1、基礎研究食品科學2011, Vol. 32, No. 0743超高壓對鮮榨蘋果汁的殺菌效果及動力學分析李 珊，陳芹芹，李淑燕，韓 帥，倪元穎*(中國農業大學食品科學與營養工程學院，農業部果蔬加工重點開放實驗室，果蔬加工教育部工程研究中心，北京 100083)摘要：研究超高壓對鮮榨蘋果汁的殺菌效果，考察細菌總數、霉菌、酵母菌數分別在300、400、500、600MPa，保壓時間5、10、15、20、25min條件下的變化。結果表明：隨著壓力的升高和時間的延長，殺菌效果增強；霉菌、酵母對壓力較為敏感，500MPa處理5min即可被全部殺死。對不同處理壓力下蘋果汁殺菌效果進行動力學分析，應用Weib

2、ull模型，繪制殺菌曲線，在4個壓力水平下，曲線相關系數R2均大于0.900，證明擬合效果良好。模型中，比例參數b值，隨壓力的增加而升高；形狀參數n，在400600MPa條件下則沒有顯著變化。關鍵詞：超高壓；鮮榨蘋果汁；細菌總數；霉菌；酵母菌；Weibull模型Bactericidal Effect and Kinetics of High Hydrostatic Pressure on Fresh Apple JuiceLI Shan，CHEN Qin-qin，LI Shu-yan，HAN Shuai，NI Yuan-ying*(Key Laboratory of Fruits and Ve

3、getables Processing, Ministry of Agriculture, Engineering Research Centre for Fruits and VegetablesProcessing, Ministry of Education, College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing100083, China)Abstract ：In order to explore the bactericidal effect of high

4、 hydrostatic pressure on natural microorganisms in fresh apple juice,the numbers of total bacteria, mold and yeast in fresh apple juice were measured after pressure treatment at 300, 400, 500 or600 MPa for 5, 10, 15, 20 min and 25 min, respectively. The results showed that the bactericidal effect wa

5、s improved with theincrease of pressure level and pressure-holding time. Mold and yeast were more sensitive to high hydrostatic pressure and couldbe inactivated at 500 MPa for 5 min. The Weibull model was used to fit the survival curve. The correlation coefficients (R2) weremore than 0.900 determine

6、d at four pressure levels, which proved that Weibull model was suitable for the kinetic analysis ofbacterial inactivation. The values of scale factor b in the model were increased with the increase of pressure, while the values ofshape factor n were stable in the pressure range of 400 to 600 MPa.Key

7、 words：high hydrostatic pressure；fresh apple juice；total bacterial count；mold；yeast；Weibull model中圖分類號：TS255.1 文獻標識碼：A 文章編號：1002-6630(2011)07-0043-04隨著生活水平的提高，人們對食品品質和營養的要求也不斷提升。營養好、品質高的食品越來越受到消費者的青睞。鮮榨蘋果汁即是這樣一種食品，它既含有豐富的營養，又保持良好的天然風味，風靡日本歐洲市場1。為實現一定的貨架期要求，保證鮮榨蘋果汁的安全性，工業化生產中普遍采用熱力加工達到滅菌的目的。果汁是一種熱敏食品

8、，熱處理能很好的殺滅和鈍化果汁中的微生物和酶，但對果汁的品質影響較大2品的微生物安全性，又能保持食品色澤、風味、營養價值等方面的質量品質3。超高壓技術能有效殺死食品中的腐敗菌和致病菌，主要原因是高壓能使微生物細胞膜損傷、蛋白質變性及改變細胞內pH值4。其殺菌效果主要與微生物種類、壓力大小、加壓時間、環境因子等多種因素有關。一般來說，酵母菌、霉菌的耐壓性比細菌中革蘭氏陰性菌的耐壓性低，而革蘭氏陰性菌的耐壓性又較革蘭氏陽性菌低，病毒也可在不太高的壓力下滅活。芽孢較營養。超高壓技術作為一種非熱加工技術，它既能保證食收稿日期：2010-07-14作者簡介：李珊(1987)，女，碩士研究生，研究方向為農

