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【摘要】概括地介紹了紫外技術在食品工業(yè)中的應用, 即紫外殺菌的原理及其在表面殺菌、空氣殺菌和液、固體物料殺菌上的應用, 并簡要介紹了其在果蔬保鮮和改善食品加工性能等方面的應用。
【關鍵詞】紫外技術; 殺菌; 消毒; 保鮮
中圖分類號: TS20519　　文獻標識碼: A
文章編號: 1009- 1807 （2001） 09- 0009- 03

人們很早就發(fā)現紫外光有殺菌作用, 但近幾十年才真正對其進行利用。隨著對紫外光研究的不斷深入, 其應用范圍也逐漸擴大, 在食品工業(yè)中的應用也日漸增多, 在對食品物料、加工環(huán)境的殺菌中, 因紫外殺菌有操作簡單、污染小等優(yōu)點而得到廣泛應用。

1　紫外光基本知識
波長在200～400nm的電磁輻射稱為紫外（UV）輻射或紫外線。從實際應用的角度可分為3個區(qū)域:
短波紫外光（UVC） : 波長200～280nm;
中波紫外光（UVB） : 波長280～320nm;
長波紫外光（UVA） : 波長320～400nm。

太陽輻射的紫外光通過地球大氣層時, UVC*被臭氧層吸收, UVB也有很大的衰減, UVA幾乎不受影響, 所以環(huán)境中的紫外線波長在290～400nm。
工業(yè)中應用的紫外線都是由汞蒸氣燈發(fā)出的, 根據不同的要求有長波紫外燈、中波紫外燈和短波紫外燈。紫外輻射強度以輻照度或輻射通量密度（W/ m2）來表示, 而輻照劑量以輻射暴露（J/ m2） 來表示, 是輻射強度和暴露時間的函數。

2　紫外光對活細胞的影響
2.1  短波紫外光（UVC） 對活細胞的影響
UVC對大多數微生物（包括細菌、病毒、原蟲、絲狀真菌、酵母和藻類等） 都有殺滅作用。波長和殺菌效果的關系成峰形曲線, 波長在254 nm時具有*殺菌效果, 而在320nm時幾乎沒有殺菌作用。所以短波紫外燈波長大部分在25317nm。UVC引起的細胞損傷可能針對特異的目標分子,015～20J/ m2的劑量就會使DNA形成二聚體, 直接改變DNA使其不能夠解鏈、復制執(zhí)行正常的生理功能, 從而導致細胞的死亡。受紫外輻射的DNA的光化產品主要是環(huán)丁基型二聚體（嘧啶二聚體） , 嘧啶加成物和DNA- 蛋白質交聯物。嘌呤和嘧啶對光化學反應的敏感性不同, 嘌呤堿基對光化學反應的抗性比嘧啶高10倍, 因此, 可以認為嘌呤的光化學反應在生物學上是不重要的。如果發(fā)生了顯著的嘌呤損傷,則細胞已經因嘧啶損傷而失活了。紫外光對細菌芽孢也有明顯的作用, 因為芽孢缺乏對DNA起保護作用的小分子的酸溶性化合物, 所以DNA更容易受損傷。

2.2　長波紫外光（UVA） 對活細胞的影響
相對于UVC而言, UVA很少被活細胞吸收, 所以對其生物致死效應研究也不多。但用日光浴治療牛皮癬類皮膚病已經有許多年的歷史了, 說明UVA確實對微生物細胞有殺傷作用, 只是研究表明遠遠弱于UVC。例如, 用UVA達到微生物半數致死率所需能量是5J/ m2, 而UVC卻只需要10- 5J/ m2的能量。但研究發(fā)現在細胞內有一些光敏性物質可以對UVA的殺菌作用起到促進作用, 符合這個特性的是三環(huán)的呋喃香豆素（由呋喃環(huán)和一分子香豆素聚合而成） 這類化合物。

3　紫外殺菌技術在食品工業(yè)中的應用
在食品工業(yè)中, 紫外線殺菌主要用于三個領域:表面殺菌、空氣殺菌和液體殺菌。

3.1　表面殺菌
紫外常用于包裝材料（容器、包裝紙或瓶蓋） 的消毒: 在包裝材料運輸通道上用適宜的紫外燈照射可起到殺菌作用。紫外消毒要求材料表面干凈無垢, 否則這些臟物會吸收紫外線而對微生物起到保護作用。例如, 在UHT乳生產中, 用25317nm的UVC燈, 輻射強度100～200mW/ cm2, 對HDPE瓶的鋁箔蓋和紙板箱進行消毒處理, 用紫外滅菌容器包裝的果味酸奶, 貨架期可延長到約2周。在食品加工中工作臺面的消毒也是很重要的, 可用紫外照射消毒, 但要求臺面必須清潔, 否則異物的存在會保護微生物。

