全蛋液的高壓CO2殺菌工藝參數(shù)優(yōu)化

祖林林，馬美湖

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全蛋液的高壓CO2殺菌工藝參數(shù)優(yōu)化

祖林林，馬美湖※

（華中農(nóng)業(yè)大學食品科技學院，武漢 430070）

為了達到殺滅蛋液中沙門氏菌和避免熱巴氏殺菌引起雞蛋蛋白變性的目的，該研究采用高壓CO2（high pressure carbon dioxide，HPCD）對全蛋液中沙門氏菌進行冷殺菌。通過單因素試驗分析CO2壓力、殺菌溫度、殺菌時間和攪拌速度對全蛋液中沙門氏菌的殺菌效果，并利用Box-Behnken響應面設計建立了沙門氏菌殺滅的二次多項回歸模型。得出最佳殺菌工藝為：在CO2壓力為30 MPa、溫度為40℃、時間為60 min、攪拌速度為125 r/min的條件下，能夠使全蛋液中3×106～3×107CFU/mL的沙門氏菌完全殺滅。同時還比較了巴氏殺菌和HPCD殺菌對全蛋液的貨架期、功能特性的影響。研究結果表明：與巴氏蛋液比較，HPCD使全蛋液貨架期延長至39 d；起泡能力和起泡穩(wěn)定性分別提高了53.63%和2.38%；乳液Zeta電位提高至7.66 mV，提高了乳液穩(wěn)定性；全蛋液的粘度、粒度儲能模量和損耗模量分別降低，呈現(xiàn)粘彈性性流體的特性。該研究結果可為HPCD殺菌技術應用蛋液產(chǎn)品提供參考。

CO2；殺菌；貯藏；全蛋液；沙門氏菌；Box-Behnken；功能性質(zhì)

0 引 言

蛋液產(chǎn)品經(jīng)常受食源性致病菌如沙門氏菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等污染[1]，其中蛋及蛋制品中沙門氏菌感染率達到23.1%。目前生產(chǎn)上采用的巴氏殺菌、超高溫瞬時殺菌法難以完全殺滅一些耐熱沙門氏菌、單增李斯特菌等致病菌，導致巴氏殺菌蛋液在4 ℃儲藏的貨架期不超過6 d[2]；另一方面雞蛋蛋白在56～66 ℃極易發(fā)生變性聚集[2]，影響蛋液的流變性質(zhì)、起泡性、乳化等功能性質(zhì)，不能作為新鮮狀態(tài)的蛋液使用。因此，保持新鮮狀態(tài)蛋液的殺菌與延長貨架期是一個世界性的難題。

為此，目前很多研究采用高壓脈沖電場、超高壓殺菌、輻照殺菌、紫外線等冷殺菌技術應用蛋液殺菌。但是，這些冷殺菌技術對沙門氏菌等致病菌還不能完全殺滅[3-4]；紫外線和輻照殺菌技術對蛋液殺菌易導致蛋液發(fā)生氧化、褐變現(xiàn)象[5]；在高電場強度下蛋白質(zhì)易發(fā)生變性[6]。而高壓CO2（high pressure carbon dioxide, HPCD）是在壓力（0～50 MPa）和溫度（5～60 ℃）的協(xié)同作用下改變CO2的分子特性（溶解性和擴散性），特別當CO2達到超臨界狀態(tài)（溫度>31℃，壓力>7.382 MPa）時，具有高溶解性和高擴散性，CO2通過擴散滲透到微生物細胞內(nèi)，降低細胞內(nèi)外pH值、改變細胞膜的通透性和鈍化酶活性來調(diào)控微生物的活性[7]。目前國內(nèi)外不少研究證明該冷殺菌技術應用牛奶[8]、果汁[9]、梨子[10]等食品中滅菌和鈍化酶活性時，保持了食品原有的感官品質(zhì)和營養(yǎng)價值[8-10]。鑒于高壓CO2殺菌主要通過CO2溶解到介質(zhì)中從而發(fā)揮滅菌作用，對固體食品和高粘度的食品還存在殺菌時間長，國外不少有關設計高壓CO2殺菌技術協(xié)同非熱殺菌技術超聲波[11-12]、高靜壓[13]應用食品殺菌的研究。