9、產品加工與貯藏。E-mail：li3flysky*通信作者：倪元穎(1960)，女，教授，碩士，研究方向為果蔬加工、天然產物提取和功能食品開發。44 2011, Vol. 32, No. 07食品科學基礎研究細胞的耐壓性強5。不同食品體系中，超高壓技術對微生物的殺滅效果也不同。目前已有報道，應用超高壓對蘋果汁6、草莓汁7、獼猴桃汁8、枸杞9等進行處理，有較好的殺菌效果。蘋果汁為高酸性食品，其中主要的腐敗菌是對壓力敏感的酵母、霉菌和乳酸菌10。無論是食品原料中天然存在的微生物還是專門接種到物料中的微生物，超高壓滅菌動力學曲線大多數情況下并不符合一級反應的規律11。研究發現12，log-logis

10、tic 模型及Weibull模型能夠比線性模型更好的解釋超高壓滅菌的實驗結果，而Weibull模型更加簡潔、易用。超高壓處理鮮榨蘋果汁滅菌動力學還未見報道。本實驗通過研究超高壓對鮮榨蘋果汁的殺菌效果，并分析其殺菌動力學，為超高壓在鮮榨蘋果汁加工領域中提供一些基礎數據。11.1材料與方法數據統計與分析動力學分析滅菌效果用Weibull模型分析13-15。 Nln()=btn (1) N0數據分析結果與分析超高壓處理對鮮榨蘋果汁的殺菌效果研究超高壓處理對菌落總數的影響1.01.52.02.53.03.54.0510300MPa500MPa400MPa600MPa材料市售山東煙臺紅富士蘋果，于4度避

11、光貯存。市售聚乙烯塑料袋。營養瓊脂、孟加拉紅培養基、抗壞血酸、氯化鈉均購自北京藍弋化學試劑公司。1.2儀器與設備CAU-HHP-700超高壓設備 包頭科發新型高技術食方法試樣制備lg(N/N0)15時間/min2025圖1不同壓力對蘋果汁中菌落總數的影響Fig.1 Effect of pressure on the bacteria inactivation in fresh applejuice超高壓實驗設計微生物檢測根據GB 4789.22010食品微生物學檢驗菌落總數測定檢測菌落總數；根據GB 4789.152010食品微生物學檢驗霉菌和酵母計數進行霉菌和酵母菌計數。菌落總數培養基選用營

12、養瓊脂，霉菌、酵母菌計數選用孟加拉紅培養基。為保證實驗數據準確性，所由圖1可知，壓力和時間是影響菌落總數的重要因素。隨著保壓時間的延長及處理壓力的增加，菌落總數呈現明顯下降的趨勢。高壓處理保壓5min后，600MPa處理組較300MPa處理組菌落總數的對數多降低了2.2個單位。而處理組(600MPa、25min)比處理組300MPa、5min菌落降低對數多降低了2.8個單位。當壓力從300MPa增加到400MPa時，菌落總數降幅較大。而壓力從400MPa到500MPa，500MPa到600MPa時，菌落總數降幅較小。這是由于不同菌都有自身耐壓閾值，壓力敏感菌壓力閾值較低(300MPa)，耐壓菌

13、的閾值高，少數革蘭氏陽性菌芽孢可耐受1000MPa以上壓力7。因此，在較低壓力下提高到較高壓力，能有效殺滅壓力敏感菌，細菌總數大幅度減少，而繼續升高壓力，在一定條件下因壓力達不到耐壓菌的閾值，菌落總數的降低趨勢也就相對平緩。基礎研究超高壓處理對霉菌、酵母菌的殺菌效果0.51.01.52.02.53.03.54.051015時間/min圖2不同壓力對蘋果汁中霉菌、酵母菌數的影響apple juice20食品科學0.00.51.01.52.02.53.03.52011, Vol. 32, No. 0745lg(N/N0)lg(N/N0)300MPa400MPa0510152025時間/min250

14、.50.00.51.01.52.02.53.03.54.0510152025時間/mina. 300MPa；b. 400MPa；c. 500MPa；d. 600MPa。圖3300、400、500、600MPa條件下Weibull模型擬合的殺菌動力學曲線Fig.3 Survival curves of bacteria in fresh apple juice at 300, 400, 500 MPaand 600 MPa fitted with Weibull model由圖2可見，隨著壓力的增加霉菌及酵母菌的數量顯著降低。400MPa處理組霉菌、酵母菌數隨時間的延長其降低速率更快。在壓力40

15、0MPa條件下處理20min，菌落總數由最初的16000CFU/mL降至15CFU/mL，符合國家食品衛生不超過20CFU/mL的標準。結果表明，當壓力提升至500MPa時，對鮮榨蘋果汁處理5min則無霉菌酵母菌檢出，600MPa處理5min也能達到相同的效果。2.2超高壓處理對鮮榨蘋果汁殺菌效果的動力學分析表1超高壓處理鮮榨蘋果汁殺菌曲線Weibull模型參數Table 1 The Weibull model for kinetic parameters of bacteriainactivation in apple juice treated by ultra high pressure

