超高壓處理生牛乳工藝優(yōu)化研究

超高壓處理生牛乳工藝優(yōu)化研究

0超高壓殺菌技術(shù)為了確保食品安全，現(xiàn)代食品行業(yè)可以通過多種消毒技術(shù)來延長貨架期。目前乳品行業(yè)中常用的殺菌方式主要為熱殺菌，包括巴氏殺菌和超高溫瞬時(shí)殺菌（Ultra-highTemperaturetreated,UHT）。傳統(tǒng)熱殺菌技術(shù)雖然可以殺滅乳品中大部分微生物，但同時(shí)會(huì)造成牛乳中活性成分及營養(yǎng)物質(zhì)不可避免的損失，并伴隨著“蒸煮味”出現(xiàn)超高壓技術(shù)（Ultra-highPressureProcessing,UHP）又稱為高靜水壓技術(shù)（HighHydrostaticPressure,HHP），是一種新型冷殺菌技術(shù)，近年來已經(jīng)在食品工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到一定的應(yīng)用。超高壓技術(shù)具有不升溫、無二次污染等特點(diǎn)，通常使用水作為壓強(qiáng)傳遞介質(zhì)，在常溫或低溫條件下，通過施加100～1000MPa的高壓，改變食品中蛋白質(zhì)、酶類、核酸等生物大分子的活性、構(gòu)象等，進(jìn)而殺滅存在的腐敗菌、致病菌，延長食品貨架期牛乳營養(yǎng)豐富，同時(shí)也是微生物天然的培養(yǎng)基，因此乳和乳制品生產(chǎn)過程中很容易受到微生物的污染，進(jìn)而影響產(chǎn)品質(zhì)量安全1材料和方法1.1培養(yǎng)基和培養(yǎng)基生牛乳，南京衛(wèi)崗乳業(yè)自有牧場；平板計(jì)數(shù)瓊脂（platecountagar,PCA）培養(yǎng)基、結(jié)晶紫中性紅膽鹽瓊脂（VRBA）培養(yǎng)基、緩沖蛋白胨水（BPW）、四硫磺酸鈉煌綠（TTB）增菌液、亞硒酸鹽胱氨酸（SC）增菌液、亞硫酸鉍（BS）瓊脂、木糖賴氨酸脫氧膽鹽（XLD）瓊脂，北京陸橋技術(shù)股份有限公司；金黃色葡萄球菌測試片，美國3M。1.2設(shè)備和設(shè)備超高壓食品加工設(shè)備HYPREE50；隔水式恒溫培養(yǎng)箱，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；超凈工作臺(tái)，新加坡藝思高科技有限公司。1.3方法1.3.1超高壓處理?xiàng)l件取130mL新鮮生牛乳裝入聚乙烯塑料瓶中，密封后先置于50℃水浴中進(jìn)行升溫，升溫結(jié)束后放入超高壓設(shè)備的壓力腔內(nèi)，以水為高壓介質(zhì)（介質(zhì)溫度為3～6℃），對(duì)生牛乳進(jìn)行不同條件的超高壓處理。1.3.2微生物的測定選用300、400、500、600MPa4個(gè)工作壓力，分別處理10min，空白對(duì)照組為未經(jīng)高壓處理的生牛乳，盡快進(jìn)行處理前后樣品微生物的測定。1.3.3微生物的測定工作壓力選用400MPa，分別處理5、10、15、20、25min，空白對(duì)照組為未經(jīng)高壓處理的生牛乳，盡快進(jìn)行處理前后樣品微生物的測定。1.3.4超高壓處理和微生物測定工作壓力選用400MPa，保壓時(shí)間選用10min，樣品溫度達(dá)到50℃后在水浴鍋中分別保溫5、10、15、20、25、30min后再進(jìn)行超高壓處理，空白對(duì)照組為未經(jīng)高壓處理的生牛乳，盡快進(jìn)行處理前后樣品微生物的測定。1.3.5正交試驗(yàn)選用工作壓力、保壓時(shí)間和保溫時(shí)間為實(shí)驗(yàn)因素，進(jìn)行L1.3.6微生物指標(biāo)的測定測定超高壓殺菌乳在2～6℃貯藏期間（0、5、10、20、25、30d）菌落總數(shù)、大腸菌群、沙門氏菌和金黃色葡萄球菌的變化情況，評(píng)測標(biāo)準(zhǔn)參考企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。