目前國內(nèi)外關于HPCD殺菌技術對全蛋液中沙門氏菌的殺菌效果及殺菌后全蛋液功能特性變化的研究還未有。為了進一步提高HPCD殺菌效果，本研究將HPCD協(xié)同攪拌對蛋液進行處理，通過響應面實驗優(yōu)化HPCD的殺菌條件，并構建全蛋液中沙門氏菌的殺滅預測回歸模型；同時探究HPCD與巴氏殺菌對全蛋液的粒度、流變學性質(zhì)、起泡性和乳液穩(wěn)定性的影響，來評價HPCD殺菌替代巴氏殺菌的可行性，為后續(xù)HPCD技術應用于蛋品殺菌提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

雞蛋購自湖北武漢畜牧所；沙門氏菌標準菌株（ATCC13076），中國普通微生物菌種保藏管理中心；木糖賴氨酸脫氧膽酸培養(yǎng)基（XLD），北京陸橋生物科技公司；胰蛋白胨培養(yǎng)基（TSB），青島海博生物科技公司；透氣濾菌封口膜（Parafilm PM-996），上海坤肯生物化工有限公司；氯化鈉、十二水合磷酸氫二鈉、十二水合磷酸二氫鈉、氯化鉀，國藥集團化學試劑有限公司，試劑均為分析純。

生化培養(yǎng)箱（SPX-250BS-1），上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司；超凈工作臺（SW-CJ-2D），蘇州凈化有限公司；多功能微生物自動測量儀（FP-1100-C），上海謂載商貿(mào)發(fā)展有限公司；激光散射粒度分布儀（MasterSizer2000），英國馬爾文儀器有限公司；馬爾文電位粒徑測定儀（Nano ZS），英國馬爾文公司；超臨界CO2殺菌裝置（HKY-1），海安縣石油科研儀器有限公司；高剪切分散均質(zhì)機（JRJ300-S），上海標本模型廠；流變儀（AR2000ex），美國TA儀器公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 全蛋液制備

用30 ℃溫水清洗雞蛋，紫外滅菌30 min，無菌條件下打碎，過濾除去系帶和蛋黃膜，分裝于無菌容器中，放在4 ℃的冰箱中備用。

1.2.2 沙門氏菌菌懸液制備與接種

沙門氏菌菌種采用梯度解凍方式。從?80 ℃冰箱取出沙門氏菌安瓿管轉(zhuǎn)移到?20 ℃放置過夜，再置于4 ℃冰箱，直到內(nèi)部結冰全部溶解為止。取200L菌液到10 mL TSB中復蘇，在37 ℃、120 r/min培養(yǎng)過夜。取活化后的菌懸液到蜂窩板中，用多功能微生物自動測量儀每隔2 h測菌懸液OD600值。

取穩(wěn)定期的菌懸液在6 000 g，4 ℃條件下離心10 min[14]，去掉上清液，用無菌生理鹽水反復洗2～3次、重懸。按體積比1%的比例加入蛋液中，攪拌均勻，分裝于容器中，使接種后全蛋液中菌體濃度達到3×106～3×107CFU/mL[15-16]。

1.2.3 高壓CO2（HPCD）處理

每次試驗之前用75%的酒精清洗儀器2～3次，然后通過水浴裝置控制殺菌釜溫度為90 ℃，加熱2 h，之后在80 ℃下保溫裝置1 d。首先打開CO2鋼瓶，打開冷凝設備電源，待控制液溫度為6 ℃時，將樣品表面用透氣濾菌封口膜封口，放入處理釜中。抽真空，打開增壓系統(tǒng)，壓力達到設定值之后，打開攪拌電源，保壓一定時間后打開泄壓閥排氣，在無菌超凈工作臺接樣品并放4 ℃冰箱保存。試驗重復3次，裝置如圖1。

1.真空瓶 2.閥門 3.排氣孔 4.壓力表 5.CO2鋼瓶 6.制冷機 7.高壓泵 8.磁力攪拌器 9.殺菌釜 10.溫度表 11.紫外超凈工作臺 12.水浴箱 13.真空泵

1.2.4 巴氏殺菌試驗

將全蛋液放置在HPCD殺菌釜裝置中，調(diào)控水浴溫度至45 ℃，預熱15 min，再升溫到60 ℃，保溫3.5 min，加熱之后立即冷卻。每次試驗重復3次。

