舰船餐厨垃圾的微波杀菌处理

张超，任凡，吴声敏

（中国舰船研究设计中心，湖北武汉 430064）

0 引言

近年来，随着我国海军舰船驶向远洋，舰船生活垃圾处理问题受到了普遍的重视，其中餐厨垃圾因其产量大、易产生二次污染、不易处理等特点，逐渐成为舰船生活垃圾处理的难点。早在20世纪70年代，国际上为了防止船舶垃圾污染海洋环境，制定了“73/ 78防污公约”（CMARPOL73/78）［1］，公约规定“食品废弃物应该在尽可能远离陆地处入海，禁止在距最近的陆地12 n mile以内处理入海。”规定中的食品废弃物就是餐厨垃圾，包括剩饭、剩菜、蔬菜根叶、瓜果皮核、废弃的动物组织等产生于餐厅、厨房的废弃物，其成分主要是水、糖类、蛋白质、脂肪、食盐等，由于含有丰富的有机营养成分，极易腐败、变臭，滋生虫害，污水横流。在舰船这个特殊的环境下，餐厨垃圾的处理问题更加突出，因为餐厨垃圾不仅产量大、难处理，而且随意抛洒又会在海面上留下大量的漂浮物，留下“尾迹”，因此为了保护海洋环境，同时为了维护我们国家负责任的大国形象，舰船餐厨垃圾应该进行防腐处理，实现长时间无污染存放的目的。

为了解决舰船餐厨垃圾处理的难题，各国海军都积极采取措施防治餐厨垃圾污染［2］，归纳这些措施的性质，可以将其分类为物理法（如焚烧、冷藏、高温杀菌、辐照杀菌）、化学法（如腌制、加防腐剂）、生物法（如微生物降解）等。结合舰船餐厨垃圾处理的特殊要求，我们提出应用微波杀菌技术来处理餐厨垃圾，这是一种在食品保鲜行业广泛应用的杀菌技术，具有能耗低、效率高、杀菌均匀等特点，比较适用于舰船餐厨垃圾的防腐处理。

1 微波杀菌概述

1．1 微波杀菌机理

微波是频率为300 MHz～300 GHz非电离辐射电磁波，微波加热技术在食品的灭酶、烫漂、解冻、干燥和杀菌保鲜方面得到了广泛应用［3］。

食品等有机物腐败的主要原因是由于其中含有霉菌类、细菌类、有芽抱的杆菌等微生物，若要对餐厨垃圾进行防腐处理必须消灭这些微生物。微波杀菌过程是微波对微生物体的热效应和非热力生物效应共同作用的结果。一方面，生物体受微波（较高频率）辐射后会吸收微波能而产生热效应，温度的快速升高使微生物体蛋白质结构发生变化，从而失去生物活性，使菌体死亡或受到严重干扰而无法繁殖;另一方面，微波的非热力生物效应能破坏微生物的机体，使活体组织变性，最终导致微生物死亡［4］。

尽管目前对微波杀菌机理的解释仍然存在争议，但是人们普遍认为，与一般的加热杀菌法相比，微波杀菌的有效温度比常规加热杀菌的有效温度低，且在一定的温度条件下，微波杀菌缩短了细菌致死的时间。因此，无论是微波辐射能使蛋白质变性、细胞膜机械性损伤还是酶功能的紊乱与失活，它们都不依赖于较高的温度，这是微波杀菌与传统加热杀菌最重要的区别，也是其优势所在。

1．2 微波杀菌在各行业中的应用

目前，随着研究越来越深入，微波杀菌法已被广泛应用在果蔬保鲜、食品加工、中药制剂等领域［5］，尤其是在美国、欧洲、日本等发达国家和地区发展较快，例如瑞士某公司研制的面包微波杀菌防霉装置，其频率为2 450 MHz，功率80 kW，面包片经微波照射1～2 min后，保质期由原来的3～4天延长至30～40天;意大利用微波技术对面条进行杀菌防霉处理。我国食品工业微波应用技术始于20世纪70年代，近年来得到了迅速的发展。

