（食品科学专业论文）CO2在原料乳中的抑菌作用及延长农家干酪保质期的应用研究.pdf

摘要 摘要 c 0 2 作为乳中天然存在的成分，是一种天然、安全的抑菌剂，此外c 0 2 的成本低、在生 产中容易操作。农家干酪的风味清淡、酸爽，容易被我国消费者接受：此外，它具有生产周 期短、资金周转快、出品率高等特点，是我国推广干酪产业的首选：但由于它是一种冷包装 的鲜食干酪，所以具有较短的货架期。本研究旨在应用c 0 2 延长农家干酪的保质期。首先研 究了c 0 2 对乳中主要腐败菌的抑制效果：在此基础上用c 0 2 酸化牛乳制作农家干酪，通过比 较对照干酪与c 0 2 处理千酪在贮藏过程中的微生物指标的变化，研究了添加c 0 2 对农家干酪 保质期的影响；然后又对两种农家干酪的制作时间，干酪的成分、成分回收率和产率进行了 对比研究：最后，对添加c 0 2 农家干酪的制作工艺进行优化研究，以在应用c 0 2 延长农家干 酪保质期的同时获得品质好、产率高的产品。 1 利用g o m p e r t z 数学模型量化研究了c 0 2 对乳中主要腐败菌的抑制效果，结果表明： 在0 、4 、8 。c 下，溶解c 0 2 的浓度越高，对乳中假单胞菌、肠杆菌科细菌和乳酸菌的抑制作 用越大；c 0 2 的抑菌作用大小为：假单胞菌 肠杆菌科细菌 乳酸菌，即c 0 2 对革兰氏阴性菌 的抑制作用大于革兰氏阳性菌。在0 、4 、8 下，溶解4 2 2 7m m o l l c 0 2 将原料乳的保存期 分别延长到约为5 4 、4 8 和2 4 小时，而对照组分别为3 0 、2 4 和1 2 小时，都将近延长一倍。 2 ，研究了添加c 0 2 对农家干酪贮藏期间微生物等指标变化的影响，结果表明：在冷藏与 常温条件下，对照干酪的保质期分别为8 天和3 天左右，而c 0 2 处理组干酪的保质期分别为 1 7 大和6 天左右，分别能够延长约9 天和3 天；添加c 0 2 对农家干酪中嗜冷菌、酵母菌、霉 菌和大肠菌群的生长均具有抑制作用；添加c 0 2 使农家干酪的p h 值下降速度都减缓；对于 c 0 2 处理组干酪，随贮藏时间的延长，干酪中的c 0 2 含趋都在逐渐降低，但是低温存放时的 c 0 2 损失量相对较小。 3 通过比较对照农家干酪与c 0 2 处理干酪的制作时间、成分、成分回收率和产率得出： c 0 2 处理干酪的制作时间显著低于对照干酪，两者之间相差约2 5 h ；添加c 0 2 使农家干酪中 的同形物含量以及l 削形物回收率显著降低，但对蛋白质含量和蛋白质回收率影响不大；添加 c 0 2 使农家干酪的产率显著降低。 4 为了改善添加c 0 2 农家干酪的感官质量并提高产率，进行制作工艺优化研究。首先对 影响凝乳性能与风味的因素作单因素试验，初步确定凝乳条件为：发酵剂添加量为5 、发 酵剂中乳脂链球菌与乳酸链球菌的比例为l ：4 、c 0 2 酸化p h 值为6 1 、c a c l 2 添加量为0 0 0 5 以及凝乳酶添加量为o 0 1 。在此基础上，应用b o x b e h n k e n 模型，以c 0 2 酸化p h 值、 c a c i 2 添加鼙和凝乳酶添加量三个因素为自变量，以干酪感官综合评分、硬度和产率为响应 值进行响应面优化试验，优化出的最佳工艺参数范围为：c 0 2 酸化p h 值为6 1 5 6 2 8 ，c a c l 2 添加鼍为0 0 0 2 1 v o 0 0 6 1 ，凝乳酶添加量为0 0 0 6 7 0 0 - 0 0 1 0 8 ，其中c 0 2 酸化p h 值对干 东北农业大学工学硕十学位论文 酪感官、硬度与产率的影响最显著，而c a c i 2 添加量和凝乳酶添加量的影响都相对较小。在 此条件卜制作出的添加c 0 2 农家干酪的感官较好，硬度适宜，产率较高，并且凝乳酶用是可 以节约5 0 左右，降低了制作成本。 关键词：二氧化碳；抑菌：农家干酪；保质期；工艺优化 a b s t r a c t a n t i b a c t e r i a le l y e c to fc a r b o nd i o x i d ei nr a wm i l ka n d a p p l i c a t i o n i ne x t e n d i n gt h es h e l f - l i f eo f c o t t a g e c h e e s e a b s t r a c t a st h en a t u r a ic o m p o n e n ti nr a wm i l k ，c a r b o nd i o x i d ei sas o r to fn a t u r a la n ds a f eb a c t e r i a l i n h i b i t o r , f u r t h e r m o r e ，t h ec o s to f c a r b o nd i o x i d ei sl o wa n di ti se a s yt om a n i p u l a t ei np r o d u c t i o n t h ef l a v o ro fc o r a g ec h e e s ei se a s