食品安全關乎人民的身體健康,是食品加工行業的重要基礎,只有保證了食品安全,才能確保產品是可食用的。食品安全指食品無毒、無害,符合應當有的營養要求,對人體健康不造成任何急性、亞急性或者慢性危害。食品安全也是一門專門探討在食品加工、存儲、銷售等過程中確保食品衛生及食用安全,降低疾病隱患,防范食物中毒的一個跨學科領域。
食品殺菌技術作為保障食品安全的重要一環,其貫穿于整個食品加工的產業鏈條。原材料的保鮮、加工過程的質量控制、終端產品的保質期等都離不開食品殺菌技術的支撐。換言之,如果沒有了食品殺菌技術,就沒有成熟的食品工業體系。
食品殺菌就是以食品原料、加工品為對象,通過對引起食品變質的主要因素---微生物的殺菌及除菌,達到食品品質的穩定化,有效延長食品的保質期,并因此降低食品中有害細菌在存活數量,避免活菌的攝入引起人體(通常是腸道)感染或預先在食品中產生的細菌毒素導致人類中毒。
殺菌技術不斷推陳出新
常見的殺菌技術有加熱殺菌、超高壓殺菌、超高溫瞬間殺菌、巴氏殺菌、微波殺菌、紫外線殺菌、臭氧殺菌、化學殺菌等多種方式。當然,食品殺菌是個復雜的工程,并不是殺滅微生物就可以,而是在保證滅菌的前提下,還能保證產品的適口性和營養性。因此,食品的殺菌需要根據物料的種類、形態采取合適的殺菌技術,才能保證食品的品質。比如,牛奶就需要用巴氏殺菌法才能保證安全和營養的兼具。
隨著食品行業的不斷發展,對殺菌技術提出了更高的要求,越來越多的新型殺菌技術逐漸得到推廣和應用,比如等離子體殺菌、光動力殺菌等。光動力技術是利用光敏劑、氧氣和可見光之間的相互作用,產生活性氧物質,活性氧能與多種生物大分子相互作用,損傷細胞結構或影響細胞功能,以滅活食品中有害微生物。在有氧條件下,光敏劑暴露于可見光后,可在微生物細胞內累積大量的活性氧物質,活性氧物質通過破壞其生物靶分子的結構,引起有害微生物細胞的損傷,甚至死亡,從而達到抗菌目的。
光動力滅菌的機制
光動力滅菌運行的基本條件有三種,光敏劑、光源和氧,其中光敏劑是光動力殺菌技術的核心。光敏劑是指一種能夠吸收光子而被激發的物質,它可以將吸收的光能傳遞給另一組分的分子,使其被激發,而它本身回到基態。光敏劑應具有以下特點:(1)低暗毒性,對環境友好;(2)在樣品體系中溶解度高;(3)能被特定波長的光源激發,在激發光譜區有較高的光吸收系數;(4)具有足夠長的三重態壽命以確保與周圍物質充分反應;(5)能夠產生高濃度ROS,對目標微生物破環性強,對機體無毒副作用;(6)穩定性強,易于保存。
目前光敏劑已經經過三代的迭代,第一代為卟啉類化合物,第二代包括卟啉衍生物與金屬酞菁、稠環醌類等化合物,相較于第一代其光敏期更短,作用的光波波長更長、作用深度更深。第三代PS是在傳統PS的基礎上結合了相關特異性因子。光動力滅菌主要抑菌機制包括兩個方面,一是破壞微生物結構和功能以及保護細菌的生物膜。光敏化作用會對微生物細胞結構造成損傷,如質膜透化、細胞內容物流出等,促使微生物代謝紊亂和死亡。另外,還會破壞微生物生物膜生物分子、調節生物膜的基因表達、破壞與降解胞外聚合物等,降低微生物的防御力;二是氧化細胞內大分子物質。過程產生的活性氧會通過持續的氧化損傷來破壞菌體中核酸、蛋白質及脂質等生物大分子,最終導致細胞死亡。
此外,光動力滅菌過程還會通過抑制群體感應、弱化毒力因子等方式促進滅菌過程的進行。
光動力技術的發展
其實許多細菌和真菌天然含有內源光敏劑,如卟啉、核黃素和細胞色素等,也就是內源性光敏劑。大多數時候,食品的物料是積壓重疊狀態的,通過穿透性的光源激發內源性光敏劑的作用,能夠深層次的殺滅微生物,提高食品滅菌的效果。比如470~490 nm波長的光源就可激發內源性核黃素的殺菌作用。外源性光敏劑研究較多的是姜黃素,姜黃素的光吸收峰在400~500 nm,可以被波長<500 nm的藍光激發,進而對食品中的微生物產生殺滅效果。
從滅菌效果來看,如何提高光敏劑的分散效率是提升滅菌效果的關鍵,畢竟大多數食品并不滿足于表面的滅菌。針對姜黃素在水中的溶解度較低的問題,有學者通過將姜黃素進行阝-環糊精包埋處理,顯著提升了姜黃素的水溶性和利用率,并且證實了姜黃素-β-環糊精復合物在藍光照射下也能產生活性氧,對金黃色葡萄球菌,單增李斯特菌,大腸桿菌有更強的殺菌效果。
目前,食品殺菌用的光敏劑選擇非常有限,既要保證效果,還要保證合規性。比如之所以大量研究都選用姜黃素,就是因為其可以在食品中有條件的合法添加。由此看來,光敏劑是決定未來光動力殺菌技術能夠走多遠的關鍵所在。
作者簡介:慕慕,食品科學碩士研究生,長期致力于食品工藝與配方的設計與研究,現主要從事肉制品的研發。
來源:食品加工包裝在線
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