1.3.7微生物指標(biāo)的測定菌落總數(shù)測定采用平板計(jì)數(shù)法，具體可參照GB4789.2-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)菌落總數(shù)測定》。菌落總數(shù)致死率的計(jì)算公式為：致死率（%）=（對(duì)照組樣品的菌落總數(shù)-實(shí)驗(yàn)組樣品的菌落總數(shù)）/對(duì)照組樣品的菌落總數(shù)×100%大腸菌群測定采用平板計(jì)數(shù)法，具體可參照GB4789.3-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)大腸菌群計(jì)數(shù)》。大腸菌群致死率的計(jì)算公式為：致死率（%）=（對(duì)照組樣品的大腸菌群數(shù)-實(shí)驗(yàn)組樣品的大腸菌群數(shù)）/對(duì)照組樣品的大腸菌群數(shù)×100%金黃色葡萄球菌檢測采用測試紙片法沙門氏菌檢測程序可參考GB4789.4-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)沙門氏菌檢驗(yàn)》。2結(jié)果與討論2.1工作壓力a對(duì)大腸菌群的致死率曲線的影響在樣品溫度4℃、保壓時(shí)間10min條件下，采用不同工作壓力處理生牛乳，其微生物結(jié)果如圖1所示。不同的超高壓工作壓力對(duì)生牛乳中的菌落總數(shù)和大腸菌群均有顯著的殺滅效果，且隨著工作壓力的增加，滅菌效果均呈上升趨勢。菌落總數(shù)的致死率曲線表明：當(dāng)工作壓力為300MPa時(shí)，致死率已經(jīng)超過85%；當(dāng)工作壓力增加至400MPa時(shí)，致死率呈直線上升趨勢，達(dá)到95%以上，滅菌效果十分明顯；當(dāng)工作壓力>400MPa時(shí)，致死率仍呈上升趨勢，雖然整體趨于平緩，但此時(shí)致死率已經(jīng)接近100%。大腸菌群的致死率曲線整體趨勢與菌落總數(shù)相似：當(dāng)工作壓力為300MPa時(shí)，致死率已經(jīng)超過95%，滅菌效果十分明顯；當(dāng)工作壓力≥400MPa時(shí)，致死率仍呈上升趨勢，雖然整體趨于平緩，但此時(shí)致死率已經(jīng)接近100%。由此可見相比菌落總數(shù)，超高壓對(duì)于大腸桿菌的殺滅效果更顯著，這與Toledo綜上，以微生物致死率達(dá)到95%以上為評(píng)價(jià)指標(biāo)，選擇400、500、600MPa進(jìn)行下一步正交試驗(yàn)。2.2保壓時(shí)間對(duì)大腸菌群的影響在樣品溫度4℃、工作壓力400MPa條件下，選取保壓時(shí)間5、10、15、20、25min對(duì)生牛乳進(jìn)行超高壓處理，其微生物結(jié)果如圖2所示。隨著保壓時(shí)間的增加，超高壓處理對(duì)生牛乳中菌落總數(shù)和大腸菌群的殺滅效果均呈上升趨勢。菌落總數(shù)的致死率曲線表明：當(dāng)保壓時(shí)間為5min時(shí)，致死率已經(jīng)超過85%；當(dāng)保壓時(shí)間增加至10min時(shí)，致死率呈直線上升趨勢，達(dá)到95%以上，滅菌效果十分明顯；當(dāng)保壓時(shí)間>10min時(shí)，致死率仍呈上升趨勢，雖然整體趨于平緩，但此時(shí)致死率已經(jīng)接近100%。大腸菌群的致死率曲線整體趨勢與菌落總數(shù)相似：當(dāng)保壓時(shí)間為5min時(shí)，致死率已經(jīng)超過95%，滅菌效果十分明顯；當(dāng)保壓時(shí)間>10min時(shí)，致死率仍呈上升趨勢，雖然整體趨于平緩，但此時(shí)致死率已經(jīng)接近100%。由此可見相同工作壓力條件下，多數(shù)情況下延長保壓時(shí)間可以提高超高壓處理的滅菌效果，保壓時(shí)間越長，滅菌效果越好。Gaenzle綜上，以微生物致死率達(dá)到95%以上為評(píng)價(jià)指標(biāo)，同時(shí)考慮實(shí)際生產(chǎn)耗能問題，選擇5、10、15min進(jìn)行下一步正交試驗(yàn)。