yt ob ea c c e p t e df o rc o n s u m e r si nc h i n ab e c a u s ei t sf l a v o ri s w e a ka n ds o u r , f u r t h e r m o r e ，c o t t a g ec h e e s eh a ss o m eo t h e rc h a r a c t e r s ，f o re x a m p l e ，i t sp r o d u c t i o n p e r i o di ss h o r t , i t sf u n dt u r n o v e ri sq u i c ka n di t sy i e l de f f i c i e n c yi sh i g h 。c o t t a g ec h e e s ei st h ef i r s t c h o i c ew h e nc h i n ap o p u l a r i z e si t sc h e e s ei n d u s t r y c o t t a g ec h e e s ei sas o r to ff r e s hc h e e s ea n di t s p a c k a g i n gi sc o l d ，s ot h es h e l fl i f eo fc o t t a g ec h e e s ei ss h o r t t h ep u r p o s eo ft h i ss t u d yi sa p p l y i n g c a r b o nd i o x i d et oe x t e n dt h es h e l fl i f eo fc o t t a g ec h e e s e 。f i r s t ，t h eb a c t e r i o s t a s i se f f e c to fc a r b o n d i o x i d et om a i np u t r e f y i n gb a c t e r i ai nr a wm i l kw a ss t u d i e d o nt h i sb a s e s ，m a k i n gc o t t a g ec h e e s e w i t ha c i d i f y i n gr a wm i l k ，a n dt h e nw es t u d i e dt h ee f f e c to fa d d i n gc a r b o nd i o x i d eo nt h es h e l fl i f e o fc o t t a g ec h e e s eb yc o m p a r i n gm i c r o b i a ln u m b e ro fc o n t r o lc h e e s ea n dc a r b o nd i o x i d et r e a t e d c h e e s ed u r i n gs t o r a g e w ec o m p a r e dt h em a k i n gp r o c e s s ，c o m p o n e n t ，c o m p o n e n tr e c o v e r yr a t ea n d y i e l do fc o t t a g ec h e e s e a tl a s t ，w eo p t i m i z e dm a k i n gp r o c e s so fc o t t a g ec h e e s ea d d e dw i t hc a r b o n d i o x i d et og e th i g hq u a l i t ya n dh i g hy i e l dc o t t a g ec h e e s ew h e na p p l y i n gc a r b o nd i o x i d et oe x t e n d t h es h e l fl i f eo fc o t t a g ec h e e s e 。 1 t h eb a c t e r i o s t a s i se f f e c to fc a r b o nd i o x i d et om a i np u t r e f y i n gb a c t e r i ai nr a wm i l kb y g o m p e r t zm a t h e m a t i c a lm o d e lw a ss t u d i e d t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a ta t0 ，4 ，a n d7 ，t h eh i g h e r t h ec o n c e n t r a t i o no fc a r b o nd i o x i d ei s ，t h e g r e a t e rb a c t e r i o s t a s i s e f f e c t s o np s e u d o m o