高压技术在乳杀菌中的应用及其对乳品品质的影响.pdf

D a i r y G u i d e2 0 0 5 . 1 2 乳 业 导 刊!“#$% S t e r i l i z a t i o n ; Mi c r o o r g a n i s m ; Mi l k Q u a l i t y ; E f f e c t 高压技术在乳杀菌中的应用 及其对乳品品质的影响 摘要: 本文介绍了高压杀菌技术对提高乳品货架期的作用, 主要从高压技术对 乳中微生物的影响和破坏程度方面阐述, 并介绍了高压杀菌对乳蛋白和酸奶、 干酪、 奶 油、 婴儿配方奶粉等乳制品的品质影响。 关键词: 高压技术杀菌微生物乳品质影响 A p p l i c a t i o no f Hi g hP r e s s u r eT e c h n o l o g yi nMi l k S t e r i l i z a t i o na n dE f f e c t o nt h eQu a l i t yo f D a i r yP r o d u c t s Z H A N GP i n g L I X i a o - d o n g ( C o l l e g eo f F o o dS c i e n c e,N o r t h e a s t A g r i c u l t u r eU n i v e r s i t y,H a r b i n1 5 0 0 3 0 ) 前言 高压技术在食品中的应用和研究几乎与现代高 压技术的发展同步。1 8 9 9年,H i t e首先发现高压能延 长牛乳的保藏期, 和加热一样可起到杀菌作用。2 0世 纪9 0年代由日本明治屋食品公司首次应用于食品 工业中生产果酱,随后日本将高压技术应用于水果 制品、 果汁、 米糕和鱿鱼原料的生产。1 9 9 8年, 美国市 场出现了高压食品鳄梨酱。西班牙将高压技术应用 于生产薄片火腿。法国U L T I公司利用高压生产桔汁 和柚子汁 1,2 。尽管在1 0 0多年前, 就已开始研究高压 食品, 而直到近期各色的高压加工食品才推出, 主要 是由于最近才出现合适的设备,以及越来越多的消 费者要求食品中最低限度的加入添加剂,并具有稳 定的货架期。日本和欧美国家对该项技术的原理、 方 法、应用前景作了较多研究,而我国进行的研究较 少。到目前为止, 尽管关于乳制品( 如液态乳、 酸奶和 干酪) 高压杀菌的研究很多, 但市场上仍没有高压杀 菌乳制品销售。 1高压杀菌技术对乳中微生物的影响 高压处理同加热杀菌一样作为一项杀菌技术, 能有效提高产品的货架期, 防止产品品质变差。高压 4 2 2 0 0 5 . 1 2D a i r y G u i d e 乳 业 导 刊 !0 0 5 . 1 2D a i r y G u i d e 乳 业 导 刊 来稿请投至:l a o t o u x i e s o h u .c o m d a i r y g u i d e 1 6 3 .c o m 杀菌可以破坏微生物, 使产品达到商业无菌的要求, 但 若 要 完 全 杀 死 牛 奶 中 微 生 物 ,H o t e认 为 需 要 6 8 0 M p a条件下处理7天。高压破坏微生物的原理在 于使微生物细胞膜的大分子结构经不可逆的变化而 被破坏;使细胞壁和细胞质膜之间的中间层均匀性 遭破坏; 使膜中的A T P酶失活; 破坏用于蛋白质合成 的核酸和核糖体 3 。 通常, 多数微生物在1 0 0 M p a以上 加压处理即死亡, 一般细菌、 霉菌、 酵母菌的营养体 在3 0 0 - 4 0 0 M p a压力下可被杀死; 病毒、 寄生虫和其 它生物体相近,只要低压处理即可杀死。就细菌而 言, 其耐压性在稳定期要比对数生长早期强。革兰氏 阳性菌比革兰氏阴性菌的耐压性大,这是由于革兰 氏阳性菌含有磷壁酸, 增加了细胞壁的强度。 通常将高压杀菌定义为在室温或更高一点的温 度条件下,压力达到3 0 0 - 1 0 0 0 0 M p a,2 - 3 m i n处理食 物,在商业应用中压力常为4 0 0 - 7 0 0 M p a。牛乳在 6 5 0 M p a, 室温条件下, 处理1 0 m i n, 细菌的数目减少6 个对数期, 货架期延长。