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巴氏灭菌法

巴氏灭菌法(pasteurization),亦称低温消毒法,由法国微生物学家巴斯德发明的冷杀菌法,是一种利用较低的温度既可杀死病菌又能保持物品中营养物质风味不变的消毒法,常常被广义地用于定义需要杀死各种病原菌的热处理方法。

采用较低温度(一般在零上60~82℃),在规定的时间内,对食品进行加热处理,达到杀死微生物营养体的目的,是一种既能达到消毒目的又不损害食品品质的方法。由法国微生物学家巴斯德发明而得名。巴氏杀菌热处理程度比较低,一般在低于水沸点温度下进行加热,加热的介质为热水 [1]

巴氏杀菌是将混合原料加热至68~70℃,并保持此温度30min以后急速冷却到4-5℃。因为一般细菌的致死点均为温度68℃与时间30min以下,所以将混合原料经此法处理后,可杀灭其中的致病性细菌和绝大多数非致病性细菌;混合原料加热后突然冷却,急剧的热与冷变化也可以促使细菌的死亡 [2]

在一定温度范围内,温度越低,细菌繁殖越慢;温度越高,繁殖越快(一般微生物生长的适宜温度为28℃37℃)。但温度太高,细菌就会死亡。不同的细菌有不同的最适生长温度和耐热、耐冷能力。巴氏消毒其实就是利用病原体不是很耐热的特点,用适当的温度和保温时间处理,将其全部杀灭。但经巴氏消毒后,仍保留了小部分无害或有益、较耐热的细菌或细菌芽孢,因此巴氏消毒牛奶要在4℃左右的温度下保存,且只能保存3~10天,最多16天。

当今使用的巴氏杀菌程序种类繁多。“低温长时间”(LTLT)处理是一个间歇过程,如今只被小型乳品厂用来生产一些奶酪制品。“高温短时间”(HTST)处理是一个“流动”过程,通常在板式热交换器中进行,如今被广泛应用于饮用牛奶的生产。通过该方式获得的产品不是无菌的,即仍含有微生物,且在储存和处理的过程中需要冷藏。“快速巴氏杀菌”主要应用于生产酸奶乳制品。国际上通用的巴氏高温消毒法主要有两种:

一种是将牛奶加热到62~65℃,保持30分钟。采用这一方法,可杀死牛奶中各种生长型致病菌,灭菌效率可达97.3-~99.9-,经消毒后残留的只是部分嗜热菌及耐热性菌以及芽孢等,但这些细菌多数是乳酸菌,乳酸菌不但对人无害反而有益健康。

第二种方法将牛奶加热到75~90℃,保温15~16s,其杀菌时间更短,工作效率更高。但杀菌的基本原则是,能将病原菌杀死即可,温度太高反而会有较多的营养损失。

PU,在60℃温度下保温一分钟即称为灭菌强度是一个PU.

巴氏杀菌热处理程度比较低,一般在低于水沸点温度下进行加热,加热的介质为热水。不同的食品采用巴氏杀菌,有着不同的目的。某些食品,特别是牛乳、全蛋、蛋清和蛋黄,巴氏杀菌主要是破坏可能存在的病原菌,如结核杆菌和沙门氏菌。另外,大多数食品,如啤酒、果酒(葡萄酒)和果汁等采用巴氏杀菌的目的是从微生物和酶的角度来延长产品的货架寿命。一般经过巴氏杀菌的食品仍会含有许多能够生长的微生物,通常每毫升或每克中有几千个活菌,比商业杀菌的产品的贮藏期有所缩短。巴氏杀菌技术除用于液态食品(果汁、牛乳)、酸性食品和果酱罐头等外,还向其他领域渗透,如处理带壳牡蛎时用蒸汽处理法会降低牡蛎的含菌数。它的优点就是在较低温度、较短时间内处理食品,最大限度地使食品的色、香、味以及营养成分免受高温长时间处理的破坏 [1]

