摘要:綜述了微波殺菌研究進(jìn)展及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀.微波加熱對微生物和酶的熱力效應(yīng),目前已深入到對殺菌對象不同種類微生物的致死和酶的鈍化作用機(jī)理研究,而非熱力效應(yīng)還難以量化.微波殺菌還必須對內(nèi)容物以及包裝材料進(jìn)行研究.微波殺菌技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用受到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和商業(yè)因素的制約,殺菌過程缺乏有效的在線溫度測定和控制的手段,目前還難以建立一套可靠的程序和依據(jù)來評估微波殺菌的效果和安全性.
微波技術(shù)在食品工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用可追溯到二十世紀(jì)四十年代末,美國雷聲公司的Percy Spencer博士在雷達(dá)試驗(yàn)中偶然發(fā)現(xiàn)袋里糖果因泄漏的微波作用而發(fā)熱融化,提出把當(dāng)時(shí)主要用語軍事上的微波技術(shù)應(yīng)用于食品物料的加熱.根據(jù)其可提供快速加熱的特性,微波在食品工業(yè)中主要應(yīng)用于加熱、干燥、解凍回溫、殺菌、焙烤、膨化、成分萃取等領(lǐng)域.與傳統(tǒng)的加熱方法相比,微波具有加熱所需時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn),可減少在加熱過程中食品營養(yǎng)成分、風(fēng)味物質(zhì)的損失和質(zhì)地的劣變.對于食品加工,在保證食品安全（貨架壽命和品質(zhì)）的前提下如何最大限度保留食品的營養(yǎng)成分、風(fēng)味物質(zhì)和質(zhì)地正是其主要研究目標(biāo). 本文擬對微波殺菌研究進(jìn)展進(jìn)行綜述,探討目前主要存在的問題,并對其在食品工業(yè)中應(yīng)用的現(xiàn)狀和存在的問題進(jìn)行分析,為進(jìn)一步應(yīng)用提供參考. 1 、微波加熱對殺菌對象的效應(yīng) 傳統(tǒng)的熱力殺菌工藝?yán)酶邷亻L時(shí)間處理殺滅食品中的有害微生物和鈍化酶的活性,同時(shí)對食品中的營養(yǎng)成分、風(fēng)味物質(zhì)和質(zhì)地產(chǎn)生不同程度的破壞.按照商業(yè)無菌的要求,殺菌溫度要達(dá)到85~100℃（巴氏殺菌,對象為酸性罐頭食品、果汁等）或116~129℃（高溫殺菌,對象為低酸性罐頭食品）并保持一定的時(shí)間.由于傳統(tǒng)加熱過程的傳熱過程的傳熱方式是對流和傳導(dǎo),傳熱速度慢,并存在熱力滯后現(xiàn)象,造成食品中部分區(qū)域產(chǎn)生過熱現(xiàn)象.雖然高溫瞬時(shí)殺菌技術(shù)可以減輕熱對食品的不利影響,但目前只適合對液態(tài)食品和粉體食品的殺菌.食品生產(chǎn)中,要使加工的固態(tài)食品物料達(dá)到高溫需要一定時(shí)間的升溫過程,導(dǎo)致食品品質(zhì)損失.而微波加熱的速度是傳統(tǒng)加熱方式的3~5倍,因此可以在保證殺菌效果的同時(shí)有效降低產(chǎn)品的質(zhì)量損耗.尤其在固體和半固體食品中應(yīng)用微波殺菌的效果可與高溫瞬時(shí)殺菌技術(shù)相媲美. 微波對微生物的影響除熱力效應(yīng)外,還存在非熱力效應(yīng)作用.非熱力效應(yīng)是指在溫度沒有明顯變化的情況下,細(xì)胞所發(fā)生的生理、生化和功能上的變化,又稱生物效應(yīng).微波加熱過程是交變電磁場對物料中水、蛋白質(zhì)、核酸等極性分子發(fā)生作用,使極性分子產(chǎn)生高速取向運(yùn)動(dòng),相互摩擦,導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇升高,使微生物細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、核酸等分子結(jié)構(gòu)改性或失活,對微生物產(chǎn)生破壞作用.在升溫的同時(shí),微波會(huì)使細(xì)胞膜破裂和改變脂質(zhì)體的滲透性,對微生物細(xì)胞賴以與外界交換能量和信息的保持其正常生態(tài)活動(dòng)的離子通道產(chǎn)生影響,使微生物細(xì)胞出現(xiàn)調(diào)節(jié)功能嚴(yán)重障礙,達(dá)到滅菌的目的.