我國竹筍類食品施工的輻照與紫外線殺菌技術(shù)研究進(jìn)展

我國竹筍類食品施工的輻照與紫外線殺菌技術(shù)研究進(jìn)展

由于竹筍是竹子的發(fā)達(dá)芽和幼莖，因此也被稱為竹芽和鞭竹。我國竹類資源豐富，共計(jì)39屬500余種，其中可食用竹筍有200余種。2019年調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，目前我國竹林種植面積約為33000km熱處理作為食品工業(yè)中最常用的一種加工技術(shù)，其目的是通過對(duì)流和熱傳導(dǎo)兩種作用模式，熟化食品、鈍酶滅菌、改善食品感官品質(zhì)。但過度的熱處理會(huì)使食品的質(zhì)地、色澤、風(fēng)味等嚴(yán)重劣化，同時(shí)生物活性物質(zhì)會(huì)遭到嚴(yán)重破壞1輻照保鮮貯藏輻照（Irradiation）技術(shù)是指利用γ射線、x射線或高能電子束產(chǎn)生的輻射電子與微生物分子中的原子進(jìn)行非特異性碰撞，使得微生物細(xì)胞中DNA、RNA、蛋白質(zhì)等有機(jī)分子的化學(xué)鍵斷裂，從而抑制或破壞微生物新陳代謝和生長發(fā)育，甚至使細(xì)胞或組織死亡，達(dá)到殺菌保鮮、延長貯藏期的目的食品輻照處理殺菌效果好，營養(yǎng)價(jià)值損失小，無有害物質(zhì)殘留，是一種低成本、高效率的非熱加工新技術(shù)。但不同果蔬類食品的輻照耐受性不同，當(dāng)輻照劑量超過一定值，會(huì)造成細(xì)胞膜的損傷，反而會(huì)加速腐爛。目前的研究表明，用10kGy以下劑量輻照的食品不會(huì)有放射性殘留，不會(huì)改變食品的營養(yǎng)成分和營養(yǎng)價(jià)值，但低劑量的輻射可能無法達(dá)到較好的保鮮貯藏效果。Wang等2輻照保鮮技術(shù)在三種保鮮中的應(yīng)用紫外線（ultraviolet，UV）是波長在100~400nm的不可見光，根據(jù)波長可分為UV-A（320～400nm）、UV-B（280～320nm）、UV-C（200～280nm）和真空紫外（100～200nm）4個(gè)部分，其中波長在190～350nm之間的紫外線殺菌能力較強(qiáng)，對(duì)細(xì)菌、霉菌、酵母菌等微生物均有顯著的殺滅作用。目前，國內(nèi)外對(duì)于UV-C輻照的殺菌機(jī)理報(bào)道較多，主要包括兩種可能的機(jī)制：（1）通過引發(fā)微生物DNA鄰近的胸腺嘧啶和胞嘧啶交聯(lián)，進(jìn)而引起DNA轉(zhuǎn)錄和復(fù)制過程受阻，最終導(dǎo)致微生物細(xì)胞功能缺失和細(xì)胞死亡；（2）通過誘導(dǎo)植物組織的防御機(jī)制對(duì)抗病原微生物表1比較了輻照和紫外線技術(shù)近年在竹筍保鮮中的應(yīng)用。由表可知，2kJ/m3uhp處理對(duì)鮮筍保鮮及加工的影響超高壓技術(shù)（ultra-highpressure，UHP）是指以水或其他液體作為介質(zhì)，在常溫或較低溫度下對(duì)物料施以100~1000MPa的壓力并保持一定時(shí)間。UHP技術(shù)具有強(qiáng)烈的殺菌作用，其原理主要是通過高壓改變微生物細(xì)胞膜上脂質(zhì)分子的順序，修改膜結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞滲透性和膜功能受損。同時(shí)，UHP能破壞蛋白質(zhì)氫鍵、二硫鍵和離子鍵的結(jié)合，致使蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)被破壞，誘導(dǎo)蛋白質(zhì)變性進(jìn)而抑制細(xì)胞酶活性，使得DNA合成受阻表2列舉了UHP技術(shù)在竹筍保鮮及加工中的應(yīng)用。由表可知，為了達(dá)到殺菌要求，鮮筍所需的UHP壓力大于水煮筍，且PAL、PPO、POD酶活性隨UHP處理壓力增大而降低，說明UHP處理抑制了木質(zhì)素和纖維素積累，減緩了竹筍木質(zhì)化和褐變進(jìn)程。