食品組分與天然抑菌劑對(duì)芽孢耐熱性的影響

王 濤，何志勇，陳 潔

(江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇無錫214122)

食品組分與天然抑菌劑對(duì)芽孢耐熱性的影響

王 濤，何志勇，陳 潔*

(江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇無錫214122)

研究了不同濃度的NaCl、乳清蛋白、蔗糖、表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)、乳酸鈉和乳酸鏈球菌素(Nisin)以及不同pH對(duì)于嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢耐熱性的影響。結(jié)果顯示，pH對(duì)芽孢耐熱性有顯著影響，D值隨著pH的降低而逐漸減低;乳清蛋白在115℃和118℃條件下對(duì)芽孢耐熱性有保護(hù)作用，但在121℃時(shí)無顯著保護(hù)性;在115℃條件下，8%以內(nèi)NaCl對(duì)芽孢耐熱性無顯著影響，但在118℃和121℃條件下，NaCl濃度在4%～8%之間時(shí)，對(duì)芽孢耐熱性有降低效應(yīng);蔗糖只在10%濃度時(shí)對(duì)芽孢的耐熱性有保護(hù)作用外，其余濃度對(duì)芽孢耐熱性無顯著影響。在三種報(bào)道的具有抑菌物質(zhì)中，0.4mg/mL EGCG和4%乳酸鈉對(duì)芽孢耐熱性無顯著影響，而Nisin則可以顯著降低芽孢D值，而且隨著濃度提高，對(duì)芽孢耐熱性的降低效果越明顯。

耐熱性，D值，芽孢，食品組分，天然抑菌劑

嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢是耐熱性最強(qiáng)的細(xì)菌芽孢之一，廣泛的應(yīng)用于作為熱腐敗和熱殺菌的指示劑［1］。由于絕大多數(shù)罐頭制品易受一些嗜熱和耐高溫的微生物污染，因此通常需要強(qiáng)烈的熱處理，但是高強(qiáng)度熱殺菌容易導(dǎo)致產(chǎn)品色澤、質(zhì)構(gòu)劣化［2］。盡管現(xiàn)在許多非熱處理方法已經(jīng)應(yīng)用于食品保藏，如瞬間高壓滅菌、輻射滅菌，但是熱殺菌的方法依然是工業(yè)應(yīng)用最普遍和最方便的方法。目前國內(nèi)食品業(yè)界在選擇食品熱殺菌條件時(shí)，一般采用經(jīng)驗(yàn)或者估算的方法，往往殺菌過度，造成品質(zhì)下降和能量損失。因此，正確認(rèn)識(shí)不同食品組分、介質(zhì)以及添加物對(duì)細(xì)菌芽孢耐熱性的影響，可以為我們選擇恰當(dāng)?shù)臒崽幚項(xiàng)l件提供科學(xué)依據(jù)，減少加熱時(shí)間和降低殺菌強(qiáng)度，最大限度地降低罐頭食品色澤、質(zhì)構(gòu)和營養(yǎng)成分的損失，同時(shí)還可以減少能耗［3］。目前在影響芽孢耐熱性的各類食品組分中，國內(nèi)外研究最多的是pH和NaCl，然而研究的結(jié)論差異很大，有的甚至得出完全相反的結(jié)論，如Viljoen報(bào)道，當(dāng)NaCl溶度高于4%時(shí)，對(duì)一些芽孢有保護(hù)作用，而 Anderson［4］報(bào)道番茄汁中1%、2%、4%、8%的鹽溶度能加快嗜熱脂肪芽孢桿菌死亡速度。而關(guān)于食品中其他組分對(duì)微生物耐熱性的影響研究，絕大多數(shù)是關(guān)于微生物營養(yǎng)體的影響，而對(duì)芽孢的影響并沒有確切的研究報(bào)道，但影響罐頭制品保藏期的主要因素是殺菌后芽孢的存活度。因此本論文將針對(duì)不同的食品組分對(duì)嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢的耐熱性進(jìn)行較細(xì)致的比較研究，以期為食品工業(yè)中選擇殺菌條件提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

