（食品科学专业论文）臭氧对耐酸耐热菌杀灭作用的研究.pdf

臭氧对耐酸耐热菌杀灭作用的研究 陈颖 摘要耐热菌，即酸土环脂芽孢杆菌( a l i c y c l o b a c i l l u sa c i d o t e r r e s t r i s ) ，是 苹果浓缩汁生产中最重要的目标控制微生物之一。耐热菌的耐热性很强，能够经 受酸性果汁加工中的巴氏杀菌过程而存活：耐热菌即使在极低的浓度下遇到合适 的条件，也可在果汁中迅速生长繁殖而导致果汁品质的劣变。因此国际贸易中 一般要求每1 0 克苹果浓缩汁中耐热菌的含量小于1 苹果汁中的耐热菌孢子在杀 菌温度为9 0 时的“d ”值为2 3 r a i n 。因此果汁中耐热菌对传统的热力杀菌方法 提出了挑战。生产中对耐热菌的控制也至今没有成熟可靠的方法。中国加入w t o 以后。进口国对我国浓缩苹果汁的质量要求越来越苛刻。耐热菌也成为当前我国 苹国浓缩汁行业产品出口中所遭遇的主要的技术壁垒之一。 臭氧是氯原子重组形成的产物，常温常压下是淡蓝色有鱼腥昧的气体，具有 氧化特性，是已知最受欢迎的杀菌剂之一。臭氧在相对较低的浓度和较短的时间 内几乎对所有微生物有杀灭作用，而且可以迅速地自动分解为氧气。因而没有残 留。 臭氧应用的快速发展已经表明了其杀菌价值和数能。美国食品和医药管理局 ( f d a ) 早已准许臭氧作为一种添加赳应甩于食品的处理、镀溅秘姐工过程。但 是，尽管臭氧应用十分广泛，在苹果浓缩汁加工业却未见应用，为了向浓缩节果 汁行业引进臭氧技术和开发臭氧作为对耐热耐酸菌的杀菌刹在苹果汁如工中的 可行的应用，本文研究了臭氧在水中溶解特性及其对耐热菌的杀灭作用。以期对 巢汁行业的冷除菌技术应用疆供一些实验依据。 本文主要进行了三方面的试验研究： 一是臭氧在水中的溶解特性及臭氧水稳定性的试验研究。为了提高臭氧在水 中的溶解度，臭氧气经过砂心漏斗后通入水中。臭氧浓度采用碘量法测量。试验 中观察了水温、水的p h 值、以及水质对臭氧在水中的溶解的影响找出了臭氧 在水中的溶解规律及臭氧水的衰减规律； 二是臭氧对水中耐热菌杀灭效果的试验研究。分别采用悬液定量杀菌方法和 悬液通气杀菌方法进行了试验，并对两种杀菌方法进行了对比，试验用耐热菌由 陕西恒兴果汁饮料有限公司生产的浓缩苹果汁中分离得到，杀菌试验根据消毒 技术规范进行； 三是臭氧对载体表面耐热菌杀菌效果的试验研究。分别以载玻片和苹果为载 体进行试验。采用正交试验设计方法，根据单因索试验确定p h 值、温度、作用 时间、和臭氧通入时间为正交试验的四个因素及每个因素的三个水平。选用l 9 ( 3 4 ) 表进行试验，找出了臭氧杀灭载体表面耐热菌的优化杀菌条件。 研究结果表明： 。 ( 1 ) 臭氧在水中的溶解受水温、水的p h 值、以及水质的影响，低温、酸 性( p h 值为4 最佳) 、减少杂质有剥于臭氧在水中的溶解。增规臭氧投规量可得 到高浓度( 如4 0 r n g i ) 的臭氧水。 ( 2 ) 臭氧水的稳定性与水的温度有很大关系，1 5 1 c 时其半衰期为3 4 r a i n ， 2 5 时为2 3 r a i n ，水温达到3 5 时，臭氧水的半衰期仅为1 8 m i n 。 ( 3 ) 对于水中的耐热菌，高浓度的臭氧水对耐热菌的杀灭效率较强浓度 为3 1 1 m g l 的臭氧水作用5 r a i n ，杀菌率达到9 9 1 4 。 ( 4 ) 往悬菌液中通入臭氧气的杀菌方法明显优于利用臭氧水杀菌的方法。 往悬菌液中通入臭氧气5 r a i n ，杀菌率达9 9 9 8 。 ( 5 ) 臭氧对耐热菌的杀灭效果受臭氧投加量( 通气时间) 、水温、水的p h 值以及臭氧对耐热菌的作用时间四个因素的影响。正交实验表明：臭氧投加量为 主要影响因素。 关键词：臭氧耐热菌杀菌苹果汁 u s t u d i e so n s t e r i l i z i n g e f f e c to fo z o n et o a l i c y c l o b a c i u u s a c i d o t e r r e s t r i s c h e n y i n g a b s t r a c t ： a l i c y c l o b a c i l l u sa c i d o t e r r e s t r i s ，a l s oc a l l e da st h e r m o p h i ca c i d o p h l i c b a c t e r i a ( t a b ) ，i sa l li m p o r t a n tt a r g e tm i c r o o r g a n i s mi nq u a l i t y c o n t r o lo f a p p l ej u i c e e o n e e n t r a t e ( a j c ) t h es p o r e so f a a c i d o t e r r e s t r i sa r cr e l a t i v e l yh e a t r e s i s t a n ta n dc a n s u d v ec o n v e n t i o n a lp a