摘要:綜述了微波殺菌研究進展及其在食品工業(yè)中的應用現(xiàn)狀.微波加熱對微生物和酶的熱力效應,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理研究,而非熱力效應還難以量化.微波殺菌還必須對內容物以及包裝材料進行研究.微波殺菌技術在食品工業(yè)中的應用受到技術、經(jīng)濟和商業(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.
微波技術在食品工業(yè)領域的應用可追溯到二十世紀四十年代末,美國雷聲公司的Percy Spencer博士在雷達試驗中偶然發(fā)現(xiàn)袋里糖果因泄漏的微波作用而發(fā)熱融化,提出把當時主要用語軍事上的微波技術應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)中主要應用于加熱、干燥、解凍回溫、殺菌、焙烤、膨化、成分萃取等領域.與傳統(tǒng)的加熱方法相比,微波具有加熱所需時間短的優(yōu)點,可減少在加熱過程中食品營養(yǎng)成分、風味物質的損失和質地的劣變.對于食品加工,在保證食品安全（貨架壽命和品質）的前提下如何最大限度保留食品的營養(yǎng)成分、風味物質和質地正是其主要研究目標. 本文擬對微波殺菌研究進展進行綜述,探討目前主要存在的問題,并對其在食品工業(yè)中應用的現(xiàn)狀和存在的問題進行分析,為進一步應用提供參考. 1 、微波加熱對殺菌對象的效應 傳統(tǒng)的熱力殺菌工藝利用高溫長時間處理殺滅食品中的有害微生物和鈍化酶的活性,同時對食品中的營養(yǎng)成分、風味物質和質地產(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,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.雖然高溫瞬時殺菌技術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)食品物料達到高溫需要一定時間的升溫過程,導致食品品質損失.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有效降低產(chǎn)品的質量損耗.尤其在固體和半固體食品中應用微波殺菌的效果可與高溫瞬時殺菌技術相媲美. 微波對微生物的影響除熱力效應外,還存在非熱力效應作用.非熱力效應是指在溫度沒有明顯變化的情況下,細胞所發(fā)生的生理、生化和功能上的變化,又稱生物效應.微波加熱過程是交變電磁場對物料中水、蛋白質、核酸等極性分子發(fā)生作用,使極性分子產(chǎn)生高速取向運動,相互摩擦,導致內部溫度急劇升高,使微生物細胞內的蛋白質、核酸等分子結構改性或失活,對微生物產(chǎn)生破壞作用.在升溫的同時,微波會使細胞膜破裂和改變脂質體的滲透性,對微生物細胞賴以與外界交換能量和信息的保持其正常生態(tài)活動的離子通道產(chǎn)生影響,使微生物細胞出現(xiàn)調節(jié)功能嚴重障礙,達到滅菌的目的.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的作用.曾經(jīng)有人對滅菌過程中是否存在非熱力效應提出疑問,但已有不少實驗結果表明,微波殺菌中確實有非熱力效應存在.但由于無法對非熱力效應對殺菌效果的增強作用進行量化,為保證加工食品的微生物學安全性,在工藝設計過程中通常只考慮熱力效應. 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方面:一是利用微波殺菌技術處理不同的食品材料,對其殺菌效果和傳統(tǒng)的熱力殺菌進行對比.所見報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、糕點類、調味品等等.這些研究的結論表明,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理進行研究.已見報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)隨著升溫過程細胞釋放DNA和蛋白質,活菌數(shù)隨著DNA和蛋白質釋放數(shù)量的增加而減少,但是細胞的密度無明顯變化,原因是微波處理的細菌的細胞并無出現(xiàn)滲漏顯現(xiàn),掃描電鏡觀察的結果顯示大部分大腸桿菌的細胞壁受到了嚴重的破壞,而枯草桿菌的細胞形態(tài)則無明顯變化.傅大放生物固體的微波殺菌及機理的研究指出,微波通過抑制或破壞細胞內乳酸脫氫酶、輔酶Ⅱ與細胞色素氧化酶等與生物氧化、呼吸代謝及能量產(chǎn)生有關的酶的活性,導致細菌死亡. 微波殺菌還可以有效殺滅芽孢.Welt等人使用專門設計的微波裝置處理生芽孢梭狀芽孢桿菌（Clostridium sporogenes）芽孢,認為并不存在熱力效應.但是最近F.Celandroni等使用專門的微波波導設備,對微波處理和傳統(tǒng)熱力方式作用于枯草芽孢桿菌（Bacillus Subtilis）芽孢的效果進行比較,認為微波殺菌可以達到與傳統(tǒng)熱力殺菌相同的效果,但是不同處理對芽孢的結構有明顯不同的影響:傳統(tǒng)熱力殺菌使芽孢的皮層機構松弛,其寬度是為經(jīng)處理的芽孢皮層的十倍;微波處理的芽孢結構中皮層無明顯變化.此外,熱力殺菌處理后的芽孢會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的DPA釋放現(xiàn)象.其原因可能是與微波會有利于DPA與芽孢中的其他成分,如鈣離子等結合形成穩(wěn)定的復合物.由于芽孢的耐熱機制主要包括三個方面: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構和DPA釋放與傳統(tǒng)加熱處理后有所不同,因此該項研究的結果對于探討微波殺菌的機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,并且難以對樣本進行準確的在線溫度測量,為研究的深入帶來一定的困難,也使實驗中所獲得的數(shù)據(jù)重現(xiàn)性無法得到保證,限制了對機理研究的深入進行.