16、壓力/MPa300400500600由圖3可知，殺菌動力學曲線的形狀隨著處理壓力水平的變化呈現顯著變化。由于本實驗選用的超高壓設備升壓速率為70MPa/min，升高到600MPa需9min左右，而實驗以壓力升高到處理壓力300、400、500、600MPa后為0min開始計時，此時細菌總數已經隨壓力的升高而有一定下降。當處理壓力在300MPa時，超高壓殺菌動力學曲線彎曲度較小接近線性，但隨著壓力的增加，殺菌曲線呈凹面狀，顯示明顯的曲率和拖尾16。在較高的壓力400、500、600MPa條件下殺菌曲線的形狀較為相似。在初始的5min內，菌落對數急速降低，5min之后到25min的拖尾部分仍能降低

17、約1.5個對數。由表1顯示，Weibull模型中兩個動力學參數b和n與壓力相關。在壓力范圍300600MPa間b值與壓力幾乎成線性關系，隨著壓力的增加而增加。這一結果與其他文獻報道13-14一致。n值顯示處理壓力對殺菌曲線的形狀的影響。在壓力300MPa時n值最大，表明在此壓力條件下微生物細胞的敏感性提高，導致微生物大以相關系數(R2)為模型擬合好壞的評價指標。R2越大，模型擬合度越高。由表1可見，4個壓力下Weibull模型的R2值都在0.900以上，表明超高壓對鮮榨蘋果汁滅菌效果的動力學符合Weibull模型。0.20.00.20.40.60.81.01.21.41.61.8lg(N/N0

18、)0510152025量死亡。壓力從300400MPa，n值降低最多，而400500MPa，500600MPa間n值變化不大。即表明在400600MPa下，動力學曲線形狀趨于穩定。3結論本實驗研究了超高壓處理對鮮榨蘋果汁的殺菌效果的影響，并對其進行了殺菌動力學分析。得出以下結時間/min0.00.51.01.52.02.53.0510152025時間/minlg(N/N0)論：壓力大小及保壓時間對殺菌效果影響顯著，在處理壓力300600MPa范圍內，鮮榨蘋果汁的處理壓力越lg(N/N0)Fig.2 Effect of pressure on the inactivation of mold a

19、nd yeast in fresh46 2011, Vol. 32, No. 07食品科學6789基礎研究大，保壓時間越長，殺菌效果越好。處理組600MPa，25min比處理組300MPa，5min菌落降低對數多降低了2.8個單位。霉菌、酵母菌對壓力更為敏感，處理壓力500MPa以上保壓5min則無菌落檢出。Weibull模型對超高壓處理鮮榨蘋果汁的殺菌動力學曲線擬合良好。比例參數b值與壓力幾乎呈線性關系，隨壓力的增大而升高，b值越大殺菌效果越好。形狀參數n值與壓力相關，表明壓力大小影響殺菌曲線的形狀，300MPa壓力時殺菌曲線較為接近線性，增加壓力到400、500、600MPa，曲線凹度增加

20、，且相互間變化趨于穩定。參考文獻：123趙光遠, 鄒青松, 孫鵑, 等. 超高壓加工鮮榨蘋果汁過程中的主要理化變化J. 飲料研究, 2007, 33(11): 143-146.鐘葵, 廖小軍, 梁楚霖, 等. 脈沖電場和熱處理對鮮榨蘋果汁貯藏期品質的影響J. 食品與發酵工業, 2004, 30(8): 49-54.OEY I, van der PLANCKEN L, van LOEY A, et al. Dose high pressureprosessing influence nutritional aspects of plant based food system?J.Food Sci

21、ence and Technology, 2008, 19(6): 300-308.4SMELT J P P M. Recent advances in the microbiology of high pressureprocessingJ. Trends in Food Science and Technology, 1998, 9(4):152-158.5李汴生, 曾慶孝, 彭志英, 等. 超高壓殺菌及其反應動力學J. 食品科學, 1997, 18(9): 3-9.姜斌, 胡小松, 廖小軍, 等. 超高壓對鮮榨果蔬汁的殺菌效果J. 農業工程學報, 2009, 25(5): 234-237

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