n a s ， e n t e r o b a c t e r i a c e a ea n dl a c t o b a c i l l u si nr a wm i l ka r e t h es t r e n g t ho fc a r b o nd i o x i d eb a c t e r i o s t a s i s e f f e c t si s p s e u d o m o n a s e n t e r o b a c t e r i a c e a e l a c t o b a c i l l u s d i s s o l v i n g4 2 2 7 m m o l lc a r b o n d i o x i d ec o u l de x t e n dt h es h e l fl i f eo fr a wm i l kt o5 4 h ，4 8 ha n d2 4 hr e s p e c t i v e l y , b u tt h ec o n t r o l s a m p l e sa r e3 0 h ，2 4 h ，a n d12 hr e s p e c t i v e l y , e x t e n d i n go n et i m en e a r l y 2 t h ee f f e c to fa d d i n gc a r b o nd i o x i d eo nm i c r o b i a ln u m b e ri nc o t t a g ec h e e s ed u r i n gs t o r a g e w a ss t u d i e d t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a to nt h ec o n d i t i o no fr e f r i g e r a t i o na n dr o o mt e m p e r a t u r e ，t h e s h e l fl i f eo fc o n t r o ls a m p l e sa r e8d a y sa n d3d a y sr e s p e c t i v e l y , b u tt h es h e l fl i f eo fc a r b o nd i o x i d e t r e a t e ds a m p l e sa r e17d a y sa n d6d a y sr e s p e c t i v e l y , e x t e n d i n gt h es h e l fl i f eo fc o , a g ec h e e s e9 d a y sa n d 3 d a y sr e s p e c t i v e l y a d d i n gc a r b o nd i o x i d eh a si n h i b i t o r ya c t i o nt og r o w t ho f p s y c h r o p h i l i cb a c t e r i a y e a s tf u n g u sa n dm o l d a d d i n gc a r b o nd i o x i d ec o u l dr e vd o w nt h ep h i i i 东北农业大学t 学硕 ：学位论文 c h a n g er a t eo fc o t t a g ec h e e s ed u r i n gs t o r a g eo nt h ec o n d i t i o no fr e f r i g e r a t i o na n dr o o mt e m p e r a t u r e f o rt h ec a r b o nd i o x i d et r e a t e ds a m p l e s ，w i t ht h ee x t e n d i n go fs t o r a g et i m e ，c a r b o nd i o x i d ec o n t e n t i nc o r a g ec h e e s ei sl o s i n gg r a d u a l l y , b u tt h ec a r b o nd i o x i d el o s i n gc o n t e n ti ss m a l l e rr e l a t i v e l y 3 b yc o m p a r i n gt h em a k i n gt i m e ，c o m p o n e n t ，c o m p o n e n tr e c o v e r yr a t ea n dy i e l do fc o t t a g e c h e e s e ，t h er e s u l t sw e r eg o t 。