2.3保溫時(shí)間10min考慮到牛乳的實(shí)際生產(chǎn)過程中，除了殺菌之外，還可能存在在其他環(huán)節(jié)受到熱影響的情況，因此通過水浴將樣品升溫至50℃后，在水浴鍋中保溫5、10、15、20、25、30min后再進(jìn)行超高壓處理，超高壓條件為工作壓力400MPa，保壓時(shí)間10min，其微生物結(jié)果如圖3所示。菌落總數(shù)的致死率曲線表明：當(dāng)保溫時(shí)間為5min時(shí)，致死率已經(jīng)超過95%，滅菌效果十分明顯；當(dāng)保溫時(shí)間≥10min時(shí)，盡管致死率出現(xiàn)上升-下降-上升的趨勢，但仍維持在95%以上，滅菌效果十分顯著。大腸菌群的致死率曲線表明：當(dāng)保溫時(shí)間為5min時(shí)，致死率已經(jīng)超過95%；當(dāng)保溫時(shí)間≥10min時(shí)，盡管致死率略有降低，但仍維持在95%以上，滅菌效果十分顯著。由此可見隨著保溫時(shí)間的增加，超高壓處理對(duì)生牛乳中菌落總數(shù)和大腸菌群仍有顯著的殺滅效果，但整體趨勢出現(xiàn)了上下波動(dòng)，不再呈線性相關(guān)關(guān)系。溫度是影響超高壓處理致死微生物效果的因素之一，其對(duì)微生物生長代謝和存活與否有著重要的影響綜上，以微生物致死率出現(xiàn)拐點(diǎn)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，選擇10、20、30min進(jìn)行下一步正交試驗(yàn)。2.4菌落總數(shù)致死率正交試驗(yàn)綜合工作壓力、保壓時(shí)間及保溫時(shí)間的單因素試驗(yàn)，根據(jù)菌落總數(shù)致死率確定最佳正交水平，試驗(yàn)結(jié)果及方差分析如表2所示。根據(jù)表2的數(shù)據(jù)，分析k值可知：最優(yōu)工藝組合為A2.5超高壓處理對(duì)牛乳中微生物的影響選用工作壓力600MPa、保壓時(shí)間15min、保溫時(shí)間30min對(duì)生牛乳進(jìn)行超高壓處理，并測定超高壓殺菌乳在2～6℃貯藏期間（0、5、10、20、25、30d）菌落總數(shù)、大腸菌群、沙門氏菌和金黃色葡萄球菌的變化情況，結(jié)果如表3所示。評(píng)測標(biāo)準(zhǔn)參考企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)：菌落總數(shù)小于100，大腸菌群、沙門氏菌和金黃色葡萄球菌未檢出即視為合格。由表3可知，超高壓處理對(duì)生牛乳中微生物的殺滅效果十分明顯。隨著貯藏時(shí)間的增加，菌落總數(shù)也逐漸增加，但在0～25d內(nèi)仍少于100，符合內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，直到30d才超出100；大腸菌群、沙門氏菌及金黃色葡萄球菌則直到第30d仍符合內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。由此可見優(yōu)化得到的工藝組合可顯著殺滅生牛乳中的微生物，且一定程度上可以有效延長巴氏殺菌乳的貨架期。3保壓時(shí)間與菌落總數(shù)的關(guān)系通過工作壓力、保壓時(shí)間和保溫時(shí)間單因素試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)超高壓處理能夠顯著殺滅生牛乳中的微生物，且滅菌效果會(huì)隨工作壓力、保壓時(shí)間的增加而增加，但保溫時(shí)間并沒有明顯的促進(jìn)作用。另外，盡管滅菌效果與工作壓力、保壓時(shí)間成正比關(guān)系，但當(dāng)工作壓力或者保壓時(shí)間增加到一定范圍時(shí)，滅菌效果仍然趨于緩慢增加，說明當(dāng)殺菌率達(dá)到一定后，僅通過增加工作壓力或者保壓時(shí)間并不能實(shí)現(xiàn)完全殺滅微生物的目標(biāo)，需要結(jié)合其它因素來進(jìn)一步提高滅菌效率。通過正交試驗(yàn)，初步篩選出超高壓處理的最優(yōu)工藝組合為工作壓力600MPa、保壓時(shí)間15min、保溫時(shí)間30min，影