主要为牛奶的一种灭菌法,既可杀死对健康有害的病原菌又可使乳质尽量少发生变化。也就是根据对耐高温性极强的结核菌热致死曲线和乳质中最易受热影响的奶油分离性热破坏曲线的差异原理,在低温下长时间或高温下短时间进行加热处理的一种方法。其中,在60℃以下加热30分钟的方式,作为低温灭菌的标准,早为世界广泛采用。利用高温处理,虽对乳质多少有些影响,但可增强灭菌效果,这种方法称为高温灭菌(sterilization),也就是在95℃以上加热20分钟。巴氏灭菌法除牛奶之外,也可应用于发酵产品。通常,市场上出售的袋装牛奶就是采用巴氏灭菌法生产的。工厂采来鲜牛奶,先进行低温处理,然后用巴氏消毒法进行灭菌。用这种方法生产的袋装牛奶通常可以保存较长时间。当然,具体的处理过程和工艺要复杂的多,不过总体原则就是这样。

需要指出的是,喝新鲜牛奶(指刚刚挤出的牛奶)反而是不安全的,因为它可能包含对我们身体有害的细菌。另一点是,巴氏消毒法也不是万能的,经过巴氏消毒法处理的牛奶仍然要储存在较低的温度下(一般<4℃),否则还是有变质的可能性。因此市场上很多出售袋装牛奶的方法是很不规范的。

巴氏消毒牛奶是世界上消耗最多的牛奶品种,英国、澳大利亚、美国、加拿大等国家巴氏消毒奶的消耗量都占液态奶80-以上,品种有全脱脂、半脱脂或全脂的。在美国市场上,实际几乎全是巴氏消毒奶,而且是大包装(1升、2升、1加仑)的,市民上超市一次就买够一个星期喝的鲜奶。市场很少有灭菌纯牛奶卖,有的小城镇根本买不到。

巴氏消毒纯鲜奶较好地保存了牛奶的营养与天然风味,在所有牛奶品种中是最好的一种。其实,只要巴氏消毒奶在4℃左右的温度下保存,细菌的繁殖就非常慢,牛奶的营养和风味就可在几天内保持不变。

巴氏灭菌法解决啤酒变酸的问题。当时,法国酿酒业面临着一个令人头疼的问题,那就是葡萄酒在酿出后会变酸,根本无法饮用。而且这种变酸现象还时常发生。巴斯德受人邀请去研究这个问题。经过长时间的观察,他发现使葡萄酒变酸的罪魁祸首是乳酸杆菌。营养丰富的葡萄酒简直就是乳酸杆菌生长的天堂。采取简单的煮沸的方法是可以杀死乳酸杆菌的,但是,这样一来葡萄酒也就被煮坏了。巴斯德尝试使用不同的温度来杀死乳酸杆菌,而又不会破坏葡萄酒本身。最后,巴斯德的研究结果是:以63.5℃的温度加热葡萄酒半小时,就可以杀死葡萄酒里的乳酸杆菌,而不必煮沸。这一方法挽救了法国的酿酒业。

随着技术的进步,人们还使用超高温灭菌法(UHT超高温瞬间灭菌,高于100℃,但是加热时间很短,对营养成分破坏小)对牛奶进行处理。经过这样处理的牛奶的保质期会更长。我们看到的那种纸盒包装的牛奶大多数是采用这种方法。

在液体介质中利用脉冲放电的生物效应杀菌,杀菌设备一般由供给能量的脉冲放电电源和液体物料直接杀菌的杀菌室两大部分构成,工作原理:脉冲放电杀菌时,把液态物料作为电介质置于杀菌室两电极间隙内或连续流过杀菌室的两电极间隙,当两电极加上一定强度和频率的脉冲电场时,在液态物料中产生极强烈的生物效应杀死其中的细菌。

在导电的溶液中,由于在电极和溶液界面上交换电子而引起的氧化还原反应,这种技术的反应分2种,一种是在外界电能的作用下发生的,一种是没有外接电源而是靠外界的光能、热能或者其他形式的能量激发而成。