t h em a k i n gt i m eo f c a r b o nd i o x i d et r e a t e ds a m p l e sa r es h o r t e rt h a n c o n t r o ls a m p l e ss i g n if i c a n t l y , t h ed i f f e r e n c ei sa b o u t2 5 h a d d i n gc a r b o nd i o x i d ec o u l dr e d u c e s o l i ds u b s t a n c ec o n t e n ta n ds o l i ds u b s t a n c er e c o v e r yr a t eo fc o u a g ec h e e s es i g n i f i c a n t l y , b u tt h e e f f e c to fa d d i n gc a r b o nd i o x i d eo np r o t e i nc o n t e n ta n dp r o t e i nr e c o v e r yr a t eo f c o t t a g ec h e e s ei sn o t s i g n i f i c a n t a d d i n gc a r b o nd i o x i d ec o u l dr e d u c ey i e l do fc o t t a g ec h e e s es i g n i f i c a n t l y 4 f o rt h es a k eo fi m p r o v i n gt h es e n s e sq u a l i t yo fc o t t a g ec h e e s ea n di n c r e a s i n gt h ey i e l do f c o t t a g ec h e e s e ，p r o c e s so p t i m i z a t i o nw a ss t u d i e d f i r s t ，t h es i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t sf o rt h e f u n c t i o na n dt h ef l a v o ro fm i l kc u r dw e r em a d e t h ec o n d i t i o no fm i l kc u r dw e r et h a tt h ea d d i n g c o n t e n to fs t a r t e rc u l t u r ew a s5 t h er a t i oo fs t r e p t o c o c c u sc r e m o r i sa n ds t r e p t o c o c c u sa c i d i l a c t i c iw a s1 ：4 ，c a r b o nd i o x i d ea c i d i f i c a t i o np hw a s6 1 ，t h ea d d i n gc o n t e n to fc a c l 2w a s0 0 0 5 ， t h ea d d i n gc o n t e n to fc h y m o s i nw a so 01 o nt h i sb a s e s ，u s i n gc a r b o nd i o x i d ea c i d i f i c a t i o np h ， t h ea d d i n gc o n t e n to fc a c l 2a n dt h ea d d i n gc o n t e n to fc h y m o s i na si n d e p e n d e n tv a r i a b l e ，u s i n gt h e s e n s e ss y n t h e t i cs c o r e ，h a r d n e s sa n dy i e l do fc o t t a g ec h e e s ea sr e s p o n s e ，a p p l y i n gb o x b e h n k e n m o d e l ，r e s p o n s es u r f a c ep r o c e s so p t i m i z a t i o ne x p e r i m e n t sw e r em a d e t h ep r o c e s so p t i m i z a t i o n p a r a m e t e rw e r et h a tc a r b o nd i o x i d ea c i d i f i c a t i o np hw a s6 15 “2 8 t h ea d d i n gc o n t e n to fc a c l 2 w a so 0 0 21 0 0 0 61 a n dt h ea d d i n gc o n t e n to fc h y m o s i nw a s0 0 0 6 7 0 o - 4 ) 010 8 t h ee f f e c to f c a r b o nd i o x i d ea c i d i f i c a