在1 4 0 0 M p a处理1 h, 室温 (2 4 - 2 7 ) 保存, 将会延后4天变酸; 在4 6 0 M p a,1 0 - 1 2 h条件处理也有同样效果。 研究发现若想降低压力 达到上述的杀菌效果, 只需升高温度 4 。 细菌芽孢失活需要更严格的条件,或与其它技 术结合, 如同热或细菌素相结合。T i m s o m和S h o r t发 现牛奶中有些细菌芽孢甚至在1 0 3 3 M p a条件下, 也 不失活。芽孢之所以比细菌的营养体更耐压, 这是由 于芽孢的蛋白质中的双吡啶羧酸对使细胞致死的溶 解和电离作用有抵抗作用。通过加压可以破坏芽孢, 是由于压力先使芽孢萌发为营养体细胞,而后将营 养体细胞杀死 5 。 另外, 若想延长货架期,H a y a k a w a等人的实验表 明:7 0 时, 高低压交替重复作用, 效果要好于单一压 力持续作用,因为细胞中受压的水分具有等热的膨 胀速率。在高压条件下,细胞液粘性及表面张力减 小, 细胞壁的渗透性增加。因此, 当压力突然释放时, 造成了孢子内外的压力差。7 0 时, 减弱了孢子表面 的物理强度, 使其在高压降低时, 对爆裂的敏感性增 加 6 。低温或高温条件也能加强杀菌作用, 提高微生 物致死率。非中性条件也有助于杀灭微生物, 使货架 期变长 7 。S t y l e s等人发现李斯特菌在牛奶中比在缓 冲液中更耐压, 这是由于牛奶中的糖、 蛋白质、 脂肪 给细菌细胞提供了更多的保护作用。G a r c i a - R i s s c o 等人观察到当脂肪含量高于全脂乳时,脂肪对高压 使细菌失活有明显的保护作用。 牛奶通常经4 0 0 M p a或5 0 0 M p a压力处理后, 就 会有一个合理的货架期。R a d e m a c h e r和K e s s e r实验 发现经4 0 0 M p a,1 5 m i n或5 0 0 M p a,3 m i n处理的高压 杀菌奶, 可以在1 0 保藏1 0天而不变质。但需注意 的是一些致病菌如李斯特菌和大肠杆菌O 1 5 7:H 7都 有一定耐压性, 不能够完全失活 8 。但可结合其它技 术使用, 已经证明中温(6 0 ) 条件对大肠杆菌和葡萄 球菌的破坏作用, 产乳酸物质3 1 4 7对葡萄球菌和李 斯特菌的破坏,以及利用中温 (5 0 )和溶菌酶及 N i s i n对大肠杆菌的破坏。G a r c i a - R i s c o研究表明 4 0 0 M p a、2 5 、3 0 m i n处理牛奶,立即检验不含嗜冷 菌;7 保存4 5天嗜冷菌数目达1 0 7 c f u / m l, 但仍比未 经高压处理的牛奶保存1 5天后所含数目少。认为这 是由于高压使一定比例细菌弱致死,冷藏条件下缓 慢生长。R a d e m a c h e r和K e s s l e r发现乳中的磷酸己 糖异构酶、 -谷氨酰基转移酶、 碱性磷酸酶分别在压 力为3 5 0、4 0 0、6 0 0 M p a以上时,活性减小;压力为 5 5 0、6 3 0、8 0 0 M p a时, 完全失活。可将这几种酶联合 使用作为压力处理内部强度的指示剂。M u s s a建议用 碱性磷酸酶减少的百分量作为杀菌效果的指示剂。 总之,高压处理可有效杀死细菌的营养体和芽孢, 4 0 0 - 5 0 0 M p a压力处理即可达到加热杀菌的效果, 延 长乳制品的货架期。 2高压处理对乳中蛋白的影响 高压杀菌的作用在于破坏非共价键,如氢键和 离子键, 同加热杀菌相比, 对影响食物的气味、 颜色 和营养价值的小分子没有或有很小影响。所以主要 讨论其对乳蛋白质的影响。 高压使蛋白质构型改变,裸露的疏水性基团的 增加, 蛋白质的气泡性、 乳化性、 胶凝性和系水力都 可能被影响,有利于新的功能食品成分的制备及新 产品的生产。K u m e n o等报道浓度为2 5 %的复原乳或 冷冻炼乳, 采用高压处理(3 0 0 - 6 0 0 M p a、5 m i n、5 ) 可 产生因压力引起的凝块。高压处理前, 在炼乳中加入 1 0 %的糖, 提高了凝块强度及粘度, 可利用此特性开 发甜食。 蛋白质经高压处理,其疏水结合及离子结合会 因体积的缩小而切断,于是立体构造崩溃而导致蛋 白质的变性。高压对蛋白质的一级结构没有影响, 不 利于二级结构的稳定, 对三级结构有较大影响, 四级 结构对压力非常敏感。