1.2.5 單因素與響應面優(yōu)化試驗

參考姚春艷[17]和鄭海濤等[18]的殺菌試驗水平。在CO2壓力為6 MPa，溫度為24℃，殺菌時間為30 min，攪拌速度為100 r/min的基準條件下，研究不同的攪拌速度水平（0、25、50、75、100、125、150 r/min）、殺菌時間水平（0、15、30、45、60、75、90 min）、CO2壓力水平（0、6、12、18、24、30、36 MPa）、殺菌溫度水平（0、8、16、24、32、40、48 ℃）對沙門氏菌致死對數(shù)的影響。并根據(jù)單因素結果，以CO2壓力、溫度、時間和攪拌速度為變量，利用Box-Behnken設計進行4因素3水平試驗優(yōu)化HPCD的殺菌條件。

1.2.6 微生物數(shù)量測定

按照GB 4789.4-2016沙門氏菌國家檢驗標準，沙門氏菌數(shù)量采用木糖賴氨酸脫氧膽酸培養(yǎng)基進行平板計數(shù)[19]，以沙門氏菌致死對數(shù)來評估殺滅效果；菌落總數(shù)采用平板計數(shù)瓊脂培養(yǎng)基進行平板計數(shù)，以Log CFU/mL形式表示

致死對數(shù)=Log(/′) （1）

式中為殺菌處理前的微生物數(shù)量，CFU/mL；′為殺菌處理后的微生物數(shù)量，CFU/mL。

1.2.7 粒度的測定

參考Leroux等[20]的方法，將離心管中的全蛋液搖勻后，用激光粒度儀測定粒度，粒度大小以液滴的體積-平均直徑表示。測定參數(shù)設定：分散介質(zhì)的折射率為1.333，分散相的折射率為1.45，泵速為1 800 r/min。每組樣品重復3次測定。

1.2.8 Zeta電位的測定

將50 mmol/L的磷酸鹽緩沖溶液（pH值7.4）稀釋全蛋液至1%（w/v），分別將15 mL的蛋液與5 mL的菜籽油混合后，用高剪切分散均質(zhì)機在10 000 r/min，25 ℃條件下均質(zhì)1 min，制得乳液注射到粒子電泳測量皿中，使用Zetasizer Nano-ZS型馬爾文電位粒徑測定。上樣體積為1 mL，測定溫度為25 ℃，溫度平衡6 min[21]。每組樣品做3次平行，結果重復測定3次。

（3）企業(yè)有了成本控制的理念是不夠的，還要有先進的成本控制技術。只有先進的管理技術才能應對現(xiàn)代路橋建造中的問題。但是我國的現(xiàn)狀是在路橋項目管理中的成本控制基本可以滿足現(xiàn)代的項目要求，但缺少理論的更新管理：一是一些企業(yè)不敢進行成本控制方面的創(chuàng)新，二是部分企業(yè)對行業(yè)現(xiàn)狀的滿意不想做出創(chuàng)新。如果是這樣的話，我國企業(yè)可以學習國外的先進的路橋成本控制方案。通過國外先進的路橋成本控制方案，對我國成本控制方案進行更新。

1.2.9 起泡性的測定

將50 mmol/L的磷酸鹽緩沖溶液（pH值7.4）稀釋全蛋液至5%（v/v）后，用均質(zhì)機以2 800 r/min進行均質(zhì)1 min[22]，均質(zhì)后立即記錄泡沫體積和液體體積，并記錄在30 min后的泡沫體積和液體體積，用下列公式（2）、公式（3）來計算全蛋液的起泡力和泡沫穩(wěn)定性。

式中1為泡沫與液體總體積，mL；0為起始液體體積，mL；2為起始泡沫體積，mL；3為樣品放置30 min后的泡沫體積，mL。

1.2.10 流變學性質(zhì)的測定

基于Souza等[23]的方法。選取60 mm的錐板，吸取約2 mL的樣品到流變儀Peltier平板上。選擇flow sweep的模式測定全蛋液的表觀粘度，設定溫度為25 ℃，平板間距1 mm，剪切速率范圍為0.1～100 s-1。選擇Oscillation frequency模式測定全蛋液的儲能模量和損耗模量，設定溫度為25 ℃，頻率掃描范圍為0.1～100 rad/s，應變力為2%。每個樣品重復3次試驗。