壓力蒸汽滅菌生物指示菌片(嗜熱菌片，芽孢數(shù)量5×105～5×106/片)ME/ATCC7953 上海麥森醫(yī)療科技有限公司提供;培養(yǎng)基 0.3%牛肉浸膏，0.5%胰蛋白胨，0.4%酵母浸膏，0.1%葡萄糖，2%瓊脂，0.08%的0.6%溴甲酚紫溶液(pH 6.8～7.0)，pH7.0～7.2;實(shí)驗(yàn)溶液 0.067mol/mL的磷酸二氫鉀和磷酸氫二鈉緩沖液作為實(shí)驗(yàn)基本介質(zhì);NaCl、蔗糖、乳酸鈉 國藥集團(tuán);乳清蛋白 Hilmar公司;Nisin 浙江銀象;EGCG 杭州禾田生物技術(shù)有限公司。

油浴鍋、殺菌鍋 國產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

取一片生物指示菌片與0.9mL實(shí)驗(yàn)溶液混合，振蕩24h，孢子液室溫下充分?jǐn)嚢?，?5mL微量注射器取混合液25μL注入到毛細(xì)管中(內(nèi)徑0.9mm，外徑1.1mm，長度99mm)酒精燈下燒結(jié)末端，置于115、118、121℃的油浴中，分別在一定的時(shí)間取出，迅速置于冰水中冷卻，再用肥皂水洗凈，沖洗，置于75%的酒精中，將其置于15mL離心管中搗碎，稀釋不同倍數(shù)，在培養(yǎng)基上測定其菌落數(shù)。同時(shí)測定未加熱處理孢子液的初始菌落數(shù)，測定D值與Z值。D值:以微生物存活數(shù)的對(duì)數(shù)值為縱坐標(biāo)，以曝?zé)釙r(shí)間為橫坐標(biāo)作圖，得一直線，D值即為該直線斜率的負(fù)倒數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 pH對(duì)嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢耐熱性的影響

pH對(duì)嗜熱脂肪芽孢桿菌耐熱性影響顯著。由表1可以看出pH由7.0降低到5.0時(shí)，三種溫度條件下的D值均有小幅下降，115℃時(shí)由6.48min下降到2.50min，121℃時(shí)由1.58min下降到1.32min;pH由5.0降低到4.0時(shí)，三種溫度條件下的D值均有大幅度下降。關(guān)于pH使得芽孢耐熱性降低的研究已經(jīng)得到了很多研究者的證實(shí)，但是不同pH時(shí)，溫度對(duì)耐熱性的影響卻不一致。Mark等［5］人的研究表明高溫對(duì)產(chǎn)芽孢梭狀芽孢桿菌芽孢的影響要強(qiáng)于低溫對(duì)其的影響，而Lopez等［6］研究表明了低溫對(duì)芽孢的影響更為顯著。本研究中，在低酸性范圍內(nèi)(pH7.0～5.0)，115℃對(duì)芽孢的影響要高于在121℃時(shí)的影響，然而在pH4.0～5.0之間時(shí)，高溫對(duì)芽孢的耐熱性的影響比低溫時(shí)更顯著。以上結(jié)果進(jìn)一步說明了在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，即使是對(duì)于低酸性食品，適當(dāng)降低食品的pH也有助于降低殺菌強(qiáng)度。

2.2 NaCl對(duì)嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢耐熱性的影響

NaCl對(duì)嗜熱脂肪芽孢桿菌的耐熱性的影響與溫度和鹽濃度相關(guān)。在115℃條件下，8%以內(nèi)NaCl對(duì)芽孢耐熱性無顯著影響，與空白相比，甚至有保護(hù)效應(yīng);但在118℃和121℃條件下，NaCl濃度在4%～8%之間時(shí)，對(duì)芽孢耐熱性有降低效應(yīng)。Briges和Yazdanyd［7］在對(duì)豌豆罐頭的食品體系的研究中發(fā)現(xiàn)，NaCl對(duì)嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢耐熱性有抑制作用，但在濃度在2%～8%時(shí)并無明顯差別。早期有人研究單純組分時(shí)，發(fā)現(xiàn)NaCl濃度在4%以下時(shí)，對(duì)一些細(xì)菌芽孢耐熱性有保護(hù)作用。鹽濃度對(duì)芽孢耐熱性的影響主要是針對(duì)芽孢外膜的滲透壓，因此在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，如果含鹽量在4%以內(nèi)，對(duì)食品的殺菌效果并不明顯，在4%以上，有輕微的輔助效果。