通常2 0 0 M p a, 第三级结构发 生明显改变;7 0 0 M p a以上,二级结构可发生不可逆 4 3 D a i r y G u i d e2 0 0 5 . 1 2 乳 业 导 刊!“#$%4 和 2 0 处理,平均离子直径为5 0 n m( 未经处理的为 1 0 0 n m) 9 。 3高压处理对乳品品质的影响 3 .1奶油 高压可引起脂肪相转变温度的改变, 加速、 加强 脂肪结晶, 减少脂肪硬化的时间 1 0 。D u m a y等人研 究表明稀奶油的流动性和脂肪球的大小、分布没有 因高压处理明显地改变。 在4 5 0M p a、2 5 、1 5 - 3 0 m i n 或1 0 、3 0 m i n条件下, 物理稳定性也是没有改变的, 而在4 5 0 M p a,无论是2 5 、2 5 m i n或3 0 m i n,或是 1 0 或4 0 、3 0 m i n,高压杀菌奶油都可能有脂肪球 聚集物的形成, 粘性大幅度提高, 在冷藏储存时, 这 种聚集物部分分解。 3 .2酸奶 酸奶的后酸化( 储藏后酸度增加) 问题一直困扰 着人们。T a n a k a和H a t a n a k a研究了高压杀菌对酸奶 的后酸化和酸奶中乳酸菌含量的影响。实验结果表 明, 在室温下, 压力为2 0 0 M p a - 3 0 0 M p a条件下处理 1 0分钟, 可有效阻止后酸化的过程, 同时, 保证酸奶 中乳酸菌的数目不减少。压力低于2 0 0 M p a时, 不能 阻止后酸化, 压力高于3 0 0 M p a时, 虽阻止后酸化, 但 乳酸菌数目减少, 因此, 认为2 0 0 M p a - 3 0 0 M p a处理, 能够有效的保证酸奶的质量。另外, 压力引起乳清蛋 白系水力的增加, 致使乳清蛋白溶液粘性的增加, 有 利于酸奶的生产。 3 .3干酪 高压处理可减少凝乳时间, 增加干酪的产量。压 力为2 0 0 M p a时, 大多数研究表明牛乳、 山羊乳、 绵羊 乳的凝乳时间(R C T) 减小。D e s o b r y - B a n o n等人认为 这是由于高压破坏酪蛋白胶束, 增加其表面积, 也增 加了粒子相互碰撞的可能。在较高的压力处理乳, R C T值反而增加, 同未经处理乳的R C T值相近。 生产 软质干酪时, 经3 0 0 - 4 0 0 M p a,3 0 m i n处理的乳要比未 经处理的乳的产量增加2 0 %。同巴氏杀菌乳制成的 干酪相比,高压杀菌乳生产干酪产量增加是由于保 留更多的水分和蛋白质( 主要是 -乳球蛋白) , 乳清 蛋白的损失减少, 乳清中含有较少的 -乳球蛋白。 水 分的保留是由于高压处理后酪蛋白胶束和脂肪球较 少的重聚合, 使得更多的水分进入干酪的网络结构。 乳清蛋白的存在, 也束缚干酪中水分, 但也可能有相 反影响。由高压杀菌山羊乳制得的干酪和去脂干酪 含有较高的盐分, 这可能与干酪水分中含盐有关; 脂 肪分解水平同原料乳生产的干酪相似,而巴氏杀菌 乳生产的干酪脂肪分解水平很低。这是由于乳中脂 酶对热敏感, 但耐压。 压力的改变可引起干酪硬度的改变,压力为 4 4 2 0 0 5 . 1 2D a i r y G u i d e 乳 业 导 刊 !0 0 5 . 1 2D a i r y G u i d e 乳 业 导 刊 来稿请投至:l a o t o u x i e s o h u .c o m d a i r y g u i d e 1 6 3 .c o m 2 0 M p a和4 0 M p a时,凝块的硬度比常压下分别增加 2 0 %和1 0 %,而后随压力上升,凝块硬度 下 降 , 1 3 0 M p a条件下, 没有凝块形成。另外, 高压处理不影 响皱胃酶对乳的凝结率,对皱胃酶活性的影响也可 忽略。D r a k e等人比较了高压杀菌乳和巴氏杀菌乳制 成的干酪, 在感官上的区别不明显, 高压杀菌制成的 干酪具有质地松软、 成糊状的特性, 这是由于其含有 较多的水分。而干酪的高水分含量是因为酪蛋白系 水力增强以及乳清蛋白和酪蛋白结合存在。这对于 改 善 去 脂 干 酪 的 质 量 和 增 加 产 量 都 十 分 有 利 。 4 0 0 M p a处理的样品, 硬度较小, 不太像固体, 有粘着 性和伸缩性。 