1.2.11 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS17.0和SAS軟件分別進行顯著性分析和相關性分析；利用Origin 8.5軟件繪圖。圖表中數(shù)據(jù)試驗均重復3次，以平均值±標準差的形式表示。

2 結果與分析

2.1 沙門氏菌的生長曲線

圖2 沙門氏菌的生長曲線

2.2 單因素試驗結果

基于單因素實驗設計，考慮攪拌速度、時間、CO2壓力和溫度對全蛋液中沙門氏菌致死對數(shù)的影響實驗結果如圖3所示。

從圖3a可以看出，在6 MPa、24 ℃、30 min條件下，攪拌速度為0～100 r/min時，致死對數(shù)逐步增加，攪拌速度在100～150 r/min時，沙門氏菌致死對數(shù)逐漸下降。這表明一定的攪拌作用能夠促進CO2在蛋液中的的傳質(zhì)速率從而增加CO2的抑菌效果[24]。當攪拌速度在100～150 r/min時，可能CO2在蛋液中溶解度達到飽和狀態(tài)，導致致死對數(shù)緩慢下降。

由圖3b可知，在6 MPa、24 ℃、100 r/min下，隨著殺菌時間從0 min增加到60 min時，致死對數(shù)快速增加。在處理時間為60～90 min時，致死對數(shù)增加不明顯；而在無攪拌時，處理時間為75～90 min的條件下，致死對數(shù)才緩慢增加到1.11。主要是因為在攪拌的條件下加快CO2分子與微生物接觸，降低細胞內(nèi)pH值和鈍化酶等作用從而達到殺菌作用。

由圖3c可知，在100 r/min，60 min，24 ℃的條件下，隨著壓力增加至24 MPa時，殺菌對數(shù)快速增加到5.86，進一步增加壓力，沙門氏菌致死對數(shù)緩慢下降。增大CO2壓力，能夠加速CO2擴散到細胞膜以及增強在細胞質(zhì)中的溶解度，特別當CO2達到超臨界狀態(tài)時，具有高溶解性和高擴散性；同時增加壓力可以使CO2與微生物接觸時間縮短，從而減少處理時間[25]。當CO2在全蛋液中達到飽和時，限制其殺菌效果，即進一步增大壓力，殺菌效果降低。該結果和Spilimbergo等[26]的研究結果相同。

圖3d顯示在100 r/min，60 min，24 MPa條件下，溫度在0～16 ℃時，沙門氏菌致死對數(shù)緩慢增加。當溫度從16 ℃增加到32 ℃時，致死對數(shù)快速達到7.36；當溫度為32～48 ℃時，致死對數(shù)緩慢下降。主要原因是升溫能夠促進CO2在蛋液中的擴散性，并增加微生物細胞膜的流動性從而增加CO2與微生物的相互作用，在溫度為32～48 ℃時，降低了CO2在蛋液中的溶解性，導致殺菌致死對數(shù)降低[27]。

圖3 單因素試驗結果

2.3 響應面優(yōu)化殺菌條件試驗與結果分析

2.3.1 響應面試驗水平設計

從單因素試驗結果選擇各因素合適的水平進行響應面試驗，試驗水平結果如表1。

表1 響應面因素試驗優(yōu)化水平結果

2.3.2 響應面優(yōu)化試驗設計與結果

根據(jù)表2響應面實驗設計得到沙門氏菌致死對數(shù)的結果，以沙門氏菌致死對數(shù)（）為響應值，利用Design-Expert8.06軟件對試驗結果進行回歸擬合，得到HPCD殺滅沙門氏菌的回歸模型。編碼的二次多項回歸模型方程式為

=7.25+0.53×+0.27×?0.62×+0.59×+0.14××?