一般是指果蔬汁类的液体物料内通过数百赫兹以下的低频交流电杀死微生物细菌的方法,其中有一种扩展使用方法,利用交流电的热效应,也称之为电阻加热技术,它是利用连续流动的导电液体的电阻热效应来进行加热,以达到杀菌目的。

利用超声波在固体、液体、和气体中传播时的空化效应、力学效应、化学效应、热效应、弥散效应、声流效应、毛细效应、触变效应的一系列反应来达到杀菌目的。

激光是一种电磁波,也是一种能量流(光子流),利用当它作用在生物体产生的一些特殊生物效应(化学反应、热效应、电子效应、压力效应、生物刺激效应)的工作原理杀菌。

利用强烈白光闪照的技术进行杀菌,该技术一般用于处理食品的表面杀菌,可以延长透明物料的预包装食品的货架期。

无论是恒定磁场还是脉冲磁场都能有效地抑制某些微生物和细菌的生长,当达到一定的磁场强度时利用通过抑制食品的自由基活动、影响蛋白质和酶的活性使酶、氨基酸、核酸、蛋白质等生物大分子失去活性,杀死细菌。

微波能的热效应:在一定强度微波场的作用下,食品中的虫类和菌体会因分子极化现象,吸收微波能升温,从而使其蛋白质变性,失去生物活性。微波的热效应主要起快速升温杀菌作用;

微波能的非热效应:高频的电场也使其膜电位、极性分子结构发生改变;使微生物体内蛋白质和生理活性物质发生变异,而丧失活力或死亡。在灭菌中起到了常规物理灭菌所没有的特殊作用,也是造成细菌死亡原因之一。

路易斯巴斯德(Louis Pasteur) (1821-1895.9.25) 法国微生物学家、化学家,近代微生物学的奠基人。像牛顿开辟出经典力学一样,巴斯德开辟了微生物领域,创立了一整套独特的微生物学基本研究方法,开始用“实践-理论-实践”的方法开始研究,他也是一位科学巨人。

路易斯巴斯德被世人称颂为 “进入科学王国的最完美无缺的人”,他不仅是个理论上的天才,还是个善于解决实际问题的人。他于1843年发表的两篇论文“双晶现象研究”和“结晶形态”,开创了对物质光学性质的研究。1856年至1860年,他提出了以微生物代谢活动为基础的发酵本质新理论,1857年发表的“关于乳酸发酵的记录”是微生物学界公认的经典论文。1880年后又成功地研制出鸡霍乱疫苗、狂犬病疫苗等多种疫苗,其理论和免疫法引起了医学实践的重大变革。此外,巴斯德的工作还成功地挽救了法国处于困境中的酿酒业、养蚕业和畜牧业。

巴斯德被认为是医学史上最重要的杰出人物。巴斯德的贡献涉及到几个学科,但他的声誉则集中在保卫、支持病菌论及发展疫苗接种以防疾病方面。

巴斯德并不是病菌的最早发现者。在他之前已有基鲁拉、包亨利等人提出过类似的假想。但是,巴斯德不仅热情勇敢地提出关于病菌的理论,而且通过大量实验,证明了他的理论的正确性,令科学界信服,这是他的主要贡献。

显然病因在于细菌,那么显而易见,只有防止细菌进入人体才能避免得病。因此,巴斯德强调医生要使用消毒法。向世界提出在手术中使用消毒法的约瑟夫辛斯特便是受了巴斯德的影响。有毒细菌是通过食物、饮料进入人体的。巴斯德发展了在饮料中杀菌的方法,后称之为巴氏消毒法(加热灭菌)。

