高密度二氧化碳?xì)⒕夹g(shù)在食品加工中的應(yīng)用研究

摘 要：高密度二氧化碳?xì)⒕夹g(shù)( Dense Phase Carbon Dioxide,簡(jiǎn)稱DPCD)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新型非熱力加工殺菌技術(shù),它具有很多以往殺菌技術(shù)沒有具有的優(yōu)點(diǎn),如殺菌溫度低、無(wú)污染、營(yíng)養(yǎng)損失少等.因此開展高密度二氧化碳對(duì)微生物致死效果及致死機(jī)理的研究是非常有意義的. 關(guān)鍵詞：高密度二氧化碳；殺菌；非熱力殺菌

0 引言 二氧化碳在高密度狀態(tài)下是一種良好的溶劑,高密度二氧化碳能萃取出微生物細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞膜和細(xì)胞壁上的功能性物質(zhì),使微生物細(xì)胞受到破壞,從而使微生物失去活性而死亡.目前研究主要集中在對(duì)食品中常見微生物殺滅效果及其機(jī)理研究,并建立了一些相關(guān)的殺菌模型.關(guān)于高密度二氧化碳對(duì)食品中內(nèi)源酶鈍化作用研究相對(duì)較少,但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)DPCD能有效的降低多種酶活性,并認(rèn)為酶活性的降低與酶二級(jí)結(jié)構(gòu)中的α螺旋結(jié)構(gòu)變化有關(guān).

1 高密度二氧化碳?xì)⒕膬?yōu)點(diǎn) DPCD是指在100MPa以下壓力、在常溫或較低的溫度下,通過化學(xué)作用、機(jī)械作用和其他未知原理的作用殺死微生物,同時(shí)使食品中的酶、蛋白質(zhì)等生物大分子變性達(dá)到滅菌保鮮目的.同樣食品的天然味道、風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值不受或很少受影響、低能耗、無(wú)毒素產(chǎn)生的一種加工方法. 通過熱力殺菌的食品不僅會(huì)導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損失,還會(huì)導(dǎo)致食品色澤暗淡、風(fēng)味逸散、產(chǎn)生難聞的煮熟氣味,難以讓消費(fèi)接受.解決這一問題是國(guó)內(nèi)外食品科技界非常關(guān)注的課題. 由于熱力殺菌存在難以克服弊端以及食品保鮮加工的迫切需要,“冷殺菌”( 又稱非熱力殺菌) 技術(shù)得到飛速發(fā)展.現(xiàn)有“冷殺菌”技術(shù)包括超高壓、DPCD、高壓脈沖電場(chǎng)、高強(qiáng)度脈沖磁場(chǎng)、超聲波、放射線、紫外、臭氧技術(shù)等1 0 余種,其他“冷殺菌”技術(shù)還在不斷涌現(xiàn).在上述“冷殺菌”技術(shù)中,超高壓殺菌技術(shù)比DPCD提出早,研究時(shí)間長(zhǎng),研究也相對(duì)透徹,成果更為豐富.所以,超高壓殺菌作為“冷殺菌”技術(shù)首先被美國(guó)食品藥品管理局(FDA,2000年)批準(zhǔn)工業(yè)化應(yīng)用,而且被FDA評(píng)價(jià)為：能夠有效殺滅微生物芽孢,食品質(zhì)量甚至超過冷凍保鮮食品的一種食品保鮮加工技術(shù)