0.66××+0.71××?0.66××?0.33××+

1.32××?1.08×2?0.48×2?1.34×2?0.53×2（4）

表2 響應面試驗設計與結果

2.3.3 響應面回歸模型的方差分析

表3是對回歸模型進行方差分析?？梢钥闯龌貧w模型有極顯著性（<0.000 1），表明模型構建成立；失擬項（0.05）不顯著，表明該模型是合理的；模型的決定系數(shù)（2）為0.990 4，說明該模型能解釋99.04%的響應值變化；模型的校正決定系數(shù)（Adj2）為0.980 8，說明該模型擬合程度良好，試驗值和預測值具有良好的一致性。變異系數(shù)（CV）是對模型重現(xiàn)性的預測，其值不大于10%，表明該模型精確度高[28]；精確度（Adequate precision）為37.405，該值大于4，表明模型具有合理的分辨度、靈敏度高?？梢杂么四Ｐ头治龊皖A測HPCD對沙門氏菌的致死程度。如表3所示，模型的一、二次項（、、、；2、2、2、2）和交互項、、和對沙門氏菌的殺滅影響均達到極顯著水平（<0.000 1）；交互項對沙門氏菌殺滅影響不顯著（>0.05），交互項對沙門氏菌殺滅影響顯著（0.000 1<<0.05）。這說明CO2壓力、溫度、時間、攪拌速度對沙門氏菌殺滅程度均有影響，且各因素對沙門氏菌致死對數(shù)的影響是相互作用，并不是簡單的線性關系。

表3 回歸方程的方差分析結果

注：*為顯著（0.000 1<<0.05），**為極顯著（<0.000 1）。

Note: * is significant (0.000 1<<0.05), ** is extremely significant (<0.000 1).

2.3.4響應面圖分析

3D響應面圖常用來解釋變量因素間的交互作用。圖4a顯示在時間為60 min、攪拌速度為100 r/min時，隨著壓力的增加，致死對數(shù)顯著增加后緩慢不變；隨著溫度的增加，致死對數(shù)增加不明顯?？梢妰烧呓换プ饔貌伙@著（>0.05）。由4b圖可知，當溫度為32 ℃、攪拌速為100 r/min時，隨著壓力增加，沙門氏菌致死對數(shù)先增加后緩慢增加，隨著時間的增加，沙門氏菌致死對數(shù)先增加后逐漸下降。該結果與張良等[29]和鄭海濤等[18]研究結果一致。可以看出時間對沙門氏菌致死影響比壓力大。從圖4c、4d可以看出隨著壓力與攪拌速度、溫度與時間的增加，致死對數(shù)先增加后下降。從圖4e可知，隨著溫度與攪拌速度的增加，沙門氏菌致死對數(shù)緩慢增加。從4f圖可知，當處理時間為45～60 min、攪拌速度為75～125 r/min時，致死對數(shù)快速增加到7.28。當殺菌時間60～75 min、攪拌速度為75～125 r/min時，致死對數(shù)快速降低。表明殺菌時間對沙門氏菌致死對數(shù)的影響較大。同時該圖的響應面曲面是開口向下的凸形面，可見時間與攪拌速度的交互作用極顯著（<0.000 1）。根據(jù)曲面的形彎曲程度可以得知，與溫度相比，壓力、時間、攪拌速度對沙門氏菌致死對數(shù)的影響較大。綜上所述，各因素對沙門氏菌致死對數(shù)的影響次序為：時間>壓力> 攪拌速度>溫度。

圖4 4因素的交互作用對沙門氏菌影響的響應面圖

2.3.5 驗證試驗

通過Desigin-Expert軟件分析響應面實驗結果，得到最佳殺菌條件為：CO2壓力為30 MPa、溫度為40℃、時間為60 min、攪拌速度為125 r/min，利用SAS軟件進行相關性分析，沙門氏菌的致死數(shù)量級實測值和預測值的相關系數(shù)為0.997 5。驗證試驗測得的沙門氏菌殺滅對數(shù)值為7.25，預測值為7.13，與模型預測值相差1.68%。因此建立的回歸模型能夠很好預測HPCD對全蛋液中沙門氏菌殺滅程度。

2.4 HPCD與巴氏殺菌對全蛋液的影響

比較巴氏殺菌（60 ℃，3.5 min）與優(yōu)化的HPCD殺菌條件（30 MPa，60 min，40 ℃，125 r/min）對全蛋液的貨架期、全蛋液粒徑、起泡性質(zhì)、乳化穩(wěn)定性、流變性質(zhì)的影響。

