粉狀香辛料殺菌技術及其應用

蔣祥　莊曉波　張維軍

【摘 要】通過分析香辛料的生長特點和微生物污染現(xiàn)狀，指出殺菌處理對食品安全的重要性。在此基礎上，介紹了現(xiàn)有的殺菌技術，分析其特點和存在的缺陷。提出了一種新的基于低壓高頻電加熱與干熱空氣耦合的粉狀香辛料殺菌技術手段，為解決香辛料的食用安全問題提供了解決方案。

【關鍵詞】香辛料;粉狀食品;殺菌技術

中圖分類號： TS205 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）22-0245-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.22.114

0 引言

香辛料主要來自植物的種子、花蕾、葉莖、塊根等。由于其具有獨特的刺激性味道，可增加食物的風味，增進人的食欲、幫助食物的消化和吸收。全世界香辛料市場規(guī)模超過60億美元，年消費量約為5億噸，其中大部分是將植物原料經(jīng)粉碎加工成粉狀或顆粒狀，便于分散在食物中供人們直接食用。香辛料的生長環(huán)境為土壤，泥土中存在各類致病菌;多數(shù)香辛料在夏季生長或收獲，較高的環(huán)境溫度和濕度非常適合細菌的大量繁殖。因此，加工后的香辛料成品，其微生物超標問題不容忽視。香辛料中的霉菌、大腸桿菌和酵母菌等是國家食品衛(wèi)生標準的必檢指標，并對菌落總數(shù)有嚴格的規(guī)定。香辛料的不規(guī)范干燥或運輸也容易引起微生物污染，據(jù)全國市售調(diào)味品質(zhì)量抽查，結(jié)果顯示香辛料中的微生物污染普遍存在[1]，對未進行殺菌處理的產(chǎn)品進行抽樣檢驗，有90%超過了國家食品安全標準[2]。為保證食品安全，香辛料的殺菌處理顯得極為重要。

1 現(xiàn)有粉料殺菌的技術特點和缺陷

食品工業(yè)采取的殺菌方法主要分為熱殺菌和非熱殺菌兩類。熱殺菌主要有：蒸汽殺菌、微波殺菌、射頻殺菌、電熱殺菌等;非熱殺菌主要有：輻照殺菌、紫外殺菌、脈沖電場殺菌、超高壓殺菌、活性氧殺菌、等離子殺菌等。上述殺菌技術多數(shù)不適用于低水分、粉狀的食品原料。巴氏殺菌、紫外殺菌等，殺菌不徹底、不均勻，根本達不到衛(wèi)生標準;蒸汽殺菌、微波殺菌、活性氧殺菌等，對原料品質(zhì)破壞嚴重。目前可用于粉料殺菌的技術主要有超高壓殺菌、微波殺菌、輻照殺菌和蒸汽殺菌。

1.1 高壓殺菌技術

高壓殺菌，主要通過100-1000Mpa高壓處理，使絕大部分微生物中蛋白質(zhì)變性，從而殺死食品中的微生物，以達到保證食品安全的目的。高壓處理與物料的性狀無關可用于各類食品的殺菌，但在處理固態(tài)物料時需借助液體介質(zhì)傳遞壓力，且產(chǎn)品的處理量小、成本高，只適用于高價值食品的殺菌處理。近年來，日本、美國和歐盟等發(fā)達國家已將高壓滅菌處理用于食品的商業(yè)化加工。目前的研究表明，高壓滅菌能殺滅食品中常見致病菌，但對芽孢細菌難以到滅菌要求。

1.2 輻照殺菌技術

輻照殺菌，是一種非熱殺菌技術，其利用電磁輻射過程產(chǎn)生的高能量電磁波殺滅食品中微生物，輻射波長越短殺菌效果越好，且可以對包裝好的食品進行連續(xù)殺菌處理，因此適用于需長期保存的固態(tài)、低水分食品殺菌。但是，輻照殺菌后的食品安全因素和化學因素限制了該方法的應用。國際原子能組織（IAEA）、世界糧農(nóng)組織（FAO）、世界衛(wèi)生組織（WHO）的聯(lián)合專家委員會于1980年提出：實際平均輻照劑量低于10KGy，才能保證輻照后的食品不存在放射線輻照的安全性問題[4]。但是，當輻射強度1～10KGy時，輻照殺菌降僅降低了食品中的細菌數(shù)量，并不一定能達到國家食品安全標準。只有當輻照強度20～50KGy時，才能達到商業(yè)滅菌要求[5]。目前研究者對高劑量輻照處理（20～50KGy）的食品是否會存在新的食品安全危害問題，一直未達成共識。食品經(jīng)高強度輻照殺菌后，“輻照臭”非常明顯，色澤、風味等物性發(fā)生了顯著變化。香辛料風味的變化，嚴重降低了其商業(yè)價值。