t i o np ho nt h es e n s e ss y n t h e t i cs c o r e ，h a r d n e s sa n dy i e l do fc o t t a g ec h e e s e i st h em o s ts i g n i f i c a n t l y , t h ee f f e c t so ft h ea d d i n gc o n t e n to fc a c l 2a n dc h y m o s i na r en o ts i g n i f i c a n t r e l a t i v e l y o nt h i sc o n d i t i o nt h a tm a k i n gc o t t a g ec h e e s ea d d e dw i t hc a r b o nd i o x i d e ，t h es e n s e s q u a l i t yw a sb e t t e r , t h eh a r d n e s sw a sm o r es u i t a b l ea n dt h ey i e l dw a sh i g h e r , f u r t h e r m o r e ，c h y m o s i n u s a g ea m o u n tw o u l dr e d u c ea b o u t5 0 ，a n dt h i sw o u l dr e d u c et h em a n u f a c t u r ec o s t k e yw o r d s ：c a r b o nd i o x i d e ；b a c t e r i o s t a s i s ；c o t t a g ec h e e s e ；s h e l fl i f e ；p r o c e s so p t i m i z a t i o n i v c a n d i d a t e ：y a oc h u n y a n s p e c i a l i t y ：f o o ds c i e n c e s u p e r v i s o r ：p r o f l ix i a o d o n g 独创声明 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ( 洼! 翅遗直墓丝重要挂别童盟数! 奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证 书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 日期芝蕊年c 月if 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解 密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 榔 导师签名磅酥 日期扣婚e 剧丫日 1 引言 1 1 立题背景 乳及乳制品营养丰富，所以大量的微生物污染会严重破坏乳及乳制品的营养成分、降低 原料乳的可加t 性和乳制品的质量。长期以来人们为了延长乳及乳制品的货架期，提高产品 在运输、贮藏和销售过程的流通时间，科技人员从原料乳质量、生产过程、产品质量、包装 材料和贮藏条件等方面做了大量工作，利用了各种技术和手段。热杀菌是我国目前常用的杀 菌方式，但高温会破坏乳和乳制品的营养成分、风味且能耗较高。近年来，国外学者经过研 究发现，向乳及乳制品中添加c 0 2 能够有效的抑制腐败微生物的生长，从而延长乳及乳制品 的保质期，并且不会改变乳制品的风味与口感。在工业上，向原料乳中通入c 0 2 保存原料乳 的方式是切实可行的，因为大多数贮乳缸都具有良好的密封性，此外，向乳制品中直接添加 c 0 2 也只是需要简单的改变工艺过程，但c 0 2 的注射点可能要随着产品种类的不同而进行调 整，所以将c 0 2 冷杀菌技术应用于原料乳及其乳制品的保鲜是可行的。 9 0 年代以后，全世界干酪年产量突破了1 5 0 0 万吨，在世界范围内用于生产干酪的原料 乳占总量的1 3 以上。由于经济、文化和饮食习惯等方面的影响，我国干酪市场的发展速度 比较缓慢，年需求量仅为5 0 0 0 - - 6 0 0 0 吨左右，人均不剑5 9 ，还处于起步阶段( 张丹风等，2 0 0 4 ) 。 对r 我国大多数消费者来说，干酪是一种又酸又略带臭味的食品，于是找到一种适合中国人 口味，符合中国国情的干酪是一个急待解决的问题( 闫波等，2 0 0 4 ) 。农家干酪不象有些干酪 那样风味浓烈不易接受，它清淡、酸爽的风味，均匀平整的质地使得对酸奶已经具有感情基 础的国人很容易接受它。在农家干酪中加入奶油、蔬菜等作料，提高其营养价值的同时也满 足了人们的不同嗜好，j 天l 此它既可作为佐餐干酪或饭后点心，也可作为家庭菜肴和快餐配菜， 市场潜力巨大( 马照东等，2 0 0 6 ) 。 由丁农家干酪是一种冷包装的鲜食干酪，所以具有较短的保质期。