2.4.1 HPCD與巴氏殺菌對全蛋液的貨架期的影響

圖5顯示原蛋液在4℃儲藏6 d菌落總數(shù)達到6個數(shù)量級，已經(jīng)達到腐敗的程度[30]。經(jīng)過巴氏殺菌、HPCD處理的全液分別在3、30 d檢出微生物。該結果表明全蛋液經(jīng)過巴氏殺菌、HPCD均存在微生物亞致死現(xiàn)象，畢秀芳[31]的研究也發(fā)現(xiàn)HPCD處理大腸桿菌能夠誘導其形成亞致死狀態(tài)。且隨著儲藏時間的延長，經(jīng)過HPCD處理的全蛋液在39 d菌落總數(shù)才超過6個數(shù)量級，巴氏殺菌蛋液菌落總數(shù)在9 d超過6個數(shù)量級。

范金波等[32]也表明HPCD（35 MPa，60 min，30 ℃）能夠延長蛋液的貨架期至20 d。與巴氏殺菌蛋液的貨架期相比，HPCD殺菌能夠更好的延長全蛋液的貨架期。

注：HPCD為高壓CO2，下同。

2.4.2 HPCD與巴氏殺菌對全蛋液的粒度的影響

由圖6可知，未處理組、巴氏殺菌組、HPCD組粒度分別為79.53、104.92、36.51m，表明全蛋液經(jīng)過HPCD處理后粒度顯著減?。?0.05）。Hu等[33]的研究也表明加壓CO2鈍化蘑菇中酪氨酸酶時能夠產(chǎn)生均質(zhì)作用（酪氨酸酶粒度減小）。主要可能原因是加壓CO2在泄壓的過程中，CO2分子從樣品中突然釋放導致蛋白質(zhì)溶液中的氣體快速膨脹，從而對蛋白質(zhì)產(chǎn)生均質(zhì)效應。而Zhao等[34]研究發(fā)現(xiàn)HPCD（30 MPa，55℃，60 min）和熱處理均能夠誘導桃汁中蛋白質(zhì)發(fā)生聚集現(xiàn)象，與本試驗結果有差異。本試驗結果原因可能是加壓CO2與蛋白質(zhì)相互作用，誘導蛋白質(zhì)空間結構展開，疏水基團暴露，同時在在攪拌條件下誘導蛋白質(zhì)結構進一步展開，降低了全蛋液的粒度[35]。對于巴氏殺菌蛋液，加熱引起蛋白質(zhì)發(fā)生變性，產(chǎn)生聚集導致蛋液粒度增大。

注：處理間不同字母代表 Ducan 分析后存在顯著性差異（P<0.05），下同。

2.4.3 HPCD與巴氏殺菌對全蛋液乳液Zeta電位的影響

Zeta電位值常用來表征膠體溶液的穩(wěn)定性。Zeta電位絕對值越大，表示溶液中顆粒不易發(fā)生聚集因而可以保持穩(wěn)定；Zeta電位絕對值越低，表示溶液中顆粒越易發(fā)生聚集從而失去穩(wěn)定[36]。如圖7所示，相對于原蛋液、巴氏殺菌蛋液，經(jīng)過HPCD處理的全蛋液電位值絕對值從4.71 mV顯著增加到7.66 mV(<0.05)。該結果主要是因為在壓力和溫度的作用下，CO2溶解于全蛋液中，引入帶負電荷的碳酸根離子[37]，從而使蛋液的表面分負電荷，導致乳液液滴電負值增加，靜電斥力大于粒子之間的吸引力，乳液不易產(chǎn)生絮凝。巴氏殺菌使蛋液的Zeta電位絕對值降低至1.36 mV，結合粒度結果分析，全蛋液經(jīng)過巴氏殺菌處理后粒度增大，容易發(fā)生顆粒聚集導致乳液失去穩(wěn)定。