s t e u r i s a t i o nt r e a t m e n t ，a n dt h e yc a l lg e r m i n a t ea n do u t g r o w u n d e rs u i t a b l ee o r d i t i o n sc a u s i n gs p o i l a g ej u i c e t h e ma r ea l w a y sd e m a n d sf o ra a c i d o t e r r e s t r i sb e i n gl e s st h a nl c f u 1 0 9a j ci ni n t e m a t i o n a lt r a d eo f a j c t h edv a l u e o fa a c i d o t e r r e s t r i s ，ss p o r ei s2 3 m i n w h i e hm a k e si t c h a l l e n g e st r a d i t i o n a lt h e r m a l s t e r i l i z a t i o nm e t h o d s t od a l e ，t h e r ei sn of e a s i b l ew a y st oc o n t r o li t a f t e rc h i n a e n t r y t o w t o ，i m p o r tc o u n t r yg i v e o u ra j cm o r ea n dm o r e r i g o r o u s d e m a n d s a a c i d o t e r r e s t r i si so n eo f t h em o s ts e r i o u s q u a l i t yp r o b l e m s i nc h i n aa j c i n d u s t r y o z o n ei sf o r m e db yt h er e a r r a n g e m e n to f o x y g e nm o l e c u l e s i t i sab l u i s hg a sw i t h p u n g e n t o d o ra n d o x i d i z i n gp r o p e r t i e s o z o n e i sa c t i v e a g a i n s t a l lf o r m so f m i c r o o r g a n i s m s a tr e l a t i v e l yl o wc o n c e n t r a t i o n sa n di nv e r ys h o r t t i m e ，w h i c hm a k e s i t o n eo ft h em o s tp o p u l a rs a n i t i z e r sk n o w n o z o n ec a na u t o d e c o m p o s er a p i d l yt o p r o d u c eo x y g e n t h u s i tl e a v e sn o r e s i d u e s 1 1 璩r a p i dd e v e l o p m e n t o fo z o n e a p p l i c a t i o ni sac l e a ri n d i c a t i o no f t h ee f f i c a c y a n du s e f u l n e s so f o z o n e f o o da n d d r u g a d i m i n i s t r a t i o n ( f d a ) h a sa l r e a d ya p p r o v e do f o z o n ea sad i r e c tf o o da d d i t i v ef o rt h e t r e a t m e n t ，s t o r a g e ，a n dp r o c e s s i n go f f o o d s a l t h o u g h i ti sw i d e l yu s e di na b o v e a s p e c t s ， o z o n eh a m tb e e nu s e di nt h e p r o d u c t i o no f a p p l e j u i c ec o n c e n t r a t e ( a j c ) i no r d e r t 0i n t r o d u c eo z o n et oa j ca n d e x p l o r e i t sf e a s i b l eu s ea sas a n i t i z e rt o a a c i d o t e r r e s t r i s 1 1 坨l e t h a le f f e c tt oa a c i d o t e r r e s t r i si ss t u d