国外学者已经使用一 些方法以抑制腐败菌的生长从而延长保质期，比如：国外学者l i e w e nmb ( 1 9 8 5 ) 和s o f o s ( 1 9 8 6 ) 在农家干酪中添加抑菌剂来延长其货架期；但是c o l l i n s ( 1 9 6 9 ) 曾经报告过，当抑 菌荆的添加浓度为0 1 的较低水平时，干酪就已经有明显的苦味产生了。此外，在包装前或 者包装后使用巴氏杀菌也可以控制干酪的腐败变质，延长其货架期；但是这样做将会破坏干 酪的质地及感官品质，正因如此，热包装的农家干酪并没有被广泛采纳。k o s i k o w s k ifv ( 1 9 7 2 ) 使用c 0 2 或者n 2 充满包装农家干酪的硬塑料容器的顶部空间，结果表明两种气体 对酵母菌、霉菌和嗜冷菌具有抑制作用且效果等同，但是气调包装需要一个充足的顶部空间 而且其抑菌效果也只是简单的移走0 2 。 东北农业大学丁学硕i ：学位论文 在乳品t 业中，c 0 2 是唯一的天然抑菌剂，之所以它是唯一的，是因为它可以添加到乳 制品中，也可以在没有任何有害作用的前提下逸出。通常认为c 0 2 是安全的，目前还不需要 把它列入成分表中。目前，国外许多乳品企业已经把c 0 2 作为一种价廉而义安全可靠的食品 添加剂应用剑乳制品的_ 业化生产中，尤其是在原料乳的保鲜和干酪的制造中。c 0 2 具有抑 菌作用，但是必须被分散在产品当中，保证c 0 2 可以均匀分散的最有效的方法就是在包装以 前把c o ：溶解在产品里。所以将c 0 2 直接溶解在原料乳中再制作农家干酪，可能将会是能够 延长农家干酪保质期的义一有效方法( 任发政，2 0 0 6 ) 。 1 2c 0 2 的抑菌机理及抑菌作用 1 2 1c 0 2 的抑菌机理 c 0 2 影响微生物生长代谢的直接和间接机制仍不是很清楚，目前主要有以下4 个主要的 抑菌理论：( 1 ) 溶解于脂质中的c 0 2 降低膜的稳定性；( 2 ) c 0 2 的水合作j j 降低了p h 值， 引起细胞内和环境的压力；( 3 ) 作为许多细菌的代谢产物，c 0 2 可能引起细胞能量的无效支 出：( 4 ) c 0 2 能改变酶的生理化学性质( 任发政，2 0 0 6 ) 。根据培养基、微生物和微生物生理 状况的不同，可以把这些原理结合起来解释所观察到的抑菌效果。 试验证明替代0 2 并不是c 0 2 抑制微生物生长的唯一机理( e n f o r s 和m o l i n ，1 9 8 0 ) 。例 如，当保持0 2 的浓度不变而增加c 0 2 的浓度时，荧光假单胞菌的迟滞期也会随之延长 ( h e n d r i c k s 和h o t c h k i s s ，1 9 9 7 ) 。c 0 2 对厌氧菌的抑制作用也支持这一结论( r e i l l y ，1 9 8 0 ) 。 c 0 2 必须首先溶解才能达到抑制微生物的效果。当c 0 2 溶解到水中时，就会发生一系列 的水合反应：c 0 2 十h 2 0 卜_ h 2 c 0 3 卜_ h c o 3 + h + 卜一c 0 3 2 + 2 h + 。c 0 2 与水合成碳酸，碳酸 水解为碳酸氢根和h + ，c 0 2 和h + 在抑制作用中起主要作用，但是碳酸氢根和碳酸根离子也 有一定的抑菌作用( d i e z - g o n z a l e z 等，2 0 0 0 ；c o r r a l 等，1 9 8 8 ) 。反应的平衡是由水相的p h 值决定的，低p h 值时，反应向左进行，所以溶解c 0 2 培养基的p h 值或者它的缓冲能力将 会影响它的1 ：作机理。 c 0 2 是非极性分子，因而在脂质中的溶解度要高丁在水中的溶解度，当接触到细胞膜时， c 0 2 会溶解剑脂质双分子层中，这样c 0 2 会增加细胞膜的通透性，使细胞质暴露在有害的环 境中( n i l s s o n 等，2 0 0 0 ) 。在不同浓度和压力下，部分c 0 2 会溶解在中性水相的细胞质中。 这些条什将会降低细胞质的p h 值，改变p h 值梯度，从而破坏细胞。 c 0 2 影响芽孢的机制还不清楚。芽胞的细胞膜很薄，而且是包裹在多层蛋白质之下的。 这些蛋白质层是多孔的，c 0 2 可以溶解在芽胞的细胞膜里，使芽胞对环境( 比如热) 更加敏 感，这是因为c 0 2 触发了芽胞的萌发或者增加了细胞膜的通透性( s e t l o w 和j o h n s o n ，1 9 9 7 ) 。 2 引言 c 0 2 对微生物表型特征的影响说明环境中c 0 2 的水平能改变基因的表达。s t r e r o n 和 g o o d m a n ( 1 9 9 8 ) 概述了c 0 2 在很大范围内对微生物基因表达的影响。c 0 2 作为普遍存在的 环境信号，是整个调节系统的一部分。 c 0 2 的抑制作用还与温度有关，温度越低其溶解性越好( t o m a s u l a 和b o s w e l l ，1 9 9 9 ) 。 温度对c 0 2 溶解度的影响和c 0 2 抑制清酒乳酸杆菌生长率的试验证明，在实验窒培养基中， 生长率与c 0 2 溶解度成反比( d e v l i e g h e r e 等，1 9 9 8 ) 。c 0 2 甚至能溶解在3 8 。c 的乳中( m a 等，2 0 0 1 ) 。