此外，UHP處理后，采后竹筍可溶性蛋白質(zhì)、維生素、總黃酮等含量下降減慢，營養(yǎng)價(jià)值得以保留。然而，由于某些細(xì)菌孢子對(duì)壓力具有很強(qiáng)的抵抗力，單純的UHP處理可能無法滿足滅菌要求，因此，將UHP技術(shù)與微波、抗菌劑等其他技術(shù)聯(lián)合使用，殺菌效果可能更好。4高能量密度波浪超聲波（ultrasonic）是指頻率大于18kHz高于人體聽力閥的聲波。研究顯示，超聲波被廣泛用于果蔬的保鮮及加工，其工作機(jī)制為：（1）高強(qiáng)度超聲波沖擊液體產(chǎn)生的空化效應(yīng)會(huì)引起溶液環(huán)境溫度、壓力快速變化，剪切作用導(dǎo)致分子間氫鍵和范德華力被破壞，進(jìn)而引起細(xì)胞部分聚合物降解；（2）高頻超聲振蕩產(chǎn)生的高能量密度沖擊波可以從破裂氣泡中輻射，切割破壞細(xì)胞壁和膜結(jié)構(gòu)，細(xì)胞內(nèi)溶物移動(dòng)、環(huán)流及發(fā)生絮凝沉淀超聲波技術(shù)具有耗時(shí)少、效率高、無污染等優(yōu)點(diǎn)。表3列舉了超聲波技術(shù)在竹筍保鮮及加工中的應(yīng)用。由表可知，利用超聲波處理竹筍，其木質(zhì)化進(jìn)程減慢、營養(yǎng)成分損失減少，貯藏期有效延長。但超聲波技術(shù)因殺菌效果不徹底，需與化學(xué)消毒劑配合使用，在竹筍保鮮中的應(yīng)用尚不成熟。目前主要集中于利用超聲波產(chǎn)生的空化效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)，加速竹筍細(xì)胞壁的破碎，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)容物的流出，提取竹筍多糖、黃酮等功能活性成分，具有縮短提取時(shí)間、提高提取效率和提取率等優(yōu)點(diǎn)。表3結(jié)果說明，超聲波功率是影響功能活性成分提取率的重要因素，功率越大，提取率越高。同時(shí)，適當(dāng)提高超聲溫度，也有利于提取率的提高。此外，超聲波技術(shù)還可以用于竹筍膳食纖維（bambooshootsdietaryfiber,BSDF）的改性。超聲波產(chǎn)生的空穴效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)可有效減小BSDF粒徑、增大其表面積，改善BSDF持水力、持油力、膨脹力等理化性質(zhì)，進(jìn)而提高其加工特性。5處理效果分析超微粉碎是一種新興加工技術(shù)，利用高速氣流產(chǎn)生的動(dòng)能使物料顆粒發(fā)生劇烈碰撞、反復(fù)摩擦和高速剪切等作用，達(dá)到超微化目的。表4總結(jié)了目前主要的超微粉碎技術(shù)原理及其對(duì)竹筍的處理效果。由表可知，不同超微粉碎技術(shù)有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，需根據(jù)樣品的加工需求進(jìn)行選擇。例如，球磨式研磨精細(xì)但能耗高，適合量少、精細(xì)要求高的樣品；而膠體磨能耗低但超微化程度低，適合對(duì)大量樣品進(jìn)行一定程度的超微化處理。四種超微粉碎技術(shù)都可使粉體粒徑降低，比表面積增大，更多基團(tuán)暴露，改善其理化特性。且超微粉碎后的竹筍水分、灰分、蛋白質(zhì)和膳食纖維等基本成分含量保持穩(wěn)定，說明超微粉碎對(duì)竹筍的營養(yǎng)價(jià)值基本無影響；傅里葉紅外光譜和電鏡分析表明，超微粉碎后竹筍的主要基團(tuán)不會(huì)發(fā)生變化，粉體顆粒表面存在蜂窩狀孔隙6hph技術(shù)簡介高壓均質(zhì)（high-pressurehomogenization，HPH）技術(shù)是一種低耗時(shí)、高效率的非熱加工方法，利用物料在高壓作用下，通過具有特殊構(gòu)造的均質(zhì)腔，形成高速剪切、對(duì)流碰撞、空穴效應(yīng)等物理作用，從而使物料大分子的連接鍵斷裂，顆粒細(xì)化，同時(shí)使其表面結(jié)構(gòu)變得疏松7脈沖光殺菌的原理除上述幾種常用非熱加工技術(shù)，脈沖強(qiáng)光、動(dòng)態(tài)高壓微射流等方式也被用于竹筍的保鮮及加工中。