1.3 微波殺菌技術

微波殺菌是一種非接觸式殺菌方式，通常微波頻率在300MHz～300GMHz范圍內(nèi)。微波殺菌分為熱效應、非熱效應殺菌兩種模式。熱效應微波殺菌是通過微波產(chǎn)生的交變電場使食品中極性分子劇烈振蕩，分子間相互摩擦生熱，達到滅菌目的;非熱效應微波殺菌是通過微波產(chǎn)生的電磁場作用于微生物中的極性分子，使其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)效應，致使微生物的營養(yǎng)細胞失去活性，導致微生物死亡。微波殺菌具有殺菌速度快、時間短，保持食品營養(yǎng)和風味，殺菌均勻、節(jié)能高效等特點。但微波殺菌也存在一定的局限性，食品中的含水率過低則無法利用微波有效殺菌，且微波的邊角效應會導致粉料局部過熱而產(chǎn)生焦化問題。

1.4 蒸汽殺菌技術

蒸汽殺菌，是利用過熱飽和蒸汽殺滅食品中的微生物。由于過熱飽和蒸汽具有很強的穿透性，蛋白質(zhì)、原生質(zhì)膠體在濕熱條件下變性凝固，酶系統(tǒng)遭到破壞，蒸汽進入細胞內(nèi)凝結(jié)成水，能夠放出潛在熱量提高溫度，更增強了殺菌力。蒸汽殺菌沒有輻照殘留等爭議問題，是目前世界公認的粉料食品安全殺菌方法。但蒸汽殺菌持續(xù)時間過長會使物料有效成分、色澤損失嚴重。殺菌后的粉料食品還需再次干燥，否則難以達到貨架期的安全水分。目前經(jīng)蒸汽殺菌后物料的菌落總數(shù)最低為1×105CFU/g，尚未達到即食食品要求。

2 低壓高頻電加熱與干熱空氣耦合的粉料殺菌技術

我公司與高校合作開發(fā)了基于低壓高頻電加熱與干熱空氣耦合的殺菌技術，實現(xiàn)粉狀香辛料流態(tài)化、連續(xù)的殺菌處理，原理如圖1所示。主要技術手段為：采用食品級不銹鋼，制作出兩頭有軸、中間無軸的螺旋輸送器，輸送器的每個螺距上布置3-4個抄板;在電機的帶動下，螺旋輸送器連續(xù)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)先進先出的粉料流態(tài)化連續(xù)殺菌;在螺旋輸送器兩端施加低壓高頻電流（>20kHz），高頻電流在螺旋輸送器上產(chǎn)生集膚效應，即電流只在導體表面經(jīng)過，導體快速升溫實現(xiàn)粉料加熱殺菌。螺旋輸送器加熱輸送的同時，殺菌腔內(nèi)同時噴射高溫干熱空氣，實現(xiàn)粉料彌散化處理和外部殺菌、干燥同步，干熱空氣的用量僅為蒸汽殺菌的10%。通過控制加熱溫度、喂料量、進氣量和殺菌時間，結(jié)合粉料殺菌模型知識庫，可預測粉料殺菌后的菌落總數(shù)。

本技術電加熱的特點為：直接將低壓高頻電源與金屬螺旋輸送器導通，產(chǎn)生集膚效應促其表面快速發(fā)熱。這種加熱方式可以很好地控制殺菌溫度，減少控溫不準導致的食品劣化問題。其作用效果與傳統(tǒng)電熱殺菌類似均為電能轉(zhuǎn)換成熱能，但熱效率比普通電加熱提高30%以上，且對殺菌原料的導電性、導熱性無要求。優(yōu)點有：（1）殺菌后的原料不會像輻照、化學殺菌那樣產(chǎn)生有害物質(zhì);（2）可以準確控制殺菌溫度和時間，不像蒸汽殺菌和介質(zhì)加熱殺菌那樣傳熱滯后導致控溫困難。

【參考文獻】

[1]黃曉德，錢驊，陳斌，等.常用食用香辛料霉菌污染狀況研究[J].中國野生植物資源，2015（6）：13-17.

[2]張春燕，蔡靜平，潘峰.低水分辣椒粉帶菌狀況及控制技術的研究[J].食品科學，2007，28（1）：131-134.

[3]姚遠，任大明.利用60Co-γ輻射殺菌技術生產(chǎn)無防腐劑調(diào)味品[J].中國調(diào)味品，2004（5）：14-16.

[4]施培新.食品輻照加工原理與技術[M].農(nóng)業(yè)科技出版社，2004.

[5]涂順明.食品殺菌新技術[M].中國輕工業(yè)出版社，2004.

[6]蔡健榮，楊軍義，莊曉波，等.一種基于趨膚效應的香辛料熱殺菌技術裝備[J].中國農(nóng)業(yè)科技導報，2015，17（5）：63-67.