因而在贮藏销售过程中低温产品可以保留住c 0 2 。 1 2 2c 0 2 对细菌生长的影响 溶解在水溶液中的c 0 2 能够抑制革兰氏阳性菌和阴性菌的生长。随着c 0 2 浓度的增加， 荧光假单胞菌的迟滞期延长( h e n d r i c k s 和h o t c h k i s s ，1 9 9 7 ) 。c 0 2 对其他的细菌也有相同的 抑制效果，只是程度不同，比如李斯特菌( h e n d r i c k s 和h o t c h k i s s ，1 9 9 7 ；f e r n a n d e z 等，1 9 9 7 ) 、 大肠杆菌( m a r t i n 等，2 0 0 3 ) 、地衣芽孢杆菌( m a r t i n 等，2 0 0 3 ) 和乳源嗜冷菌( r o b e r t s 和 t o r r e y ，1 9 8 8 ) 。 c 0 2 也能够改变微生物生长的对数期。在2 4 c 条件下，如果大气中含有7 0 的c 0 2 ，则 铜绿假单胞菌的传代时间为在正常大气下对照组的2 倍。在肉汤培养基中，当c 0 2 含量为0 个大气压时，蜡样芽孢杆菌的最大生长率为o 4 7 ；而当c 0 2 含量为o 5 ，2 0 ，3 0 个大气压时， 其生k 率分别为o 3 7 ，0 1 3 ，和0 ( 不生长) ( e n f o r s 和m o l i n ，1 9 8 0 ) 。生长试验也证明c 0 2 能够增加荧光假单胞菌( d e v l i e g h e r e 等，1 9 9 8 ) 和在超高温瞬时灭菌乳中的李斯特菌( m a r t i n 等，2 0 0 3 ) 的迟滞期，并降低它们的生长率。 c 0 2 还能抑制真菌的生长( m c i n t y r e 和m c n e i l ，1 9 9 8 ) 。c 0 2 对酵母菌和霉菌生长的抑 制作用在乳制品中已经得到证实( a l v e s 等，1 9 9 6 ；c h o i 和k o s i k o w s k i 。1 9 8 5 ；e l i o t 等，1 9 9 8 ) 。 当培养基( r e i l l y ，1 9 8 0 ) 和乳中( r o b e r t s 和t o r r e y ，1 9 8 8 ) 含有c 0 2 时，厌氧菌的生长也 受到了抑制。 在实验室培养基中c 0 2 能够抑制孢子的萌发( h a m b l e t o n 和r i g b y ，1 9 7 0 ) 。不同菌种对 c 0 2 的耐受力是不同的。有c 0 2 存在时，梭状芽孢杆菌在酵母蛋白胨上的萌发速度加快 ( f o e g e d i n g 和b u s t a ，1 9 8 3 ) ，而蜡样芽孢杆菌在磷酸缓冲液中的萌发受到抑制( e n f o r s 和 m o l i n 1 9 7 8 ) 。 3 东北农业大学t 学硕l j 学位论文 1 3c 0 2 在乳品工业中的应用 1 3 1c 0 2 的来源 地球上9 9 9 的c 0 2 存在于自然界的矿物中。c 0 2 通常是由燃烧有机化合物、细胞的呼 吸作用和微生物的发酵作用产生。食品工业使用c 0 2 的来源主要有以下几个途径： ( 1 ) 发酵工业副产品：酒精、白酒、啤酒生产酒精酵母在发酵时会产生大量的c 0 2 ，这 是目前饮料t 业使用c 0 2 的主要来源。 ( 2 ) 天然c 0 2 ：天然c 0 2 主要来自天然c 0 2 气井和碳酸泉中，目前已发现不少天然c 0 2 气井，其纯度极高可达9 9 5 ；在天然碳酸泉所涌出的水中，含有大量游离c 0 2 气体，可用 简单的装置将其收集起来加以利用。 ( 3 ) 煅烧石灰石的副产晶：制纯碱、制糖工业都用这种方法兼制石灰和c 0 2 。若单纯制 石灰，c 0 2 可作为废气回收。 ( 4 ) 化；l - 哥j 产品：很多化工厂的生产过程中，如石油精炼脱硫、合成氨、制氢气、用乙 烯和氧制环氧乙烯等，都会产生人量的c 0 2 。这些化工厂一般都设置了c 0 2 回收装置，加以 同收。 ( 5 ) 用碳酸氢钠与硫酸反应制c 0 2 ：这是一种比较古老的方法，在没有c 0 2 供应的地 区或乡镇企业，c 0 2 需求不大时，可用此法自制c 0 2 。但碳酸氢钠用量较大，成本较高。 1 3 2 气调包装技术 气调包装技术( m o d i f i e da t m o s p h e r ep a c k a g i n g ) 采用不同于人气组成的混合气体置换食 品周同的空气，并利用包装材料的透气性和阻气性使食品始终处于适宜的气体环境中，达到 贮藏保鲜和延长食品货架期的目的。m a p 能够延缓腐败菌的生长，延长乳制品的货架期，而 m a p 是一种间接的把c 0 2 气体添加到食品中的方法( f a r b e r 和d o d d s ，1 9 9 5 ) 。m a p 在食品 贮藏中的应用广泛。m a p 在改变食品周围的气体组成后，需采用具有高阻隔性能的包装材料 米延缓己充入气体的扩散。m a p 食品的货架期与包装材料的阻隔性能直接相关，但是高阻隔 性能的包装材料造价昂贵，所以采用m a p 技术将会增加生产成本。