[1]. 與DPCD相比超高壓殺菌存在缺陷.超高壓食品加工技術(shù)是指利用100MPa以上壓力,在常溫或較低的溫度下,使食品中的酶、蛋白質(zhì)、核糖核酸和淀粉等生物大分子改變活性、變性或糊化,以機(jī)械殺滅微生物為主要形式,而食品的天然味道、風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值不受或很少受影響、低能耗、無(wú)毒素產(chǎn)生的一種滅菌保鮮加工方法. DPCD相與超高壓殺菌兩種方法相比,殺菌原理不盡相同,但加工產(chǎn)品的品質(zhì)同樣優(yōu)良,均為典型的“冷殺菌”.最大的差別是工作壓力相差巨大,超高壓有效殺菌壓力一般在400MPa至1000MPa.DPCD有效殺菌壓力在3MPa至70MPa.此外,與超高壓殺菌相比,成本低、節(jié)約能源、安全無(wú)毒、節(jié)省空間、連續(xù)生產(chǎn)、無(wú)噪音等優(yōu)點(diǎn)更為明顯. 超高壓設(shè)備的制造成本與其容器額定工作壓力成幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系,每增加100MPa設(shè)備成本增加一倍.設(shè)備額定壓力越高,運(yùn)行成本越高.相比之下,高密度二氧化碳?xì)⒕O(shè)備成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于“超高壓殺菌”,工業(yè)化投資成本大大降低.技術(shù)成熟后,將是最有希望大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的" 冷殺菌" 技術(shù)[2]. 2 高密度二氧化碳?xì)⒕膽?yīng)用

1.1 果蔬汁的殺菌 David Del Pozo－ Insfran 等

［3］研究了DPCD 在加工的葡萄汁微生物穩(wěn)態(tài)、植物化學(xué)物質(zhì)的保留以及感官上的作用.經(jīng)過巴氏熱殺菌處理過的葡萄汁,花色苷、多酚和抗氧化物會(huì)減少10%～30% ,高密度二氧化碳處理則不會(huì)發(fā)生變化,即使是在貯藏結(jié)束時(shí),仍然比巴氏熱殺菌保留了更多的含量.對(duì)未經(jīng)處理樣品與DPCD 和巴氏熱殺菌處理的比較發(fā)現(xiàn),兩者之間包括顏色、氣味、風(fēng)味和總體感官等,都存在很大的差異.同樣的實(shí)驗(yàn),Gurbuz Gune等

［4］也發(fā)現(xiàn)DPCD可以降低葡萄汁中的酵母菌的活性,且隨著濃度和壓力的增大,活性降低的就越大,處理過程中也不會(huì)發(fā)生風(fēng)味的降低.經(jīng)過五周的貯藏,相對(duì)于巴氏熱殺菌,DPCD 處理的樣品更能保存植物化學(xué)成分 郭鳴鳴等

［5］研究了新鮮荔枝汁37℃ 自然培養(yǎng)12h 和37℃自然培養(yǎng)24h 經(jīng)DPCD 處理前后細(xì)菌總數(shù)、霉菌與酵母菌總數(shù)的變化,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,經(jīng)DPCD 處理后細(xì)菌總數(shù)降低了4到6個(gè)數(shù)量級(jí),霉菌和酵母菌完全被殺滅.對(duì)殺菌前后的荔枝汁中天然微生物的菌落形態(tài)進(jìn)行觀察顯示,殺菌前后荔枝汁中微生物的菌落形態(tài)有明顯的差別,DPCD 處理后優(yōu)勢(shì)菌基本被殺滅. 1.2 肉制品的殺菌 閆文杰等

［6］利用DPCD對(duì)豬肉進(jìn)行了處理,對(duì)經(jīng)過DPCD處理后的豬肉在貯藏過程中的品質(zhì)和理化性質(zhì)進(jìn)行了分析.結(jié)果表明,DPCD處理對(duì)冷卻豬肉在貯藏過程中的pH、a*值和揮發(fā)性鹽基氮值有顯著影響,但對(duì)L*值、保水性、肌原纖維小片化指數(shù)值、硫代巴比妥酸值、羰基值沒有顯著影響; DPCD處理壓力越高,對(duì)冷卻豬理化性質(zhì)的影響越有利,但對(duì)顏色和持水性的影響就越不利,其中,冷卻豬肉經(jīng)21MPa、50℃的DPCD 處理30min后,a*值顯著降低( P＜0.01),肉變成灰白色.Choi等

［7］研究也發(fā)現(xiàn)鮮肉經(jīng)過DPCD處理變成灰白色,亮度增加.