高压增加乳酸球菌和乳酸杆菌水解 -酪蛋白末 端羧基片段的能力, 这使干酪产生苦味。因此高压处 理时, 应添加具有脱苦处理作用的酶。 经高压处理, 可有效去除干酪中的微生物。干酪 中微生物对高压的敏感性是: 娄地干酪青霉大肠杆 菌金黄色葡萄球菌。在高压杀菌乳中发现的少量大 肠杆菌, 但制成干酪后并未发现。这可能是由于一些 细胞在高压杀菌受到弱致死伤害,从而在干酪中死 亡。 3 .4婴儿配方奶粉 由于人乳中含 -乳白蛋白而不含 -乳球蛋白, 婴儿配方奶粉生产时, 利用高压激活嗜热菌蛋白酶, 水解乳清蛋白中的 -乳球蛋白, 而 -乳白蛋白由于 存在四个二硫键不发生水解。另外, -乳球蛋白比 -乳白蛋白对压力更敏感,在2 0 0 M p a左右开始变 性, 因此利于嗜热菌蛋白酶作用。O k a m o t o等人应用 1 0 0 - 3 0 0 M p a的压力3 0 经嗜热菌蛋白酶3小时的 分解, 去除乳清中 -乳球蛋白 1 2 。另外, 高压处理乳 清蛋白浓缩物优于酶水解, 产品低盐, 并避免了过度 水解, 利于配方奶粉生产 1 3 。 4应用发展前景 高压杀菌技术能有效保持乳制品原有的色、香、 味和营养成分, 可减少化学添加剂的应用。压力瞬时 传到乳制品的中心, 时间短, 乳制品成分受压均一, 并能高效利用能源。乳制品中蛋白质的性能发生改 变, 利于生产加工, 比如高压生产干酪, 可减少凝乳 时间, 增加干酪产量, 并且微生物安全性上要好于普 通原料乳生产的干酪。但高压食品生产还存在着生 产技术和设备工厂化、 包装材料耐压性等问题, 需进 一步研究 1 4 。总之, 高压杀菌技术作为一项人们认 同的新的冷杀菌技术,在乳品工业有非常广阔的发 展前景。 参考文献: 1 . M FS a nM a r t i ne t a l .F o o dp r o c e s s i n gb yh i g h h y d r o s t a t i cp r e s s u r e J .C r i t i c a l R e v i e w si nF o o d S c i e n c ea n dN u t r i t i o n . 2 0 0 2 ( 6 ):6 2 7 2 . W.M e s s e n se t a l . H i g h - P r e s s u r ep r o c e s s i n gt o i m p r o v ed a i r yp r o d u c t q u a l i t y .D a i r yp r o c e s s i n g M .3 1 0 - 3 3 0 3 . ND a t t a,H CD e e t h . H i g hP r e s s u r ep r o c e s s i n g o f m i l ka n dd a i r yp r o d u c t s J .A u s t r a l i a nJ o u r n a l o f D a i r yT e c h n o l o g y . 1 9 9 9 ( 1 ):4 1 4 .陈祥奎.超高压杀菌新技术.食品与发酵工业 J . 1 9 9 5, (4) :6 9 7 9 5 .陈寿鹏.高压在食品方面的应用.食品科学 J . 1 9 9 4(3) :3 - 7 6 .邱伟芬等.食品超高压杀菌技术及其研究进展. 食品科学 J .2 0 0 1,2 2(5) :8 1 - 8 4 7 .李汴生等.超高压杀菌及其反应动力学.食品科 学 J . 1 9 9 7,1 8(9) :3 - 9 8 .张和平等.高压下牛乳I g G的变性及稳定化作 用.食品科学 J .1 9 9 8,1 9(4) :1 0 - 1 2 9 . G e u c h e r o nFe t a l . C o m b i n e de f f e c t so f t e m p e r a t u r ea n dh i g h - p r e s s u r et r e a t m e n t so nt h e p h y s i c o c h e m i c a l c h a r a c t e r i s t i c so f s k i m m i l k J