此外,微波具有選擇加熱的特性,對微生物的作用的作用要大于對微生物生長介質(zhì)的作用.曾經(jīng)有人對滅菌過程中是否存在非熱力效應(yīng)提出疑問,但已有不少實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,微波殺菌中確實(shí)有非熱力效應(yīng)存在.但由于無法對非熱力效應(yīng)對殺菌效果的增強(qiáng)作用進(jìn)行量化,為保證加工食品的微生物學(xué)安全性,在工藝設(shè)計(jì)過程中通常只考慮熱力效應(yīng). 1.1 對微生物對象菌的致死作用 微波對食品中的致病微生物殺滅作用的研究主要集中在兩個(gè)方面:一是利用微波殺菌技術(shù)處理不同的食品材料,對其殺菌效果和傳統(tǒng)的熱力殺菌進(jìn)行對比.所見報(bào)道采用的食品包括肉類、乳制品、酒類、果汁類、水產(chǎn)品、方便食品、糕點(diǎn)類、調(diào)味品等等.這些研究的結(jié)論表明,微波殺菌具有與傳統(tǒng)熱力殺菌同樣的效果;另一方面則集中于微波對莫一特定對象菌的作用機(jī)理進(jìn)行研究.已見報(bào)道的研究對象菌包括蠟狀芽孢桿菌（Bacillus cereus）、空腸彎曲桿菌（Campylobacter jejuni）、氧氣莢膜梭菌（Clostridium perfringens）、大腸桿菌（Escherichia Coli）、腸球菌（Enterococcus）、單核細(xì)胞增生李斯特氏菌（Listeria monocytogenes）、金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、沙門氏菌（Salmonella）、糞鏈球菌（Sterptococcus faecalis）、小腸結(jié)腸炎菌（Yersima enterocolitica）等.Im-Sun Woo等利用微波處理大腸桿菌和枯草芽孢桿菌,發(fā)現(xiàn)隨著升溫過程細(xì)胞釋放DNA和蛋白質(zhì),活菌數(shù)隨著DNA和蛋白質(zhì)釋放數(shù)量的增加而減少,但是細(xì)胞的密度無明顯變化,原因是微波處理的細(xì)菌的細(xì)胞并無出現(xiàn)滲漏顯現(xiàn),掃描電鏡觀察的結(jié)果顯示大部分大腸桿菌的細(xì)胞壁受到了嚴(yán)重的破壞,而枯草桿菌的細(xì)胞形態(tài)則無明顯變化.傅大放生物固體的微波殺菌及機(jī)理的研究指出,微波通過抑制或破壞細(xì)胞內(nèi)乳酸脫氫酶、輔酶Ⅱ與細(xì)胞色素氧化酶等與生物氧化、呼吸代謝及能量產(chǎn)生有關(guān)的酶的活性,導(dǎo)致細(xì)菌死亡. 微波殺菌還可以有效殺滅芽孢.Welt等人使用專門設(shè)計(jì)的微波裝置處理生芽孢梭狀芽孢桿菌（Clostridium sporogenes）芽孢,認(rèn)為并不存在熱力效應(yīng).但是最近F.Celandroni等使用專門的微波波導(dǎo)設(shè)備,對微波處理和傳統(tǒng)熱力方式作用于枯草芽孢桿菌（Bacillus Subtilis）芽孢的效果進(jìn)行比較,認(rèn)為微波殺菌可以達(dá)到與傳統(tǒng)熱力殺菌相同的效果,但是不同處理對芽孢的結(jié)構(gòu)有明顯不同的影響:傳統(tǒng)熱力殺菌使芽孢的皮層機(jī)構(gòu)松弛,其寬度是為經(jīng)處理的芽孢皮層的十倍;微波處理的芽孢結(jié)構(gòu)中皮層無明顯變化.此外,熱力殺菌處理后的芽孢會(huì)釋放出大量的砒啶二氧酸（dipicolinic acid,DPA）,而微波處理后的芽孢并沒有檢測到相應(yīng)的DPA釋放現(xiàn)象.其原因可能是與微波會(huì)有利于DPA與芽孢中的其他成分,如鈣離子等結(jié)合形成穩(wěn)定的復(fù)合物.由于芽孢的耐熱機(jī)制主要包括三個(gè)方面:酸溶性芽孢蛋白、皮層和DPA-Ca之間的狀態(tài).而微波處理后的芽孢的皮層結(jié)構(gòu)和DPA釋放與傳統(tǒng)加熱處理后有所不同,因此該項(xiàng)研究的結(jié)果對于探討微波殺菌的機(jī)理有十分重要的意義. 目前很多微波研究采用家用微波爐作為微波發(fā)生器,所產(chǎn)生的電磁場分布并不均勻,并且難以對樣本進(jìn)行準(zhǔn)確的在線溫度測量,為研究的深入帶來一定的困難,也使實(shí)驗(yàn)中所獲得的數(shù)據(jù)重現(xiàn)性無法得到保證,限制了對機(jī)理研究的深入進(jìn)行.