圖7 HPCD與巴氏殺菌對全蛋液的Zeta電位的影響

2.4.4 HPCD與巴氏殺菌對全蛋液起泡性質(zhì)的影響

從圖8可以看出，經(jīng)過HPCD處理的全蛋液起泡能力和泡沫穩(wěn)定性分別從初始的111.51%和80.72%顯著增加到140.30%和92.14%（<0.05）。這是因為加壓CO2能夠誘導蛋白質(zhì)和酶的二、三級結構發(fā)生改變[38]，蛋白質(zhì)分子內(nèi)部疏水基團暴露；同時在機械攪拌的條件下，加快蛋白質(zhì)分子快速擴散到水/空氣界面，降低表面張力，通過疏水相互作用、分子間的氫鍵等作用在界面定向排列，包裹空氣能夠形成穩(wěn)定的粘彈性薄膜[39]。在發(fā)泡過程中，泡沫的穩(wěn)定性主要靠蛋白質(zhì)通過疏水鍵或氫鍵在界面上形成單分子層。Forsythe等[40]指出均質(zhì)化、攪拌可能會對卵黏蛋白的物理狀態(tài)產(chǎn)生影響，可以輕微地降低纖維長度，并改善泡沫的性質(zhì)。而巴氏殺菌引起全蛋液起泡力降低到86.67%、泡沫穩(wěn)定性提高到89.76%（<0.05），該結果是因為經(jīng)巴氏殺菌后雞蛋蛋白的空間結構被破壞，蛋白質(zhì)溶解度降低，一些不可溶性蛋白質(zhì)聚集形成的聚合物不易吸附在水/空氣界面，從而導致起泡能力下降，同時巴氏殺菌后粘度值的增加，減少了泡沫的消失，從而增加巴殺菌蛋液的起泡穩(wěn)定性[41]。與巴氏殺菌相比，經(jīng)過HPCD處理的全蛋液起泡能力和起泡穩(wěn)定性分別提高了53.63%和2.38%

圖8 HPCD與巴氏殺菌對全蛋液的起泡性的影響

2.4.5 HPCD與巴氏殺菌對全蛋液流變性質(zhì)的影響

研究表明液態(tài)蛋是典型的剪切稀化流體[42]。即隨著剪切速率的增加，如果蛋白質(zhì)分子間的結構被破壞，剪切變稀的現(xiàn)象將會發(fā)生，蛋液的粘度隨之降低。圖9a表明隨著剪切速率的增加，原蛋液和HPCD蛋液、巴氏殺菌蛋液均呈現(xiàn)出非牛頓流體剪切稀化現(xiàn)象。與原蛋液相比，經(jīng)過HPCD殺菌后全蛋液的粘度降低，巴氏殺菌處理后全蛋液的粘度顯著增加（<0.05）。該原因主要是：一方面當CO2處于超臨界狀態(tài)時，具有極強疏水能力，能夠萃取脂肪，同時由于機械作用破壞全蛋液的內(nèi)在蛋白質(zhì)和脂肪體系，導致全蛋液的粘度降低。另一方面，在卸壓過程中，CO2分子容易把全蛋液中的部分蛋白質(zhì)和脂肪攜帶出來，降低全蛋液中內(nèi)容物的含量，從而使全蛋液的粘度降低[43]。而巴氏殺菌引起全蛋液粘度增加，熱處理過程中部分蛋白質(zhì)變性或不溶性蛋白質(zhì)之間發(fā)生交聯(lián)作用導致蛋液發(fā)生聚集[44]。

在振蕩掃描下，儲能模量和損耗模量的變化常用來表征蛋白質(zhì)凝膠網(wǎng)絡結構特性。當損耗模量大于儲能模量時，蛋白質(zhì)呈現(xiàn)粘彈性流體特性，當損耗模量小于儲能模量時，蛋白質(zhì)呈現(xiàn)粘彈性固體特性。如圖9b、圖9c所示，隨著角頻率的增加，HPCD和巴氏殺菌引起全蛋液的儲能模量和損耗模量逐步增加，且巴氏殺菌蛋液的儲能模量和損耗模量均大于HPCD處理后的全蛋液。可見，相對于巴氏殺菌蛋液來說，全蛋液經(jīng)過HPCD處理后凝膠網(wǎng)絡空隙大，結構疏散，蛋白質(zhì)粘彈性行為的改變歸因于蛋白質(zhì)的變性和交聯(lián)網(wǎng)絡結構的形成[45]。全蛋液經(jīng)過HPCD處理后，損耗模量大于儲能模量，蛋白質(zhì)內(nèi)部空間結構被破壞，粘度降低，呈現(xiàn)粘彈性流體特性[46]。