表1 不同酸堿度嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢的耐熱性(D值)

表2 不同鹽濃度對(duì)嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢D值的影響

2.3 蔗糖溶度對(duì)嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢耐熱性的影響

除了在濃度為10%時(shí)對(duì)芽孢有輕微保護(hù)作用外，其他濃度的蔗糖對(duì)嗜熱脂肪芽孢桿菌的耐熱性的無顯著影響。管情［8］在研究蔗糖對(duì)生孢梭菌和熱解糖梭菌耐熱性影響時(shí)，得到了類似的結(jié)論，耐熱性峰值分別在蔗糖濃度為25%和2.5%時(shí)出現(xiàn)。

2.4 乳清蛋白濃度對(duì)嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢耐熱性的影響

由表4可以看出，乳清蛋白在115℃和118℃條件下對(duì)芽孢耐熱性有保護(hù)作用，但在121℃時(shí)無顯著保護(hù)性，該結(jié)果與前人研究［9］比較吻合。

表3 蔗糖溶度對(duì)嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢D值的影響

表4 乳清蛋白濃度對(duì)嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢D值的影響

2.5 天然抗菌劑EGCG、乳酸鈉和Nisin對(duì)嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢耐熱性的影響

在比較了三種不同類型的常見天然抗菌劑EGCG、乳酸鈉和Nisin后發(fā)現(xiàn)，在國標(biāo)允許的最大添加量范圍內(nèi)，Nisin對(duì)嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢耐熱性有抑制作用，且隨著濃度的增大而增強(qiáng)，但乳酸鈉和EGCG并無明顯效果。因此作為天然防腐劑Nisin，不僅具有良好的防腐效果，還可以有效縮短殺菌時(shí)間，降低殺菌強(qiáng)度。已有人報(bào)道當(dāng)牛奶中Nisin的添加量為0.05mg/mL時(shí)，能使李斯特菌在54℃時(shí)D值由 11.76min 降低至 2.41min，Byrne1［11］等人研究在50、55、60℃時(shí)，牛肉餅中添加4%的乳酸鈉能大大降低大腸桿菌O157∶H7的D值。

表5 天然防腐劑EGCG、乳酸鈉、Nisin對(duì)嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢D值的影響

3 結(jié)論

各類食品組分對(duì)嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢耐熱性均有不同程度的影響，pH對(duì)芽孢耐熱性影響較大，pH由7.0降低到5.0時(shí)，D值小幅下降;pH由5.0降低到4.0時(shí)，D值大幅下降。乳清蛋白在115℃和118℃條件下對(duì)芽孢耐熱性有保護(hù)作用，但在121℃時(shí)無顯著保護(hù)性;食鹽對(duì)芽孢的影響受濃度和溫度的影響，在115℃條件下，濃度在8%以內(nèi)的NaCl對(duì)芽孢耐熱性無顯著影響，但在118℃和121℃條件下，NaCl濃度在4%～8%之間時(shí)，對(duì)芽孢耐熱性有降低效應(yīng);蔗糖除了在濃度為10%濃度時(shí)對(duì)芽孢的耐熱性有保護(hù)作用外，其余濃度對(duì)芽孢耐熱性無顯著影響。在國標(biāo)允許添加范圍內(nèi)，EGCG和乳酸鈉對(duì)芽孢耐熱性無顯著影響，而Nisin則可以顯著降低芽孢的D值，且作用隨著濃度的增大而增強(qiáng)。以上結(jié)果說明，對(duì)于低酸性食品，適當(dāng)降低食品的pH，提高鹽濃度以及添加天然防腐劑Nisin，有助于降低嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢的耐熱性。

［1］Yawger E S.Bacteriological evaluation for thermal process design ［J］.Food Technol，1978，32(6):59－63.