短波紫外光（UVC） 還可以被用于處理食品表面, 控制腐敗微生物的生長。如存在于白糖表面的熱解糖芽孢桿菌和肉表面的假單孢菌都可以用UVC來殺滅。但是, 肉類直接被UV照射會產生氧化味, 乳類食品受紫外照射也有同樣的問題。這些異味的產生是由于食品吸收了紫外產生的臭氧和氮氧化物而使肉和乳中的脂肪發(fā)生了光化學反應所致, 雖然到目前為止還沒有證據表明這些產物對人體有害, 但給風味帶來的影響是該技術在肉、乳中應用的一大障礙。研究認為, 這種光化學反應可通過濾去較短波長的紫外光或照射前在產品上覆蓋一層惰性氣體來防止。

新鮮魚是另一種表面帶假單孢菌的產品, Huang和Toledo證明了用UVC輻射可以明顯減少表面菌落數, 魚的儲藏期也得以延長。Kuo等研究表明UVC輻射在減少雞蛋表面總需氧菌和霉菌數是很有效的,但這個操作對雞蛋來說實用性不大, 因為雞蛋帶有更重要的病原菌———沙門氏菌———是在雞蛋內部的, 受到蛋殼的保護。在焙烤工業(yè)中, 霉菌孢子在新鮮產品中的污染是一個問題, 但據報道, 面包在出爐后先進行紫外照射可明顯延長其貨架期。

3.2　空氣殺菌
在食品加工中處理易被微生物污染的物料時, 建議對工作場所的空氣進行處理: 層流空氣通過過濾器除去>011μm的粒子, 然后用UV輻射殺滅殘存的活的微生物。在果蔬的去皮操作中, 若紫外處理過的空氣逆流流過去皮單元時, 產品的微生物學質量會顯著提高。冷藏室空氣的微生物學質量也可以通過空氣殺菌裝置來提高。同樣的技術也已經被用于孵化室的空氣凈化中。

3.3　液體殺菌
用UVC處理是殺滅水中大部分微生物和減少環(huán)境污染的有效方法之一。已被用于飲用水、污水和游泳池水的消毒處理, UV和臭氧聯合使用有非常強的氧化作用可將水中有機物含量降到極低的水平。由于UVC消毒不改變飲用水的色澤、味道和pH值, 它是保證飲用水微生物學安全性的有效手段, 對紫外殺菌有效性常用的評價標準是在1min內微生物減少991999%。影響UVC照射有效性的原因是:①穿透率低。在蒸餾水中, 254nm的紫外光強度在離液面40cm處有30%的損失, 而在海水中約10cm就有這么大的損失, 10%蔗糖溶液或鐵含量高的泉水在5cm內就會有同樣大的損失。

②在天然供水系統(tǒng)中, 任何懸浮粒子在處理前必須被濾去, 否則會對微生物細胞起到保護作用。有時候菌膠團的存在也會產生類似的問題, 即膠團外層的細胞保護內部的細胞。隨著小型水過濾單元效率的提高, UVC系統(tǒng)產生安全飲用水的能力也得到了增強。在日本, UVC輻射已經被用于對天然礦泉水的消毒,該方法不影響水中礦物質含量, 也無異味產生。

在釀造工業(yè)中, 對各項工序的zui基本要求就是不改變終產品的口感和質量, 許多釀造者已經開始使用UV消毒系統(tǒng)對原水進行殺菌處理。在釀造水處理中要求的劑量必須足夠高, 達到300～600J/ m2, 以保證在釀造工序早期就不存在任何污染問題, 而在飲用水處理中只要有200～300J/ m2的劑量就夠了。

在含有機物的液體中, 由于UVC的穿透率低而限制了其應用, 有人建議在Mozzarella干酪的鹽水中消毒后使用該技術, 這樣就可以將鹽水重復使用。鹽水在處理前必須過濾除去所有干酪殘留物。用UVC處理不透明液體明顯是個問題, Lodi 等人在處理山羊奶時, 總菌落數減少了50%～60%,尤其是大腸菌群減少了80%～90%。盡管這樣的處理可以防止高細菌總數的奶在農場就發(fā)生腐敗, 但原大腸菌群數的10%殘留水平仍不能夠提供消費者食用。但也有報道將牛乳經10min的UV照射（奶層厚度8mm, 照射距離20mm） 后, 牛奶的微生物學指標符合消毒奶, 說明紫外消毒*可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)熱處理殺菌工藝。這個處理是不是足以代替巴氏殺菌仍是一個未解決的問題, 但有研究表明用UV處理的乳,VD含量有明顯提高, 例如照射10min后, VD由原來的1180IU/ 100mL提高到50170IU/ 100mL。

zui近, 有報道說FDA正在考慮允許UVC用于殺滅果汁中的病原菌, 因為目前常用的巴氏殺菌在殺菌的同時對食品營養(yǎng)成分和風味的影響也很大。加里福尼亞州的Day- Fresh Foods在其新鮮果汁和蔬菜汁的生產中使用紫外殺菌系統(tǒng), 初步實驗表明使用該系統(tǒng)后可將產品的貨架期延長1倍。在這個系統(tǒng)運行中要保證果汁以湍流而不是以層流的形式流過紫外光區(qū)域, 保持溫度在5℃以下, 并采用嚴格的HACCP程序。這種用較少加工工序的果汁保留了原來的維生素A、B、C和E, 也很好地保持了果蔬汁原有的風味。