i e df o r p r o v i d i n gs o m e r e l e v a n ti n f o r m a t i o na b o u tn o n - t h e r m a ls t e r i l i z a t i o n i nt h i sp a p e r , t h r e em a i nc o n t e n t sw e r es t u d i e d f i r s t , t h es o l u t i o np r o p e n i e so f o z o n ei nw a t e ra n di t sa r e n u a t i o n p a t t e r n o z o n eg a s w a sb u b b l e di n t ow a t e r c o n t a i n e di naf i l l e rw i t hs a n d s t o n e c o n c e n t r a t i o no fo z o n ew 丛m e a s u r e dw i t hi o d i n e s t o i c h i o m e t r y t i t r a t i o n m e t h o d s e c o n d l y ，t h e l e t h a le f f e c to fo z o n e t oa a c i d o t e r r e s t r i si nw a t e r a a c i d o t e r r e s t r i sw e r eg o tf r o ma p p l ej u i c ec o n c e n t r a t e p r o d u c e db ys 妇u x ih e n g x if r u i tj u i c ec o m p a n y a c c o r d i n gt ot h ep r o c e s s i o na n d r e q u i r e m e n ti n ( t e c h n o l o g i e a ls p e c i f i c a t i o n o fe x p e r i m e n to nd i s i n f e c t i o na n d s t e r i l i z a t i o n ) ) ，s t e r i l i z i n gt e s t sb yu s i n gb l o w i n go z o n ew a t e ra n do z o n i z e dw a t e ro n s u s p e n d e dm a t t e ro fa a c i d o t e r r e s t 协w e r ec o n d u c t e d 1 1 l el e t h a le f f e c to ft h i st w o s t e r i l i z i n gm e t h o d s i sc o m p a r e d t h i r d l y , s t e r i l i z i n ge f f e c to fo z o n et e a a c i d o t e r r e s t r i s i l l o i ls u r f a c eo fg l a s sa n da p p l e t h r o u g ht h es i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t ，i n c l u d i n gp h v a l u e ，t e m p e r a t u r e ，k i l l i n gt i m e ，a n db l o w i n g o z o i l et i m e ，t h eo r t h a g o n a ie x p e r i m e n to f l 9 ( 3 4 ) w a sc o n d u c t e d b yn l ee x p e r i m e n to f , t h eb e s tl e t h a lc o n d i t i o no f o z o n et oa a c i d o t e r r e s t r i sw e r ea s c e r t a i n e d t h r o u g hs t u d i e s ，t h ec o n c l u s i o n a r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) h e e f f e c t so f t e m p e r a t u r e , p hv a l u e ，a n dw a t e rq u a l i t yo n t h es o l u t i o no f o z o n e i nw a t e rw e r e s t u d i e d 强e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a t l