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【摘要】概括地介紹了紫外技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)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(yīng)用, 并簡(jiǎn)要介紹了其在果蔬保鮮和改善食品加工性能等方面的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】紫外技術(shù); 殺菌; 消毒; 保鮮
中圖分類號(hào): TS20519　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
文章編號(hào): 1009- 1807 （2001） 09- 0009- 03

人們很早就發(fā)現(xiàn)紫外光有殺菌作用, 但近幾十年才真正對(duì)其進(jìn)行利用。隨著對(duì)紫外光研究的不斷深入, 其應(yīng)用范圍也逐漸擴(kuò)大, 在食品工業(yè)中的應(yīng)用也日漸增多, 在對(duì)食品物料、加工環(huán)境的殺菌中, 因紫外殺菌有操作簡(jiǎn)單、污染小等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。

1　紫外光基本知識(shí)
波長(zhǎng)在200～400nm的電磁輻射稱為紫外（UV）輻射或紫外線。從實(shí)際應(yīng)用的角度可分為3個(gè)區(qū)域:
短波紫外光（UVC） : 波長(zhǎng)200～280nm;
中波紫外光（UVB） : 波長(zhǎng)280～320nm;
長(zhǎng)波紫外光（UVA） : 波長(zhǎng)320～400nm。

太陽(yáng)輻射的紫外光通過(guò)地球大氣層時(shí), 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(zhǎng)在290～400nm。
工業(yè)中應(yīng)用的紫外線都是由汞蒸氣燈發(fā)出的, 根據(jù)不同的要求有長(zhǎng)波紫外燈、中波紫外燈和短波紫外燈。紫外輻射強(qiáng)度以輻照度或輻射通量密度（W/ m2）來(lái)表示, 而輻照劑量以輻射暴露（J/ m2） 來(lái)表示, 是輻射強(qiáng)度和暴露時(shí)間的函數(shù)。

2　紫外光對(duì)活細(xì)胞的影響
2.1  短波紫外光（UVC） 對(duì)活細(xì)胞的影響
UVC對(duì)大多數(shù)微生物（包括細(xì)菌、病毒、原蟲、絲狀真菌、酵母和藻類等） 都有殺滅作用。波長(zhǎng)和殺菌效果的關(guān)系成峰形曲線, 波長(zhǎng)在254 nm時(shí)具有*殺菌效果, 而在320nm時(shí)幾乎沒(méi)有殺菌作用。所以短波紫外燈波長(zhǎng)大部分在25317nm。UVC引起的細(xì)胞損傷可能針對(duì)特異的目標(biāo)分子,015～20J/ m2的劑量就會(huì)使DNA形成二聚體, 直接改變DNA使其不能夠解鏈、復(fù)制執(zhí)行正常的生理功能, 從而導(dǎo)致細(xì)胞的死亡。受紫外輻射的DNA的光化產(chǎn)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(zhì)交聯(lián)物。嘌呤和嘧啶對(duì)光化學(xué)反應(yīng)的敏感性不同, 嘌呤堿基對(duì)光化學(xué)反應(yīng)的抗性比嘧啶高10倍, 因此, 可以認(rèn)為嘌呤的光化學(xué)反應(yīng)在生物學(xué)上是不重要的。如果發(fā)生了顯著的嘌呤損傷,則細(xì)胞已經(jīng)因嘧啶損傷而失活了。紫外光對(duì)細(xì)菌芽孢也有明顯的作用, 因?yàn)檠挎呷狈?duì)DNA起保護(hù)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(zhǎng)波紫外光（UVA） 對(duì)活細(xì)胞的影響
相對(duì)于UVC而言, UVA很少被活細(xì)胞吸收, 所以對(duì)其生物致死效應(yīng)研究也不多。但用日光浴治療牛皮癬類皮膚病已經(jīng)有許多年的歷史了, 說(shuō)明UVA確實(shí)對(duì)微生物細(xì)胞有殺傷作用, 只是研究表明遠(yuǎn)遠(yuǎn)弱于UVC。例如, 用UVA達(dá)到微生物半數(shù)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(xiàn)在細(xì)胞內(nèi)有一些光敏性物質(zhì)可以對(duì)UVA的殺菌作用起到促進(jìn)作用, 符合這個(gè)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(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用
在食品工業(yè)中, 紫外線殺菌主要用于三個(gè)領(lǐng)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(yùn)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(wú)垢, 否則這些臟物會(huì)吸收紫外線而對(duì)微生物起到保護(hù)作用。例如, 在UHT乳生產(chǎn)中, 用25317nm的UVC燈, 輻射強(qiáng)度100～200mW/ cm2, 對(duì)HDPE瓶的鋁箔蓋和紙板箱進(jìn)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(zhǎng)到約2周。在食品加工中工作臺(tái)面的消毒也是很重要的, 可用紫外照射消毒, 但要求臺(tái)面必須清潔, 否則異物的存在會(huì)保護(hù)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(zhǎng)。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(lái)殺滅。但是, 肉類直接被UV照射會(huì)產(chǎn)生氧化味, 乳類食品受紫外照射也有同樣的問(wèn)題。這些異味的產(chǎn)生是由于食品吸收了紫外產(chǎn)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(xué)反應(yīng)所致, 雖然到目前為止還沒(méi)有證據(jù)表明這些產(chǎn)物對(duì)人體有害, 但給風(fēng)味帶來(lái)的影響是該技術(shù)在肉、乳中應(yīng)用的一大障礙。研究認(rèn)為, 這種光化學(xué)反應(yīng)可通過(guò)濾去較短波長(zhǎng)的紫外光或照射前在產(chǎn)品上覆蓋一層惰性氣體來(lái)防止。