餐厨垃圾是废弃的食品，因此在食品防腐保鲜行业广泛应用的微波杀菌法也可以用于餐厨垃圾的防腐处理，尤其在舰船的环境下，应用微波杀菌技术防治餐厨垃圾腐败带来的污染更加适合，不仅节能环保，而且简便高效。

2 餐厨垃圾微波杀菌工艺

2.1 微波杀菌效果的影响因素

微波杀菌有很多优点，但若不能全面掌握它的特性，则很难获得最佳的杀菌效果，影响餐厨垃圾微波杀菌效果的主要因素如下:

1）微波功率。微波功率越大，杀菌效果越好，所需的杀菌时间越短。

2）微波杀菌时间。微波杀菌时间越长，温度上升越高，杀菌效果越好。

3）餐厨垃圾的包装材料。为了防止经过杀菌处理的餐厨垃圾被二次污染，要求将餐厨垃圾用塑料袋真空包装后再进行处理;

4）餐厨垃圾的水分含量。餐厨垃圾的水分含量太高，加热后水分汽化严重;水分含量太低又会降低微波杀菌的效果。滤除游离态污水并保持湿润的餐厨垃圾可以取得微波杀菌的良好效果。

2.2 餐厨垃圾微波杀菌工艺条件

在微波杀菌的诸多工艺参数中，微波加热温度和加热时间的设定最为关键。受到功率限制和包装材料最高耐受温度的制约，餐厨垃圾微波杀菌效果和微波杀菌的功率和时间必须找到一个最佳结合点，需由试验来设定微波杀菌的技术条件。

微波杀菌时，1 min照射时间内各种微生物致死的必须最低温度是已知的，如霉菌类是50～60℃，大肠杆菌是70℃，耐热菌是85℃，以此为标准做等温线B;包装材料受热破损的最低温度的等温线为A。图1中A线和B线之间的区域即为实用区域，在此区域内可选择照射功率和照射时间的组合［6］。

图1 微波杀菌工艺条件Fig．lMicrowave sterilization technological conditions

2.3 餐厨垃圾微波杀菌工艺流程

为了防止餐厨垃圾在杀菌处理后被二次污染，必须首先对餐厨垃圾进行真空密封包装，而在真空包装之前，需要对餐厨垃圾进行滤水、粉碎处理，以去除其中的污水，并将骨头等尖锐粉碎成小颗粒，防止其刺穿包装袋。餐厨垃圾在杀菌处理后能在舱室环境下存放而不产生污染。餐厨垃圾微波杀菌处理的工艺流程如图2所示。

3 餐厨垃圾微波杀菌试验

3.1 材料与方法

3.1.1 材料

某单位食堂当日产生的餐厨垃圾（成分包括蔬菜、米饭、肉类、鸡鱼骨头等，并滤除污水），塑料包装袋。

3.1.2 设备与仪器

餐厨垃圾处理装置，宁波阿勒法公司产品;恒温培养箱，西门子公司产品;快速检测探针温度计，美国Deltatrak公司产品。

3.1.3 方法

1）将餐厨垃圾在餐厨垃圾处理装置中处理，粉碎后进行真空包装，然后进行微波杀菌，每袋包装6 L餐厨垃圾，同批次包装多袋垃圾备用;

2）微波杀菌环节采用不同功率、不同时间的条件组合，并分别测量微波杀菌后餐厨垃圾的温度和菌落总数（菌落总数测量按照GB4789.2－1994）;同时为了做对比试验，采用水浴加热杀菌（90℃，4 min）的方法处理餐厨垃圾;