1.3 蛋制品的殺菌 傳統(tǒng)液蛋產(chǎn)品的殺菌方式通常采用巴氏殺菌.該法對(duì)殺滅食源性致病菌非常有效,但同時(shí)也會(huì)降低熱敏感產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,影響產(chǎn)品的感觀品質(zhì).液蛋是一種含有熱敏蛋白的產(chǎn)品,加熱易凝固,采用非熱殺菌技術(shù)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱處理技術(shù),既能殺滅產(chǎn)品中的微生物,尤其是致病微生物,確保產(chǎn)品安全,延長(zhǎng)產(chǎn)品貨架期,又能夠保持產(chǎn)品良好的感觀特性和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值. 鄭海濤等

[8]采用DPCD處理雞蛋全蛋液,研究不同溫度和壓力條件下對(duì)大腸桿菌和沙門氏菌的殺滅效果.結(jié)果表明,殺菌效果隨著溫度升高、壓力的增加而提高; 處理?xiàng)l件為:15MPa、35℃、15min,大腸桿菌和沙門氏菌數(shù)量分別降低了3.07和1.89個(gè)對(duì)數(shù)值.因此,DPCD對(duì)蛋品進(jìn)行殺菌同樣具有良好的效果. 王洪芳

[9]等研究了不同溫度、壓力和時(shí)間條件下,DPCD處理對(duì)蛋清液中沙門氏菌和大腸桿菌的殺菌效果,并對(duì)DPCD處理蛋清液中大腸桿菌的殺菌動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析.結(jié)果表明,在15 MPa,45 ℃下DPCD 處理60 min,沙門氏菌和大腸桿菌分別降低了4.46 和5.57個(gè)對(duì)數(shù)值,其中大腸桿菌對(duì)DPCD 處理較沙門氏菌敏感.30 MPa,45 ℃,DPCD 處理30 min,可以完全殺滅蛋清液中的大腸桿菌. 1.4 乳制品的殺菌 廖紅梅

[10]等研究了20 MPa、37℃條件下DPCD 對(duì)牛初乳的殺菌效果.并探討了經(jīng)過處理后牛初乳粒度、黏度、色澤、pH 值等的變化.結(jié)果表明在20 MPa、37℃的DPCD 處理30 min 以上條件能較好地殺滅牛初乳中的細(xì)菌,同時(shí)牛初乳發(fā)生了色澤變亮、粒度增大、黏度和pH值均降低等變化. 鐘葵等

[11]對(duì)DPCD處理牛奶殺菌效果進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,考慮殺菌壓力和處理時(shí)間,隨著壓力和時(shí)間的增加,DPCD對(duì)牛奶中菌落總數(shù)的殺菌效果顯著增強(qiáng)(P＜0.05) ,處理溫度對(duì)處理效果也有協(xié)同效應(yīng).在50℃、30MPa 和70min 時(shí),牛奶中菌落總數(shù)的殘存率最大降低了5.082個(gè)數(shù)量級(jí).這些數(shù)據(jù)能較好的用Weibull模型來(lái)擬合,菌落總數(shù)的失活曲線,隨著壓力增加和溫度升高,模型動(dòng)力學(xué)參數(shù)比例因子和形狀因子呈現(xiàn)規(guī)律化變化.

3 結(jié)論展望 DPCD的應(yīng)用研究已經(jīng)廣泛開展,但是DPCD的工業(yè)應(yīng)用尚有一系列問題亟待解決.首先,應(yīng)加強(qiáng)大容積工業(yè)化裝置的研制,這是DPCD工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵; 其次,應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)裝置的設(shè)計(jì)以及元器件的系統(tǒng)的研制,進(jìn)行DPCD處理過程中的各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)分析; 第三,應(yīng)加強(qiáng)處理室的多樣化設(shè)計(jì).目前DPCD處理并非對(duì)所有的食品都適用,大部分只適用于液體食品,限制了該技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用.此外由于對(duì)DPCD研究的時(shí)間較短,許多方面的積累還處于初級(jí)階段,需要進(jìn)行更深層次的機(jī)理研究.