o w e r t e m p e r a t u r e ，l o w e rp hv a l u e ( e s p e c i a l l yb e i n gf o u r ) a n dh i g hp u r ew a t e r w e r ev a i l t ot h es o l u t i o no fo z o n ei nw a t e r , a d d i n go z o n eb l o w i n gt i m ec o u l dg e th i g h c o n c e n t r a t i o no z o n ew a t e r ( 2 ) t h es t a b i l i t yo fo z o n ew a t e rw a sn e a r l yr e l a t e dt ot e m p e r a t u r e h a l fl i f e o fo z o n ew a t e rw a s3 4 m i nw h e nt e m p e r a t u r ew a s1 5 ：i tw a s2 3 m i nw h e n t e m p e r a t u r ew a s 2 5 ca n d1 8 r a i n 酗t e m p e r a t u r er e a c h e dt o3 5 c ( 3 ) s u s p e n s i o nq u a n t i t a t i v eg e r m i c i d a lt e s ti n d i c a t e dt h a tt h eo z o n ew a t e r w h o s ec o n c e r w a f i o nw a s3 l _ i m g lc o u l dk i l l9 9 1 4 o fa a c i d o t e r r e s l r i si n5 m i n i t e s ( 4 ) s t u d i e ss h o w e dt h a ts t e r i l i z i n ge f f e c t sw c r eb e t t e rb yu s i n gb l o w i n go z o n e w a t e rt h a no z o n i z e dw a t e r s t e r i l i z i n gr a t er e a c h e dt o9 9 1 8 w h e nw eb l o w e d o z o n et oa ，a c i d o t e r r e s t r i s ss u s p e n s i o n5m i n i t e s ( 5 ) t h el e t h a le f f e c to fo z o n et oa a c i d o t e r r e s t r i sw a sa f f e c t e db yb l o w i n g t i m e ，t e m p e r a t u r e ，p r iv a l u ea n da e f i l i z i n gt i m e 。a n dt h er e s u l to fe x p e r i m e n t i n d i c a t e dt h a tb l o w i n gt i m ew a sm a i nf a c t o r k e y w o r d s ：o z o n ea l i c y c l o b a c i l l u sa c i d o t e r r e s t r i s s t e r i l i z a t i o n a p p l ei u i c e i v 文献综述 1 我国苹果浓缩汁行业发展概况及面临的主要质量问题 1 1 我国苹果浓缩汁行业发展概况 。 苹果浓缩汁( a p p l e j u i c ec o n c e n t r a t e ，a j c ) 是指未添加任何外来物质，直接从 新鲜苹果中用压榨或其他方法取得，再用物理分离工艺除去一定比例的水分后得到 的产品【1 1 。 二战以后，世界大部分国家进入发展经济的时代，随着国家经济的发展，人 们生活水平的提高，广大消费者日益注重饮食与健康、营养的关系。“营养、卫 生、回归自然”也日益成为消费者追求的主题。而果汁以其纯天然、健康、营养 和口味纯正已为消费者所青睐。近年来，世界果汁消费量迅速增加，目前己占饮 料消费总量的4 0 。我国苹果总产量位居世界第一，得天独厚的资源优势和政府的 支持加快了我国果汁产业化实现的步伐1 2 1 。1 9 8 3 年，山东省中鲁果汁饮料公司从 瑞典阿法拉伐公司引进了国内第一条苹果浓缩汁生产线：其后，由于行业利润的 驱动和丰富的原料资源，促使我国北方苹果产区苹果浓缩汁行业得到了极为迅速 的发展。目前，全国己先后创办果汁加工企业7 0 余家，浓缩苹果汁生产线达1 0 0 多条，分布在山东、陕西、河南、辽宁、山西、甘肃等省，形成年产能力5 0 万吨 的产业规模【3 1 。2 0 0 3 年，我国苹果浓缩汁加工能力总和为每小时处理鲜果量1 8 0 0 吨，j 、时，苹果浓缩汁年出口量4 1 7 万吨左右，出口创汇2 5 4 亿美元1 4 】。