新鮮魚是另一種表面帶假單孢菌的產(chǎn)品, Huang和Toledo證明了用UVC輻射可以明顯減少表面菌落數(shù), 魚的儲(chǔ)藏期也得以延長(zhǎng)。Kuo等研究表明UVC輻射在減少雞蛋表面總需氧菌和霉菌數(shù)是很有效的,但這個(gè)操作對(duì)雞蛋來(lái)說(shuō)實(shí)用性不大, 因?yàn)殡u蛋帶有更重要的病原菌———沙門氏菌———是在雞蛋內(nèi)部的, 受到蛋殼的保護(hù)。在焙烤工業(yè)中, 霉菌孢子在新鮮產(chǎn)品中的污染是一個(gè)問(wèn)題, 但據(jù)報(bào)道, 面包在出爐后先進(jìn)行紫外照射可明顯延長(zhǎng)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(shí), 建議對(duì)工作場(chǎng)所的空氣進(jìn)行處理: 層流空氣通過(guò)過(guò)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(guò)的空氣逆流流過(guò)去皮單元時(shí), 產(chǎn)品的微生物學(xué)質(zhì)量會(huì)顯著提高。冷藏室空氣的微生物學(xué)質(zhì)量也可以通過(guò)空氣殺菌裝置來(lái)提高。同樣的技術(shù)也已經(jīng)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(lián)合使用有非常強(qiáng)的氧化作用可將水中有機(jī)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(xué)安全性的有效手段, 對(duì)紫外殺菌有效性常用的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是在1min內(nèi)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(qiáng)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(nèi)就會(huì)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(huì)對(duì)微生物細(xì)胞起到保護(hù)作用。有時(shí)候菌膠團(tuán)的存在也會(huì)產(chǎn)生類似的問(wèn)題, 即膠團(tuán)外層的細(xì)胞保護(hù)內(nèi)部的細(xì)胞。隨著小型水過(guò)濾單元效率的提高, UVC系統(tǒng)產(chǎn)生安全飲用水的能力也得到了增強(qiáng)。在日本, UVC輻射已經(jīng)被用于對(duì)天然礦泉水的消毒,該方法不影響水中礦物質(zhì)含量, 也無(wú)異味產(chǎn)生。

在釀造工業(yè)中, 對(duì)各項(xiàng)工序的zui基本要求就是不改變終產(chǎn)品的口感和質(zhì)量, 許多釀造者已經(jīng)開始使用UV消毒系統(tǒng)對(duì)原水進(jìn)行殺菌處理。在釀造水處理中要求的劑量必須足夠高, 達(dá)到300～600J/ m2, 以保證在釀造工序早期就不存在任何污染問(wèn)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(jī)物的液體中, 由于UVC的穿透率低而限制了其應(yīng)用, 有人建議在Mozzarella干酪的鹽水中消毒后使用該技術(shù), 這樣就可以將鹽水重復(fù)使用。鹽水在處理前必須過(guò)濾除去所有干酪殘留物。用UVC處理不透明液體明顯是個(gè)問(wèn)題, Lodi 等人在處理山羊奶時(shí), 總菌落數(shù)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(xì)菌總數(shù)的奶在農(nóng)場(chǎng)就發(fā)生腐敗, 但原大腸菌群數(shù)的10%殘留水平仍不能夠提供消費(fèi)者食用。但也有報(bào)道將牛乳經(jīng)10min的UV照射（奶層厚度8mm, 照射距離20mm） 后, 牛奶的微生物學(xué)指標(biāo)符合消毒奶, 說(shuō)明紫外消毒*可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)熱處理殺菌工藝。這個(gè)處理是不是足以代替巴氏殺菌仍是一個(gè)未解決的問(wèn)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(lái)的1180IU/ 100mL提高到50170IU/ 100mL。