脈沖強(qiáng)光廣譜高效、成本低廉，發(fā)展?jié)摿薮?，其殺菌原理主要是微生物?xì)胞內(nèi)的生物大分子物質(zhì)吸收脈沖光后產(chǎn)生光化學(xué)效應(yīng)，合成胸腺嘧啶二聚體，阻礙微生物細(xì)胞中DNA的自我復(fù)制；同時(shí)光輻射會(huì)破壞微生物細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，使酶失活，徹底殺滅微生物8關(guān)于研究8.1高能狀態(tài)下的殺菌機(jī)理目前竹筍保鮮技術(shù)主要還停留在實(shí)驗(yàn)室的階段，急需開發(fā)新興技術(shù)進(jìn)行竹筍保鮮的工業(yè)化應(yīng)用。電子束輻照通過電子加速器在真空環(huán)境和高能狀態(tài)下，將電子加速到接近光速，與微生物細(xì)胞內(nèi)的大分子物質(zhì)發(fā)生一系列反應(yīng)達(dá)到殺菌目的。此過程不需要放射性同位素來產(chǎn)生電離輻射，可有效解決利用放射線元素進(jìn)行殺菌所引發(fā)的核泄漏和核污染等隱患。此外，脈沖強(qiáng)光利用光化學(xué)效應(yīng)進(jìn)行殺菌，成本低廉、發(fā)展?jié)摿薮?，國?nèi)外已有大量關(guān)于脈沖強(qiáng)光在果蔬保鮮中的應(yīng)用研究，但目前在竹筍保鮮中的應(yīng)用報(bào)道較少，因此也需要開展此方面的研究。8.2其他加工技術(shù)相較于單一處理，協(xié)同技術(shù)作用下的竹筍活性成分提取率更高、改性BSDF的可溶性膳食纖維含量更高、理化特性更好。但目前針對(duì)這兩方面的研究主要集中于物理法聯(lián)合酶法，鮮見兩種物理法聯(lián)合或化學(xué)法聯(lián)合物理法等的研究。此外，單獨(dú)采用上述某種加工技術(shù)很難在保證竹筍制品安全的同時(shí)保持其感官品質(zhì)、營養(yǎng)價(jià)值不受影響。因此，針對(duì)竹筍不同的加工制品與殺菌要求，可以嘗試采用如超聲聯(lián)合高壓均質(zhì)、化學(xué)殺菌劑聯(lián)合超高壓等多種技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)來確定適宜的工藝條件與技術(shù)參數(shù)，達(dá)到協(xié)同增效的結(jié)果。8.3文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果目前，各種非熱加工技術(shù)在竹筍保鮮及加工中的應(yīng)用研究報(bào)道較多，但由于受竹筍品種、原料特性、工藝條件、技術(shù)參數(shù)等因素的影響，使得文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果各異。因此，有必要對(duì)各種非熱加工技術(shù)在竹筍保鮮及加工中的作用機(jī)制進(jìn)行深入研究。尤其需要重點(diǎn)圍繞非熱加工技術(shù)在抑制采后竹筍木質(zhì)化和褐變，促進(jìn)竹筍次生代謝物質(zhì)產(chǎn)生，提升竹筍品質(zhì)特性及其生物活性成分的功能特性等方面的工作機(jī)制開展深入和系統(tǒng)研究。這對(duì)促進(jìn)各種非熱加工技術(shù)在竹筍保鮮及加工中的工業(yè)化應(yīng)用具有重要的理論指導(dǎo)意義。9工技術(shù)研究隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對(duì)竹筍品質(zhì)提出了更高要求，高質(zhì)量的竹筍加