苹果浓缩 汁作为苹果深加工的主要方式，为农业增效、农民增收和农业市场竞争力增强起 着十分重要的作用。 我国生产的苹果浓缩汁主要出口外销，8 5 以上进入国际市场。美国、欧盟、 日本、澳大利亚等是我国苹果浓缩汁最主要出口国家和地区。1 9 9 7 年到2 0 0 2 年， 5 年的时间里，世界主要国家的浓缩苹果汁消费星从6 7 万吨增i i ! i i 了7 8 万吨，增 加了l l 万吨，复合增长率为2 9 6 1 5 1 。近几年来，我国苹果浓缩汁出口一直处于 上升趋势。1 9 9 8 年，我国苹果浓缩汁出口量为1 1 5 万吨，1 9 9 9 年为1 38 万吨， 2 0 0 0 年1 6 5 万吨，2 0 0 1 年2 2 8 万吨，2 0 0 2 年上升至约3 0 万吨。到2 0 0 3 年，一 举突破4 0 万吨，达到4 1 7 万吨。目前，我国苹果浓缩汁的生产量及出口量均居世 界第一，出口额约占世界贸易总量的三分之一，在国际市场上具有举足轻重的地 位。 值得注意的是：随着浓缩苹果汁产量的大幅增加，国际市场的竞争日益激烈， 对产品质量的要求越来越高。由于我国的果汁加工业起步较晚，正处于发展阶段， 果汁生产质量控制体系还不完善，因此，我国浓缩苹果汁行业还面临许多质量问 题。 1 2 我国苹果浓缩汁行业所面临主要质量问题 我国苹果浓缩汁行业，虽然拥有世界一流的生产设备，然而由于原料、技术、 管理等方面的原因，致使产品出口不对遇到诸如褐变、后浑浊、农药残留、棒曲 霉索、耐热菌超标等问题，严重影响了出口产品的品质。这些问题若不解决，将 使苹果浓缩汁在国际市场竞争中处于被动魄位，阻碍我国果汁工业的持续健康发 展。 ( 1 ) 果汁褐变 果汁褐变是苹果浓缩汁生产中面l 临的重要问题。果汁褐变不仅有损果汁的外 观，而且降低了果汁的风味和营养价值。果汁褐变分为酶促褐变和非酶褐变【6 】。 在苹果浓缩汁生产过程中，酶促褐变和非酶褐变都有发生，只是其主导作用因加 工阶段不同而异。为抑制酶促褐变，大部分厂家采取前巴氏杀菌，以达到钝化多 酚氧化酶的目的；同时，各厂家采取一些辅助工艺措施，如活性炭吸附脱色、吸 附树脂脱色等方法，取得了较好的效果1 7 , 8 1 。 ( 2 ) 果汁后浑浊 澄清苹果浓缩汁在贮存或商品流通期间出现的浑浊和沉淀现象称之为后浑 浊。引起后浑浊的物质主要有：果胶、淀粉、明胶残留、阿拉伯聚糖、蛋白质、 酚类、右旋糖酐、微生物及助滤剂。不同品种、不同成熟度的水果、不同浓度的 果汁及不同的加工工艺、包装及贮藏条件对果汁浑浊程度影响不同。控制后浑浊 主要采用以下方法：一是酶法处理，如采用果胶酶、淀粉酶、蛋白酶、阿拉伯聚 糖酶等，将引起后浑浊的大分子物质洚解为小分子；二是采用工艺措施，如超滤、 联合膜分离技术等将大分子物质截留1 9 a o 。目前，酶法处理和超滤几乎在所有果汁 厂都有应用，后浑浊现象得到了很大程度的控制。 ( 3 ) 农药残留 苹果浓缩汁农残超标源于原料果中农残超标。要控制农残趣标，一是严把原 料关，对于违规使用农药的原料果一律拒收；二是采取工艺措施，主要是加强清 洗，以及采用吸附树脂脱除苹果浓缩汁中的农药残留【l ”。目前果汁厂中已较多地 使用吸附树脂脱降农残，有较好的效果。 ( 4 ) 棒曲霉素【1 2 l 棒曲霉索是青霉属、曲霉属、裸囊菌属等多种真菌的次生代谢产物。由于棒 曲霉素对动物具有致畸性、致突变性和致癌性，因此对其限量有严格规定，国际 食品法典委员会( c a c ) 拟将果汁中棒曲霉素的最高限量由5 0pg l 降低至2 5 2 g 几。经研究发现，霉烂果、黑心果中棒曲霉素含量极高，因此，控制棒曲霉素含 量，首先要抓好苹果拣选关，严格控制进入生产线的烂果率。另外，采用大孔吸 附树脂吸附脱除果汁中的棒曲霉素，在实践中也应用很广，效果也很好。 ( 5 ) 耐热菌 耐热菌，即酸土环脂芽孢杆菌( a l i c y c l o b a c i l l u sa c i d o t e r r e s t r i s ) ，其在果汁中 的生长繁殖，可使果汁的感官品质劣交，如产生令人不适的气味，有时还使果汁 形成白色沉淀或雾状浑浊，从而影响了产品的感官质量。研究发现，每1 0 克果汁 中一个耐热菌的存在即可导致上述的品质劣变 t 3 1 5 】。因此，国际贸易中一般要求 每1 0 克苹果浓缩汁中耐热菌含量小于l 。 苹果浓缩汁的生产中，对褐变、后浑浊、农药残留、棒曲霉素已研究的比较 透彻，并且都有相应切实可行的工艺控制措施，因此，这四类质量问题已得到较 好的控制a 而与前四者不同的是，对耐热菌的控制，目前仍无成熟可靠的方法， 耐热菌成为各果汁生产厂家最为棘手的问题之一，对耐热菌的检测与控制也是各 苹果浓缩汁生产厂家最迫切的任务。下文将对耐热菌及其特性作一综述。 2 耐热菌的特性、控制概述 2 1 耐热菌的特性及其危害 耐热菌是一种通俗的称谓，为其英文俗称“t h e r m o p h i l i ca e i d o p h i l i cb a c t e r i a ” ( t a b 或a t b ) 的中文译名，实际上译为“嗜热嗜酸菌”更准确些1 1 6 1 其生物 学名称为a l i c y c l o b a c i l l u sa c i d o t e r r e s t r i s ，即酸土环脂芽孢杆菌1 1 7 1 ”。