传染病

巴斯德50岁时将注意力集中到恶性痈痕上。那是一种危害牲畜及其他动物,包括人在内的传染病;巴斯德证明其病因在于一种特殊细菌。他使用减毒的恶性痈疽杆状菌为牲口注射。

1881年,巴斯德改进了减轻病原微生物毒力的方法,他观察到患过某种传染病并得到痊愈的动物,以后对该病有免疫力。据此用减毒的炭疽、鸡霍乱病原菌分别免疫绵羊和鸡,获得成功。这个方法大大激发了科学家的热情。人们从此知道利用这种方法可以免除许多传染病。 [3]

狂犬病

1882年,巴斯德被选为法兰西学院院士,同年开始研究狂犬病,证明病原体存在于患兽唾液及神经系统中,并制成病毒活疫苗,成功地帮助人获得了该病的免疫力。按照巴斯德免疫法,医学科学家们创造了防止若干种危险病的疫苗,成功地免除了斑疹伤寒,小儿麻痹等疾病的威胁。

说到狂犬病,人们自然会想到巴斯德那段脍炙人口的故事。在细菌学说占统治地位的年代,巴斯德并不知道狂犬病是一种病毒病,但从科学实践中他知道有侵染性的物质经过反复传代和干燥,会减少其毒性。他将含有病原的狂犬病的延髓提取液多次注射兔子后,再将这些减毒的液体注射狗,以后狗就能抵抗正常强度的狂犬病毒的侵染。1885年人们把一个被疯狗咬得很厉害的9岁男孩送到巴斯德那里请求抢救,巴斯德犹豫了一会后,就给这个孩子注射了毒性减到很低的上述提取液,然后再逐渐用毒性较强的提取液注射。巴斯德的想法是希望在狂犬病的潜伏期过去之前,使他产生抵抗力。结果巴斯德成功了,孩子得救了。在1886年还救活了另一位在抢救被疯狗袭击的同伴时被严重咬伤的15岁牧童朱皮叶,记述着少年的见义勇为和巴斯德丰功伟绩的雕塑就坐落的巴黎巴斯德研究所外。巴斯德在1889年发明了狂犬病疫苗,他还指出这种病原物是某种可以通过细菌滤器的“过滤性的超微生物”。

预防接种技术

巴斯德本人最为著名的成就是发展了一项对人类进行预防接种的技术。这项技术可使人类抵御可怕的狂犬病。其他科学家应用巴斯德的基本思想先后发展出抵御许多种严重疾病的疫苗,如预防斑疹伤寒和脊髓灰质炎等疾病。

正是他做了比别人多得多的实验,令人信服地说明了微生物世界的产生过程。巴斯德还发现了厌氧生活现象,也就是说某些微生物可以在缺少空气或氧气的环境中生存。巴斯德对蚕病的研究具有极大的经济价值。他还发展了一种用于抵御鸡霍乱的疫苗。

人们经常将巴斯德同英国医生爱德华琴纳比较。琴纳发展了一种抵御天花的疫苗,而巴斯德的方法已经应用于防治很多种疾病。

1854年9月,法国教育部委任巴斯德为里尔工学院院长兼化学系主任,这时的他对酒精工业发生了兴趣,而制作酒精的一道重要工序就是发酵。当时里尔一家酒精制造工厂遇到技术问题,请求巴斯德帮助研究发酵过程,巴斯德深入工厂考察,把各种甜菜根汁和发酵中的液体带回实验室观察。经过多次实验,他发现,发酵液里有一种比酵母菌小得多的球状小体,它长大后就是酵母菌。

不久,在菌体上长出芽体,芽体长大后脱落,又成为新的球状小体,在这循环不断的过程中,甜菜根汁就“发酵”了。巴斯德继续研究,弄清发酵时所产生的酒精和二氧化碳气体都是酵母使糖分解得来的。这个过程即使在没有氧的条件下也能发生,他认为发酵就是酵母的无氧呼吸并控制它们的生活条件,这是酿酒的关键环节。

1857年路易斯巴斯德年发表的“关于乳酸发酵的记录”是微生物学界公认的经典论文。 [4]

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