3.4　固體物料的殺菌
在粉狀物料的殺菌中也有用UV系統(tǒng)的報道。Oya等人發(fā)明了處理粉狀物料如草藥、香料的設備,物料由壓縮空氣傳送并通過UV殺菌燈, 然后在旋風分離器中回收。

3.5　UVA/ 呋喃香豆素殺菌系統(tǒng)的應用前景呋喃香豆素在醫(yī)藥上的應用已廣為人知, 成功的例子如8- 甲氧基補骨脂素和太陽光/ UVA輻射聯合使用在控制牛皮癬方面。天然呋喃香豆素已經從5種植物中分離得到, 分別是傘形科（旱芹、歐芹和歐洲防風草） , 蕓香科（香檸檬和檸檬）、桑科（如無花果）、豆科和蘭科。有人考慮用這些天然植物作為呋喃香豆素的來源, 將其應用于食品殺菌防腐, 但在實際操作中, 毒性是個很大的問題。研究者已經注意到了旱芹處理者容易患光敏性皮炎, 就是由于發(fā)生了UVA/呋喃香豆素反應, 特別是發(fā)現了天然呋喃香豆素的攝取與皮膚癌的發(fā)病率有關系, 因此, 僅這個風險就妨礙了它們在食品中的應用。如果光學毒性可以被消除,UVA/ 呋喃香豆素系統(tǒng)就值得進一步評價。鼠的動物實驗證明一些合成的呋喃香豆素有同8- 甲氧基補骨脂素同樣的治療作用, 但不會產生毒性反應和致癌作用。目前, 因這些物質的價格太高, 限制了其作為食品防腐劑的應用。

4　UV技術在果蔬保鮮中的應用
隨著對有機食品需求量的增加, UVC作為防腐劑的一種替代方法有很大的潛在市場。目前, 將UV輻射用于果蔬保鮮的研究也比較多。例如控制蔬菜（如蘿卜） 采后病害, 用UVC對蘿卜進行儲藏前處理會導致植物抗毒素6- 甲氧基蜂蜜曲毒素的積聚,這個變化增加了組織對霉菌的抵抗能力。用UVC處理新鮮草莓可延長貨架期4～5天, 除了紫外光可殺滅草莓表面微生物的原因外, 研究還發(fā)現UV處理的果實的呼吸作用減低, 可滴定酸度增高, 從而使草莓的保鮮期延長, 經處理的果實的硬度也比未處理的果實要高。將番茄用UVC處理后, 發(fā)現其中細胞壁降解酶（聚半乳糖酶、果膠甲酯酶、纖維素酶、木聚糖酶和蛋白酶等） 的活性明顯低于對照組, 故試驗組的硬度明顯要高于對照組, 番茄的呼吸峰和產乙烯時間也推后7～9天。所以UV處理可減慢番茄的熟化和腐爛進程, 從而達到保鮮的目的。

5　利用UV改善食品加工性能
UV輻射對食品成分也會有影響。用UVC照射蘑菇2h后, VD含量從2120μg/ mL提高到7130μg/mL, 用UVB輻射甚至可提高到12148μg/ mL。說明紫外照射在蘑菇內引起了光化學和光電化學過程, 使 VD原7- 脫氫膽固醇轉化為 VD, 提高了蘑菇的營養(yǎng)價值。牛乳經紫外照射也有類似的反應發(fā)生。Rhim等研究了紫外對蛋白膜的影響。將小麥谷蛋白、玉米蛋白、雞蛋清蛋白和酪蛋白形成的蛋白膜用UV光照射（輻射強度5117J/ m2, 時間24h） 后,玉米蛋白、谷蛋白和清蛋白的拉伸強度增加, 這可能是UV輻射引起了膜內一些鍵的交聯, UV對酪蛋白膜的拉伸強度無影響但減少了其總可溶性物質, 清蛋白膜的水蒸氣透過性受UV輻射后降低。所以, UV照射可改善蛋白膜的功能性質, 可將其用于蛋白膜的制造以獲得優(yōu)良的產品。

用UV處理鯖魚肉糜時, 也發(fā)現UV可使蛋白質之間發(fā)生交聯反應, 凝膠強度可提高25%, 顯著改善了產品的感官質量。

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（廣東省自然科學基金資助項目, 項目編號980542）
收稿日期: 2001- 05- 04
作者簡介: 郭新竹（1972- ） , 女, 山西省人, 華南理工大學
食品與生物工程學院博士研究生, 主要研究方向為食品化學。
通訊地址: （510641） 廣州華南理工大學研五512室

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