LC振荡电路原理，先用高压电源对一组电容器进行充电，将电容器与一个电感线圈及处理室的电极相连，电容器放电时产生的高频指数脉冲衰减波即加在两个电极上形成高压脉冲电场。由于LC电路放电极快，在几十至几百个微秒内即可以将电场能量释放完毕，利用自动控制装置，对LC振荡器电路进行连续的充电与放电，可以在几十毫秒内完成灭菌过程。另一种是利用特定的高频高压变压器来得到持续的高压脉冲电场。灭菌用的高压脉冲电场强度一般为15千伏／厘米～100千伏／厘米，脉冲频率为1kHz～100kHz，放电频率为1kHz～20kHz。高压电场脉冲灭菌一般在常温下进行，处理时间为几十毫秒，这种方法有两个特点：一是由于灭菌时间短，处理过程中的能量消耗远小于热处理法。二是由于在常温、常压下进行，处理后的食品与新鲜食品相比在物理性质、化学性质、营养成分上改变很小，风味、滋味无感觉出来的差异。而且灭菌效果明显，可达到商业无菌的要求，特别适用于热敏性食品，具有广阔的应用前景。

脉冲强光灭菌技术

脉冲强光灭菌技术是采用强烈白光闪照的方法进行灭菌，它由一个动力单元和一个惰性气体灯单元组成。动力单元是一个能提供高电压高电流脉冲的部件，它为惰性气体灯提供能量，惰性气体灯能发出由紫外线至近红外区域的光线，其光谱与太阳光十分相近，但强度却强数千倍至数万倍，光脉冲宽度小于800μs。该技术由于只处理食品的表面，从而对食品的风味和营养成分影响很小，可用于延长以透明材料包装的食品及新鲜食品的货架期。研究表明，脉冲强光对枯草芽孢杆菌、酵母菌都有较强的致死效果，30余次闪照后，可使这些菌由105个减少到0个。脉冲强光起灭菌作用的波段可能为紫外线，但其它波段可能有协同作用。

激发态紫外光脉冲灭菌技术

这是近期开发的最具应用前景的灭菌技术之一。激发态紫外光脉冲灭菌技术不同于常规的物理灭菌手段，采用特制的光源和电源器件，在高频高压下产生单一波长253.7nm的紫外光，其强度可达到200mw／cm3以上，是常规紫外线装置发光强度的200倍～300倍，其脉冲可达到纳秒级，其能量足以打断细胞DNA结构中的C－H键、C－N键和O－H键，使DNA结构产生致死性损伤，如果和低浓度过氧化氢协同作用，不但可以增大灭菌强度，同样可以使残留的过氧化氢分解，这种新技术的应用将为无菌包装设备的微生物栅栏系统提供强有力的技术支持。

超高压灭菌技术

高静水压灭菌技术

高静水压技术利用液体为传压介质，使食品处于高压状态，达到灭菌的目的。其操作温度低，对食品热损伤小，处理的产品适宜于无菌灌装。美国佐治亚大学的一位教授使用连续高静水压设备，才橙汁进行灭菌，然后采用实验室无菌包装设备灌装，产品在40℃下储藏，90天无任何劣变现象，并保持了原有的色泽与风味。其无菌包装设备由箱体、氮气输送管、高温高压蒸汽输送管和物料输送管组成。灌装的，将包装容器置于箱体中，通入高温蒸汽灭菌，然后通入高压灭菌后的物料，最后充氮气密封。

超声波灭菌技术

超声波是频率大于10kHz的声波。超声波同普通声波一样属于纵波。超声波与传声媒质相互作用蕴藏着巨大的能量，当遇到物料时就对其产生快速交替的压缩和膨胀作用，这种能量在极短的时间内足以起到杀灭和破坏微生物的作用，而且还能够对食品产生诸如均质、催陈、裂解大分子物质等多种作用，具有其他物理灭菌方法难以取得的多重效果，从而能够更好地提高食品品质，保证食品安全。技术人员采用超声波发生仪作为灭菌设备，以酱油为灭菌对象，取得了良好的效果。

膜过滤除菌技术

随着材料科学的发展，各种可用于物料分离的膜相继出现，膜分离技术已在食品、生物制药等工业生产中得到广泛应用，例如生化物质的提取、纯水的制备、果汁的浓缩等，膜分离过程根据推动力的不同，大体上可分为两种。一类是以压力为推动力的膜过程，如超滤；另一类是以电为推动力的膜过程，称为离子交换，如电渗析。以压力为推动力的膜过程，根据膜所用的孔径和截留能力可以分为微孔过滤、超滤和反渗透等。通常膜的孔径为0.0001微米～10微米，而物料中微生物粒子大小一般在0.5微米～2微米。若选用孔径小于微生物的膜，使料液通过膜过滤器进行过滤，则菌体粒子被截留，称之为过滤除菌。膜过滤除菌技术具有耗能少、在常温下操作、适于热敏性物料、工艺适应性强等优点，其应用前景广阔，现已广泛用于食品、生化、制药、用水及空气、乳品、果汁等的过滤除菌。

臭氧灭菌技术

臭氧灭菌机理在于O3／H2O形成强氧化电极电位，所以对微生物的细胞膜、细胞壁中的磷脂、蛋白质有破坏作用。当O3进入细胞后会破坏酶和遗传物质，从而杀灭微生物。将臭氧与水混合形成臭氧水，可代替双氧水处理无菌包装容器。同时，由于自身的半衰期(5分钟～14分钟)作用，臭氧在水中极不稳定，时刻发生还原反应，产生具有强烈氧化作用的单原子氧。在其产生瞬间，与细菌细胞壁中的脂蛋白或细胞膜中的磷脂质、蛋白质发生化学反应，从而使细菌的细胞壁和细胞膜受到破坏，细胞膜的通透性增加，细胞内物质外流，使细菌失去活性。同时臭氧能迅速扩散进入细胞内，氧化细胞内的酶或HNA、DNA，从而致死菌原体。臭氧灭菌具有高效、快速、安全，便宜等优点，自1785年发现以来，广泛应用于食品加工、运输与贮存及自来水、纯净水生产等领域。臭氧水灭菌速度比氯水快300倍～1000倍，同时臭氧对环境灭菌也非常有效，还可以去除异味。

过氧化氢(双氧水)灭菌技术

除此之外，食品无菌包装中还有其他的灭菌技术，如二氧化氯灭菌技术，环氧乙烷灭菌技术、氯气灭菌技术、电子灭菌技术等。不同的灭菌技术可以联合使用，使灭菌效果更为理想，如加热与加压并用灭菌技术、加热与化学药剂并用灭菌技术、加热与辐照并用灭菌技术、静电灭菌技术等-这些技术也都在不断地研究和充分完善之中，相信在不久的将来这些技术也会逐渐在食品及其它无菌包装领域中得到广泛的应用。

文章来源:食品伙伴网