［2］Anantheswaran R C，Sastry S K，Beelman R B，et al.Effect of processing on yield，colour and texture of canned mushrooms［J］.J Food Sci，1986，51(5):1197－1200.

［3］Iciek J，Papiewska A，Molska M.Inactivation of Bacillus stearothermophilus spores during thermal processing ［J］.J Food Eng，2006，77:406－410.

［4］Cook A M，Gilbert R J.The Effect of Sodium Chloride on Heat Resistance and Recovery of Heated Spores of Bacillus stearothermophilus［J］.J Appl Bacteriol，1969，32(1):96－102.

［5］Cameron M S，Leonard S J，Barrett，et al.Effect of Moderately Acidic pH on Heat Resistance of Clostridium sporogenes Spores in Phosphate Buffer and in Buffered Pea Puree［J］.Appl Environ Microbiol，1980，39(5):943－949.

［6］Lopez M，Gonzilez I，Condon S，et al.Effect of pH heating medium on the thermal resistance of Bacillus stearothermophilus spores［J］.Int J Food Microbiol，1996，28:405－410.

［7］Briggs A，Yazdanyd S.Effect of Sodium Chloride on the Heat and Radiation Resistance and on the Recovery of Heated or Irradiated Spores of the Genus Bacillus［J］.J Appl Microbiol，2008，33(4):621－632.

［8］管情.pH、氯化鈉和蔗糖對(duì)熱解糖梭菌和生孢梭菌芽孢耐熱性的影響［J］.食品工業(yè)，1992(4):10－13.

［9］黃福南.細(xì)菌孢子的耐熱性［J］.無錫輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，1986，5(3):79－89.

［10］Maisnier－Patin S，Tatini S R，Richard J.Combined eject of nisin and moderate heat on destruction of Listeria monocytogeneses in milk ［J］.Lait，1995，75:81－91.

［11］Byrne1 C，Bolton J，Sheridan J J.Determination of the effect of sodium lactate on the survival and heat resistance ofEscherichia coliO157∶H7 in two commercial beef patty formulations［J］.Food Microbiol，2002，19:211－219.

［12］Rodrigo F，Rodrigo C，Martinez A.Effect of acidification and oil on the thermal resistance of Bacillus stearothermophilus spores heated in food substrate［J］.Int J Food Microbiol，1999，52:197－201.

The effect of food constituents and natural preservatives on the thermal resistance of Bacillus stearothermophilus spores

WANG Tao，HE Zhi－yong，CHEN Jie*

(State Key Laboratory of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China)

The effects of NaCl，whey protein，sucrose，Epigallocatechin Gallate(EGCG)，sodium lactate，Nisin and pH on the thermal resistance of Bacillus stearothermophilus(ATCC7953)spores were investigated.The results showed that pH affected the thermal resistance of spores significantly and D values decreased as pH decreased.Whey protein could protect the spore when heated temperature were 115℃ and 118℃，while there was no obvious protective effect when heating temperature was 121℃.The D value of spore was not affected significantly by NaCl at 115℃ when concentration of NaCl lower than 8%.While D value was affected obviously by NaCl at 118℃ and 121℃ when concentration 4%～8%.10%of sucrose could protect the spore，while other concentration of sucrose showed no obvious effects on the D value of spore.EGCG and sodium lactate could not affect the D value of spore，but Nisin could dramatically reduce the D values of spore，and the reducing effect was stronger following with the increasing of Nisin concentration.

thermal resistance;D value;spore;food constituents;natural preservatives

TS201.2

A

1002－0306(2011)09－0128－04

2010－08－16 *通訊聯(lián)系人

王濤(1986－)，男，在讀碩士研究生，研究方向:食品加工。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(20976071);教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才計(jì)劃(NCET－07－0377)。