在乳品工业中，m a p 已 经应用于干酪和液态奶，也有报导称m a p 能够延缓腐败菌的生长( k o s i k o w s k i 和b r o w n ， 1 9 7 3 ：m a n n h e i m 和s o f t e r ，1 9 9 6 ) 。在气调包装的乳制品中，具有足够的空间来容纳活性气 体( 包括c 0 2 ) ，比如干酪在密封包装前通常在包装中充入少量的c 0 2 用来抑制霉菌的生长 ( f a r k y e 和v e d a m u t h u ，2 0 0 2 ) 。 4 弓f 言 1 3 3 直接添加c 0 2 研究者指出，大气中的c o ：必须以溶解的方式进入到食品的液相中，才能够抑制呼吸作 用和微生物生艮，从而延长货架期。因此，在m a p 中的c 0 2 并不是对微生物起抑制作用的 本质因素，c 0 2 必须首先溶解在食品中，并最终进入到微生物细胞中，才能发挥其抑菌作用 ( g o r s k i ，1 9 9 6 ) 。 将c 0 2 直接添加到食品中，再配以具有高阻隔性能的包装材料，这样能够延长乳制品的 货架期( c h e n 和h o t c h k i s s ，1 9 9 1 ) 。经液化和压缩的c 0 2 气体可以通过气体喷射装置以低气 流形式直接混合在食品中，大部分企业都使用这种方法。为了与传统的m a p 区分开，这种 处理方法被称作为“c 0 2 直接添加法”，其作用与m a p 相近。使用“c 0 2 直接添加法”向在乳制 品中添加c 0 2 ，从生产成本上讲是经济可行的，因为c 0 2 注入系统只需要很小的一次性投资， 并且c 0 2 气体来源广泛，价格低廉。 c 0 2 是非极性分子，与水相比，它更易溶于脂质中。当直接向乳中注入c 0 2 时，注入温 度并1 1 一肪含量将会影响到c 0 2 在乳中非脂部分的溶解度。m a 和b a r b a n o ( 2 0 0 3 ) 在0 和 4 0 条件下，分别向脂肪含量不同的乳中注入c 0 2 并检测其冰点和p h 值，结果表明在较低 的注入温度下，脱脂乳与含脂肪乳中的c 0 2 含量是不同的：数据还表明，在低温下注入c 0 2 ， c 0 2 在乳中的溶解度更火，这样更加有利于抑菌。 1 3 4c 0 2 应用在食品中的安全性 c 0 2 是原料乳中天然存在的成分。我们知道动物乳中溶解有相当数量的c 0 2 已有1 0 0 多 年的历史。现代物理化学表明乳中碳酸盐、碳酸氢盐和c 0 2 分子的含量随p h 值变化而改变， 在p h 值为6 3 到6 5 的乳中，大约8 8 的c 0 2 以溶解c 0 2 的形式存在，2 以碳酸的形式存 在，1 0 以碳酸氢盐的形式存在( d a n i e l s ，1 9 8 5 ) 。但是，在应用c 0 2 延长食品货架期的同 时，必须了解到与之相伴的不安全因素。经过m a p 处理或者c 0 2 处理的食品在贮藏期间存 在的主要风险是。延长的货架期可能使生长比较缓慢的致病微生物得到发展，而在短期贮藏 的食品中没有发现这种情况；还有一种风险就是添加c 0 2 能否会刺激病原体产生毒素? 理论 上，c 0 2 能够加强致病芽孢机体的发育，例如蜡样芽胞杆菌和肉毒梭菌的发育( d i x o n ，1 9 8 8 ) 。 g l a s s ( 1 9 9 9 ) 对c 0 2 处理乳中肉毒梭状芽孢杆菌的萌发、生长和产生毒素的可能性进行 了研究。经过加热震荡处理后，分解蛋白和不分解蛋白的肉毒梭状芽孢杆菌的芽孢被接种到 含有9 1 m m o l l 、1 8 2 m m o l l c 0 2 和不含c 0 2 ( 对照组) 的巴氏杀菌乳中，然后分别在2 1 存放6 天和在6 存放6 0 天。贮藏在2 l 的样品在第2 天时，对照组和c o ，处理组就已经 严重变质( 菌落总数达到1 07 c f u m 1 ) ，没有检测到肉毒杆菌毒素。贮藏在6 的样品，即使己 5 东北农业大学工学硕十学位论文 经超过6 0 天时，在c 0 2 处理乳中也未检测出毒素，由此可以推论，当乳中溶解c 0 2 高达 1 8 2 m m o l l 时，也不会增加肉毒杆菌产毒的风险。 w e m e r 和h o t c h k i s s ( 2 0 0 2 ) 的研究认为，将溶解有1 1 9 m m o l l c 0 2 的灭菌乳装在玻璃容 器中在6 c 下存放3 5 天，对蜡样芽孢杆菌芽孢的萌发和长出没有影响，这表明在乳制品中添 加适当浓度的c 0 2 也不会增加蜡样芽孢杆菌芽孢生长的风险。据我们所知，迄今为止还没有 数据表明应用c 0 2 延长乳制品的货架期会增加病原微生物致病性的风险。 1 4c 0 2 应用在干酪中的研究进展 美国以及世界上其他一些地区的农家干酪生产商已经使用c 0 2 来改善产品质量( d m i ， 1 9 9 8 ) 。将c 0 2 添加到顶部空间用于气调包装( k o s i k o w s k i 和b r o w n ，1 9 7 2 ：m a n i a r 等，1 9 9 4 ) ， 添加到奶油调料中起泡( l e e ，1 9 9 6 ；c h e n 和h o t c h k i s s ，1 9 9 1 ，1 9 9 3 ) 或者直接添加到终产 品中( m