然而。t 耐 热菌”的称谓几乎已约定俗成，其生物学名称反而使用较少。故本文行文遵从习 惯，谓酸土环脂芽孢杆菌为“耐热菌”。 由其名称可见，耐热菌是一种嗜热、嗜酸的细菌。它们在酸性环境( 如果汁 中 生长良好，在p h 值低至2 5 时仍可存活；相对于多数中温菌的3 7 c 的培养温 度，它们在4 5 c 下繁殖更为迅速，其芽孢能经受酸性条件下的巴氏杀菌过程而存 活i t 3 , 1 ”1 l 。 耐热菌( 酸土环脂芽孢杆菌) 的特性如下综述： ( 1 ) 菌体特征1 1 3 二2 2 3 l 菌体细胞呈杆状，长2 9 4 3um ，宽o 6 - - 0 8i tm 。芽孢通常位于菌体末端或 次末端芽孢囊膨大或不膨大。在培养基或果汁中，其营养细胞极易形成芽孢， 培养后2 4 小时内即有芽孢形成，4 5 日后芽孢多从芽孢囊中释放出来。 ( 2 ) 氧气需求 为严格好氧菌，苹果汁中0 2 含量 o 1 ，其生长即被完全抑$ 【f 1 2 4 j 。 ( 3 ) 生长温度 酸土环脂芽孢杆菌能在2 0 。c 6 0 。c 的范围内生长，其最适生长温度为4 2 c 5 3 c 1 1 3 , 2 5 1 。也有人报道可在1 2 8 06 c 之间生长【2 6 1 。 ( 4 ) 生长p h 酸土环脂芽孢杆菌能在p h 2 5 6 0 的范围内生长，最适p h 范围为3 5 5 0 。 也有报道称p h 低至2 5 时仍能生长 2 0 , 2 3 。 ( 5 ) 生长环境 虽然环脂芽孢杆菌最初是在热的温泉水中发现的，然而该属细菌随后陆续在 果园土壤、森林等非热环境中也将其分离得到，甚至南极火山口附近也有它们的 踪迹 1 3 , 2 6 1 。说明其适生范围还是很广的。 巴西学者在桔园的土壤中、灌溉水中、桔子树叶及果实表面都发现了耐热菌 的存在，并且雨后果实及树叶表面耐热菌数目都有所减少。同时他们在生产线的 生产用水中、洗果水中、清洗过的果实表面、浓缩汁中都检测到了耐热菌【2 7 i 。 在所有果汁中，最适合耐热菌生长的是橙汁和梨汁，以下依次是苹果汁、桃 汁、白葡萄汁、柚子汁( 仅能缓慢生长) 1 2 ”。在苹果汁中，温度低于3 0 c 或可溶 性圆形物含量高于2 0 。b r i x 时耐热菌即无法繁殖【2 5 1 。 ( 6 ) 耐热性 酸土环脂芽孢杆菌的营养细胞并不耐热，其耐热性体现在芽孢上 2 9 - 3 2 1 。影响 耐热菌芽孢耐热性的因素依次为：温度、可溶性固形物含量、p h 值。据s p l i t t s t o s s e r 等( 3 3 1 的实验，苹果原汁中，其芽孢的耐热性为：d 如1 6 2 3 r a i n ，d 9 5 2 4 - - 2 8 m i n ， z 值为7 2 q 7 c 。而据y a m a z a k i 等人实验1 3 4 1 ，在p n 3 7 3 8 的果汁中，d m 1 0 9 1 3 7 m i n ，d 9 5 2 1 3 2 m i n 。也有研究者所报道数据与之相差甚远，如p o n t i u s 等人1 2 6 】的实验结果显示，含糖量1 2 的果汁中，p h 3 1 时d 9 i 3 1 , 3m i n ，p h 3 7 时d 9 代5 4 3 r a i n ；而当温度升高时，p h 值变化对其d 值的影响变小，在9 7 时， p h 3 1 时：d 9 7 e7 9 m i n ，p h 3 7 时：d 小8 8 m i n 。然而，不论具体的数据间差异程 度如何，有一个基本事实可以肯定：果汁加工过程中的高温瞬时灭菌并不能使耐 热菌芽孢失活。不仅如此，巴氏杀菌过程相反还起到了一个“热冲击”( h e a ts h o c k ) 的作用，刺激了耐热菌芽孢的萌发，如果条件合适，它即可在果汁产品中大量繁 殖而导致果汁败坏【1 3 l 。 耐热菌耐热性的生化机理尚未完全清楚。一般认为，与其细胞膜特有的u 环 状脂肪酸有关【3 5 】。 ( 7 ) 危害 酸土环脂芽孢杆菌在果汁中大量繁殖，易产生一种令人不适的特殊气味，有 时还使果汁产生轻微沉淀或雾状浑浊，对果汁的感官品质有很大的影响1 1 3 ”盈j 。 但耐热茵为非致病菌，不产生任何己知的毒素1 2 ”a 耐热菌所产生的特殊气味化合物包括愈刨木酚( g u a i a c o l ，其浓度相对较高， p p b 级) ，2 6 一= 溴苯酚、2 ，6 一二氯苯酚( 2 ，6 - d i b r o m o p h e n o l ，2 , 6 - d i c h l o r o p h e n o l ， 此二者浓度很低，为p l a t 级) 。愈创木酚在果汁中的味觉阈值约为2 p p b ， 2 ，6 - - 二溴苯酚和2 ，6 一二氯苯酚味觉阈值分别为0 ，5 p p t ( 水中) 、3 0 p p t ( 牛奶中) 。酸 土环脂芽孢杆菌在果汁中的繁殖能产生含量高达2 9 4 p p b 的愈刨木酚，不过大多数 情况下其含量 l o o p p b 。