3）将处理后的垃圾袋置于28℃恒温培养箱中，每天测量其中的菌落总数变化，观察垃圾袋鼓胀情况。

3.2 结果与分析

3.2.1 微波功率与温度及杀菌效果的关系

为了比较不同的微波功率的效果，本试验设置了500 W，650 W，800 W，950 W四个不同的功率等级，杀菌时间为5 min，结果见表1。

从表1可以看出，微波杀菌功率对餐厨垃圾的温度变化和杀菌效果有着显著的影响，微波功率越高，温度上升越快，杀菌效果也越好。当采用950 W微波功率杀菌5 min时，温度上升至85℃，菌落总数小于1×l0 CFU，达到了国家食品卫生的相关标准。

3.2.2 微波杀菌时间与温度及杀菌效果的关系

在950 W的微波功率下，设置不同的加热时间分别为3 min，4 min，5 min和6 min。测量微波杀菌时间与温度、菌落总数间的关系，结果见表2。

从表2可以看出，微波杀菌时间越长，餐厨垃圾的温度越高，杀菌效果越好;采用950 W微波杀菌5 min时测得菌落总数即小于1×10 CFU，表明此时已经取得了理想的杀菌效果;当采用950 W微波功率杀菌6 min时，温度上升至93℃，塑料垃圾袋内残余水分有汽化现象，垃圾袋体局部软化起皱。分析认为，杀菌时间过长会使温度过高，导致包装材料损伤。同单纯加热杀菌相比，微波的非热力生物效应可在较低温度下短时间内杀灭细菌，因此要合理的设置微波加热的时间。

3.2.3 微波杀菌与水浴杀菌方法的效果对比

在26℃恒温培养箱中，微波杀菌、水浴加热杀菌后的餐厨垃圾每日菌落总数变化情况如表3所示。

从表3可以看出，水浴加热杀菌的初始杀菌效果不理想（1.5×102CFU），分析原因可能是在5 min的杀菌时间内对餐厨垃圾的加热不够均匀所致。水浴加热后的餐厨垃圾在26℃恒温储存过程中菌落总数始终高于微波杀菌处理法，而微波杀菌法的菌落总数增长相对较慢;同时观察发现，在第4天水浴加热处理的餐厨垃圾发酵产生的气体使垃圾袋鼓胀，在第6天时将密封的垃圾袋胀破;微波杀菌法垃圾袋第6天时仅略有鼓胀。对比实验证明了微波杀菌法的杀菌效果更好，继续存放试验证明可以将餐厨垃圾在室温下密封存放10天以上。

4 结语

1）餐厨垃圾处理采用微波杀菌法可以取得良好的杀菌效果，同传统的加热杀菌法相比，具有杀菌均匀、杀菌时间短、简便高效的优点，比较适用于舰船环境下的餐厨垃圾处理;

2）微波功率和杀菌时间对餐厨垃圾的杀菌效果有着显著的影响，微波功率越大、杀菌时间越长，杀菌效果越好，综合考虑下采用微波功率950 W、杀菌时间5 min的工艺条件较为适当;

3）舰船环境下餐厨垃圾处理围绕微波杀菌这一核心技术，采用“粉碎—真空包装—微波杀菌”处理流程，可以实现对餐厨垃圾的杀菌防腐，处理后的餐厨垃圾能在室温下密封存放10天以上，这期间不会腐烂发酵。

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［2］Technology for the United States Navy and Marine Corps，2000－2035:Becoming a 21 s'Century Force［Z］．Volune 2:Technology．

［3］杭锋，陈卫，龚广予，等．微波杀菌机理与生物学效应［J］．食品工业科技，2009，30（1）:333－336．

HANG Feng，CHENGWei，GONGGuang-yu，etal．Mechanisms of microwave inactivation and biological effects［J］．Science and Technology of Food Industry，2009，30 （1）:333－336．

［4］杨国峰，周建新．食品微波杀菌有关问题的探讨［J］．食品工业科技，2006，27（10）:593－596．

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［6］殷涌光，等．食品无菌加工技术与设备［M］．北京:化学工业出版社，2006．

YIN Yong-guang，et al．Thetechnologyandequipment germ-free food processing［M］．Beijing:Chenical Industry Press，2006．