zui近, 有報(bào)道說(shuō)FDA正在考慮允許UVC用于殺滅果汁中的病原菌, 因?yàn)槟壳俺Ｓ玫陌褪蠚⒕跉⒕耐瑫r(shí)對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)成分和風(fēng)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(chǎn)中使用紫外殺菌系統(tǒng), 初步實(shí)驗(yàn)表明使用該系統(tǒng)后可將產(chǎn)品的貨架期延長(zhǎng)1倍。在這個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行中要保證果汁以湍流而不是以層流的形式流過(guò)紫外光區(qū)域, 保持溫度在5℃以下, 并采用嚴(yán)格的HACCP程序。這種用較少加工工序的果汁保留了原來(lái)的維生素A、B、C和E, 也很好地保持了果蔬汁原有的風(fēng)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(bào)道。Oya等人發(fā)明了處理粉狀物料如草藥、香料的設(shè)備,物料由壓縮空氣傳送并通過(guò)UV殺菌燈, 然后在旋風(fēng)分離器中回收。

3.5　UVA/ 呋喃香豆素殺菌系統(tǒng)的應(yīng)用前景呋喃香豆素在醫(yī)藥上的應(yīng)用已廣為人知, 成功的例子如8- 甲氧基補(bǔ)骨脂素和太陽(yáng)光/ UVA輻射聯(lián)合使用在控制牛皮癬方面。天然呋喃香豆素已經(jīng)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(fēng)草） , 蕓香科（香檸檬和檸檬）、?？疲ㄈ鐭o(wú)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(lái)源, 將其應(yīng)用于食品殺菌防腐, 但在實(shí)際操作中, 毒性是個(gè)很大的問(wèn)題。研究者已經(jīng)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(yīng), 特別是發(fā)現(xiàn)了天然呋喃香豆素的攝取與皮膚癌的發(fā)病率有關(guān)系, 因此, 僅這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)就妨礙了它們?cè)谑称分械膽?yīng)用。如果光學(xué)毒性可以被消除,UVA/ 呋喃香豆素系統(tǒng)就值得進(jìn)一步評(píng)價(jià)。鼠的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明一些合成的呋喃香豆素有同8- 甲氧基補(bǔ)骨脂素同樣的治療作用, 但不會(huì)產(chǎn)生毒性反應(yīng)和致癌作用。目前, 因這些物質(zhì)的價(jià)格太高, 限制了其作為食品防腐劑的應(yīng)用。

4　UV技術(shù)在果蔬保鮮中的應(yīng)用
隨著對(duì)有機(jī)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(chǎng)。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(duì)蘿卜進(jìn)行儲(chǔ)藏前處理會(huì)導(dǎo)致植物抗毒素6- 甲氧基蜂蜜曲毒素的積聚,這個(gè)變化增加了組織對(duì)霉菌的抵抗能力。用UVC處理新鮮草莓可延長(zhǎng)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(xiàn)UV處理的果實(shí)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(zhǎng), 經(jīng)處理的果實(shí)的硬度也比未處理的果實(shí)要高。將番茄用UVC處理后, 發(fā)現(xiàn)其中細(xì)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(duì)照組, 故試驗(yàn)組的硬度明顯要高于對(duì)照組, 番茄的呼吸峰和產(chǎn)乙烯時(shí)間也推后7～9天。所以UV處理可減慢番茄的熟化和腐爛進(jìn)程, 從而達(dá)到保鮮的目的。

5　利用UV改善食品加工性能
UV輻射對(duì)食品成分也會(huì)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(shuō)明紫外照射在蘑菇內(nèi)引起了光化學(xué)和光電化學(xué)過(guò)程, 使 VD原7- 脫氫膽固醇轉(zhuǎn)化為 VD, 提高了蘑菇的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。牛乳經(jīng)紫外照射也有類似的反應(yīng)發(fā)生。Rhim等研究了紫外對(duì)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(qiáng)度5117J/ m2, 時(shí)間24h） 后,玉米蛋白、谷蛋白和清蛋白的拉伸強(qiáng)度增加, 這可能是UV輻射引起了膜內(nèi)一些鍵的交聯(lián), UV對(duì)酪蛋白膜的拉伸強(qiáng)度無(wú)影響但減少了其總可溶性物質(zhì), 清蛋白膜的水蒸氣透過(guò)性受UV輻射后降低。所以, UV照射可改善蛋白膜的功能性質(zhì), 可將其用于蛋白膜的制造以獲得優(yōu)良的產(chǎn)品。

用UV處理鯖魚肉糜時(shí), 也發(fā)現(xiàn)UV可使蛋白質(zhì)之間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng), 凝膠強(qiáng)度可提高25%, 顯著改善了產(chǎn)品的感官質(zhì)量。

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（廣東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目, 項(xiàng)目編號(hào)980542）
收稿日期: 2001- 05- 04
作者簡(jiǎn)介: 郭新竹（1972- ） , 女, 山西省人, 華南理工大學(xué)
食品與生物工程學(xué)院博士研究生, 主要研究方向?yàn)槭称坊瘜W(xué)。
通訊地址: （510641） 廣州華南理工大學(xué)研五512室

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