在败坏的果汁中，能检测到2 p p t 浓度的2 ，6 一二溴苯酚 和1 6 p p t 浓度的2 ，6 一二氯苯酚。愈创木酚产生一种烟熏味的苯酚化合物的味道， 卤酚则产生一种类似苯酚类化合物消毒剂的气味【1 4 ，3 6 - 3 9 1 。 美国n f p a ( 国家食品生产者联合会) 的专家w a l l s 等作了耐热菌的致病性实 验【2 5 1 。他们将高浓度的酸土环脂芽孢杆菌的生理盐水悬菌液0 5 m l 注射到小鼠腹 膜内，小鼠未表现出任何异常现象，证明在受试浓度内该菌不具致病性。同时， 他们将耐热菌含量高达5 1 0 6 c f u m l 的苹果汁用于饲喂豚鼠，该果汁已具有明显 的愈创木酚等风味败坏化合物的气味，饲喂一周后豚鼠仍表现正常，说明耐热菌 及其产生的次生代谢物愈创木酚、卤酚在受试浓度范围内对动物无毒性作用。另 外。到目前为止也没有任何关于饮用了含耐热菌的果汁后导致疾病的病例，这也 从另一方面证明了耐热菌及其次生代谢物对人的无害性。因此，尽管耐热菌可导 致果汁风味劣变而使企业蒙受很大经济损失，但值得欣慰的是，人们不必为其安 全性而担优。 2 2 耐热菌在生产线中的分布规律及其控制 2 2 1 耐热菌在生产线中的分布规律【1 6 i 由于1 9 8 7 年d e i n h a r d 等首先从梨园和森林的土壤中分离出耐热菌，人们一般 认为，耐热菌来源于土壤，故浓缩汁中耐热菌的最初来源可能是原料在收获时被 土壤污染p1 ，而加工前又未充分洗净所致。由于生产过程中极其适合耐热菌的繁 殖，其一旦进入生产系统，即在果汁中大量繁殖，进而污染设备，造成循环污染。 较长时间停机后，新产苹果汁中耐热菌含量极少即是循环污染的有力证据，一旦 耐热菌在设备中寄生，则是十分棘手的问题，由于生产系统中管路复杂，管件熬 多，存在清洗死角，要想通过清洗彻底去除耐热菌是十分困难的l “i 。 在果汁厂的贮果池附近、生产车间、蒸发器旁、刚进行过耐热菌检测的无菌 操作室内对空气进行耐热菌检测，多次重复均未检出耐热菌，说明耐热菌一般不 通过空气传播。对生产车间及化验室所用的自来水取样2 0 0 0 m l 也未检测出耐热 菌。说明自来水中也一般不含耐热菌。对苹果汁浓缩时所得的冷凝水取样2 0 0 0 m l 检测，偶尔能检测到耐热菌，但此时往往成品浓缩汁中耐热菌已严重超标。说明 在减压蒸发时耐热菌有可能随着蒸气滴被带入冷凝水中。由于冷凝水往往被工厂 当作最干净的水进行设备的最后一遍清洗，从而有可能重新污染设备乃至浓缩汁 成品，这一点提示工厂：在耐热菌超标严重时期，应慎用冷凝水。 由耐热菌的分布可以看出：耍想控制婷耐热菌，必须从原料果的清洗、设备 清洗、以及水的净化除菌几个方面同时入手。 2 2 ，2 耐热菌的控制 1 理论可行控制方法 常规的巴氏杀菌无法杀灭耐热菌，除非升高杀菌温度或延长杀菌时间，然这 又往往使产品营养价值、感官品质降低而无法被接受。目前，已有多种形式的非 热控制方法被研究，其中包括：化学防腐荆、有机酸、降低o ：含量、超高压处理、 消毒剂表面处理等。 ( 1 ) 化学防腐剂 在苹果汁或者橙汁中，3 0 0 m g l 的山梨酸，1 5 0 m g l 苯甲酸，或者山梨酸与 苯甲酸联合使用，都可以有效抑制耐热荫营养细胞和芽孢的生长繁殖1 4 “。n i s i n ， 即乳酸链球菌肽，对芽孢菌有着很好的抑制效果，其安全性又很高，因而引起了 人们的关注。据k o m i t o p o l o u 等人的研究，当n i s i n 浓度为5 01 u m l 时，它能使 苹果汁中耐热菌芽孢的d 9 0 由7 4 分钟降低至4 6 分钟。日本北海道大学的 y a m a z a k i 等人也得出了类似的结论。另外他们发现随着p h 值的降低，n i s i n 的作 用增强；当有5 0i u m l 的n i s i n 存在时对苹果汁进行巴氏杀菌后，绝大多数果汁 中耐热菌生长被抑制【4 2 i 。 ( 2 ) 有机酸 不同种类的有机酸对耐热菌的抑制作用各不相同。当浓度为0 1 时，乙酸对 耐热菌具有抑制作用，乳酸、琥珀酸、己二酸仅其暂时性的抑制作用，而拧檬酸、 l 苹果酸、富马酸、抗坏血酸则无抑制效应。 ( 3 ) 虚 高压微加热联合处理 2 5 时，6 2 0 m p a 高压处理1 0 m i n ，并不能使苹果汁中耐热菌芽孢数目减少； 但超高压和微加热结合使用效果却极佳，将苹果汁加热至4 5 ，仅用4 1 3 m p a 的 高压1 分钟即可使耐热菌芽孢对数值降低约4 5 个单位，处理1 0 分钟后对数值降 低约5 5 个单位【4 3 i 。 ( 4 ) 降低0 2 含量 耐热菌是严格好氧菌，氧气含量对其生长影响很大。c c m y 圳等人的研究表明： 当氧气含量为0 1 时，苹果汁中耐热菌生长即被抑制；当氧气含量为l 时，耐 6 热菌起初仍可生长，但随着培养时间延长，菌体又逐渐死亡。氧气含量对于耐热 菌的生长影响很大，降低氧气含量使之低于1 即可防止苹果汁中耐热菌繁殖而导 致的风味劣变。然而，果汁包装中完全隔除氧气是很困难的，即使真空包装的产 品仍有少最的残余氧。抗坏血酸作为一种抗氧化剂，可以消耗果汁中残存的oz ， 因此，添加抗坏血酸也是一种对抗耐热菌的可能选择1 4 4 1 。 ( 5 ) ，消毒剂l 消毒剂主要用于苹果表面清洗和生产线的清洗。1 0 0 0 p p m 的n a o c t ，4 的 h 2 0 2 室温处理1 0 m i n ，均能使耐热菌芽孢数目的对数值降低5 个单位以上。过氧 乙酸作为一种强氧化剂，1 溶液中耐热菌d 4 0 为3 g r o i n 。另外，n a o h 、h c | 也 多用于设备、管道清洗以除去生产线中寄生的耐热菌。 2 生产中耐热菌主要控制方法 如前所述，学者们己做了大量耐热菌控制方法的基础研究。但是，苹果浓缩 汁的生产中不允许使用添加剂，使用超高压处理也绘企业带来经济负担，因此， 以上种种方法，在苹果汁浓缩的生产中暂时无法应用。对各厂家而言，要有效控 制耐热菌，主要是通过以下途径： ( 1 ) ，加强清洗i i 对大多数厂家而言，加强清洗是控制耐热菌的最有效、最现实的途径： 原料果彻底清洗。可以对原料果进行预浸泡，延长清洗线路及清洗时间， 同时增加喷淋喷嘴数量( o 5 m p a 以上压力) ，使用滚杠喷淋清洗机、水压循环鼓 泡洗果机( 苹果在洗果机内中具有较强烈的翻滚) 等措施，以提高苹果的清洗效 果。 加强对清汁罐、成品罐及管道的清洗，重点加强超滤后段的清洗，保证清 洗彻底，不留死角。对设备和管道一定要勤清洗，以彻底消除耐热菌在设备及管 道中生存的可能。目前苹果浓缩汁生产线的清洗系统多为分段清洗，有很大弊端。 这种清洗方法极易造成衔接部分清洗不彻底，成为滋生耐热菌的污染源。清洗剂 多用2 3 的烧碱，7 0 8 0 c 清洗2 0 3 0 m i n ，清洗结束前还可用不含耐热菌的 热水( 9 0 9 5 c ) 对设备、管道进行1 0 1 5 m i n 的循环清洗。一般3 5 天清洗 次。在分段认真彻底的清洗后，还应对整个生产线进行一次系统的清洗。实践证 明，加强清洗对耐热菌的控制很有效。如果采用冷凝水进行清洗还要注意冷凝水 的质量，避免水中的耐热菌污染设备和管道。 尽可能避免果汁与氧气的接触，减少果汁中的氧含量。耐热菌为好氧菌， 在有氧条件下生长迅速，故要尽可能减少果汁中的氧含量，防止其大量繁殖。 ( 2 ) 过滤阻隔1 4 7 】 7 果汁经过一定过滤介质，使其中的微生物被阻挡在过滤介质之外是一种好 的除耐热菌的方法。如现在已有数家果汁厂在浓缩汁灌装前串联了纸板过滤机， 浓缩汁通过纸板而细菌被截留于纸板外。由于纸板需经常更换，导致企业成本增 加，且稳定性不太好，故其使用也受到一定限制。 综上所述，由于耐热菌对热力的较强的耐受性。它对传统的热力杀菌方法提 出了挑战。人们开始寻找新的思路，冷除菌技术开始受到果汁行业专家的重视。 3 食品加工中的非热除菌技术【4 8 弓6 】 非热杀菌是当代一类崭新的技术。杀菌条件易于控制，外界环境影响较小， 由于杀菌过程中食品的温度并不升高或升高很低。既有利于保持食品功能成分的 生理活性，又有利于保持色、香、味及营养成分。国内外对冷杀菌的研究开发日 益活跃，世界各国( 包括我国) 都已将一些非热杀菌技术应用列为2 1 世纪重点研 究和开发的食品新技术之一。目前先进的冷杀菌技术包括超高压杀菌、高压脉冲 电场杀菌、磁力杀菌、感应电子杀菌、辐照杀菌、脉冲强光杀菌，微波杀菌、超 声波杀菌、紫外线杀菌、臭氧杀菌、抗生酶杀菌等。 3 1 超高压( u h p ) 杀菌技术1 4 & 4 9 l 高压杀菌指将食品密封在容器内放入液体介质中或直接将液体食品打入处理 槽中，然后进行1 0 0 1 0 0 0m p a 的加压处理，高压能导致酵母、霉菌和营养细胞 的伤害或死亡，从而达到杀灭微生物的目的。高压杀菌机理通常认为是在高压下 蛋白质的四维立体结构崩溃而发生变性使微生物致死，近年来也有认为对微生物 的致死效果是压缩热和高压的联合作用。超高压杀菌技术先进性是高压、常温灭 菌，采用此技术对食品饮料处理后不但具备高效杀菌性，而且能完好保留食品 饮料中的营养成分，产品口感佳，色泽天然，安全性高，保质期长，这是传统高 温热力杀菌方法所不具有的优点。超高压食品符合2 l 世纪新型食品的简便、安全、 天然、营养的消费需求。 3 2 脉冲电场( p e f ) 杀菌【外5 3 】 脉冲电场( p u l s e de l e c t r i cf i e l d s ) 杀菌是利用强电场脉冲的介电阻断原理对食 品微生物产生抑制作用。对于高压脉冲电场杀菌机理有多种假说：如细胞膜穿孔 效应、电磁机制模型、粘弹极性形成模型、电解产物效应、臭氧效应等。归纳起 来主要表现在两个方面。脉冲产生的电场和磁场的交替作用，使细胞膜透性增 加，膜强度减弱，最终膜壁破裂，膜内物质外流膜外物质渗入，细菌体死亡。 电极附近物质电离产生的阴、阳离子与膜内生命物质作用，同时电离产生臭氧 的强烈氧化作用导致细菌体死亡。脉冲电场杀菌的特点是能耗低、能量利用率高、 8 处理时间短、传递快速且均匀。 3 3 紫外照射( uv ir r a d i a t i o n ) 一训 紫外线波长范围是从1 0 0 - - 4 0 0 n m ，其中只有2 0 0 2 8 0 n m 波段具有杀菌能力。 紫外照射的杀菌机理主要是由于微生物d n a 吸收紫外光导致d n a 突变，微生物 分子受激发后处