圖9 HPCD與巴氏殺菌對全蛋液的流變性質(zhì)的影響

3 結 論

1）本試驗通過HPCD對全蛋液中沙門氏菌進行冷殺菌。得出最佳殺菌條件為30 MPa，40 ℃，60 min、125 r/min時，能夠?qū)⑷耙褐?×106～3×107CFU/mL的沙門氏菌達到完全殺滅。

2）經(jīng)過HPCD和巴氏殺菌處理后的全蛋液在4℃儲藏中均存在微生物再生長的現(xiàn)象。與原蛋液的貨架期比較，經(jīng)過巴氏殺菌、HPCD處理的全蛋液的貨架期分別延長了9、39 d?？梢娤鄬τ诎褪蠚⒕椒?，HPCD殺菌更好地延長了全蛋液的貨架期。

3）與原蛋液相比，HPCD引起全蛋液的粒徑減小，減少顆粒聚集現(xiàn)象的發(fā)生；HPCD引起全蛋液的乳液電位增加，增加了乳液的穩(wěn)定性；HPCD提高了全蛋液的起泡力、起泡穩(wěn)定性；HPCD殺菌過程使全蛋液的粘度降低，全蛋液呈現(xiàn)剪切變稀流體特性，這在食品原料混合加工工藝中起著重要的作用；對于全蛋液的流變特性，HPCD引起全蛋液的儲能模量和損耗模量降低，呈現(xiàn)粘彈性流體的特性，凝膠網(wǎng)絡結構疏散。而巴氏殺菌引起全蛋液的粘度、粒度增大，容易在殺菌管道內(nèi)形成發(fā)生聚集凝結，堵塞管道；起泡力下降，起泡穩(wěn)定性提高；儲能模量和損耗模量增加，呈現(xiàn)粘彈性固體特性。以上研究表明，與巴氏殺菌相比，HPCD殺菌技術應用蛋液殺菌具有較好的優(yōu)勢。

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Optimization of whole egg liquid sterilization technology using high pressure CO2

Zu Linlin, Ma Meihu※

(430070,)

The production of egg liquid is often contaminated with. Eggs and their products are at a higher risk of infection or contamination of, with up to 23.1%. In the traditional thermal pasteurization process, egg protein is prone to degeneration coagulation. For the purpose of killingand reducing the functional properties of the egg liquid, in this experiment, we used high pressure carbon dioxide (HPCD) to sterilizein whole egg liquid. HPCD mainly uses the synergistic effect of temperature (5-60 ℃) and CO2pressure (0-50 MPa) to diffuse CO2molecules into the medium and control the metabolism of microorganisms by acidification, chemical action and mechanical action. In order to achieve the purpose of sterilization, this study examines the effects of pressurized carbon dioxide, temperature, and stirring speed on the bactericidal effect ofin whole egg liquid. Single-factor analysis was conducted to measure the effects of pressurized carbon dioxide, temperature, time and stirring speed on the sterilization efficacy. On the basis of single factor, Box-Benhnken was used to optimize thesterilization parameters and a quadratic polynomial model was established for the logarithmic reduction of viable count of. At the same time, the effects of pasteurization and HPCD sterilization on the particle size, foaming, emulsifying and rheological properties of the whole egg liquid were also investigated. Through the Design-Expert software, the variance and significance of the regression model were analyzed, and we can conclude that the effects of pressurized CO2, temperature, time and stirring speed oninactivation are mostly significant (<0.000 1). The interactions between pressurized carbon dioxide and time, pressurized carbon dioxide and stirring speed, temperature and time, temperature and stirring speed, time and stirring speed are mostly significant (<0.000 1). The interactions between stirring speed and temperature are significant for sterilization(0.000 1<<0.05). The interaction between pressure and temperature is not significant for sterilization (>0.05). Under the condition that the pressurized carbon dioxide, temperature, time, and stirring speed were 30 MPa, 40 ℃, 60 min and 125 r/min, respectively, lethal logarithm could reach 7.25. Compared with pasteurized egg liquid, the shelf life of the whole egg liquid treated with HPCD has been extended by 39 d; the foaming ability and foaming stability of whole egg liquid increased by 53.63% and 2.38% respectively (foaming ability: from 111.51% to 140.30%; foaming stability: from 80.72% to 92.14%). HPCD sterilization increased the absolute value of Zeta potential (from 4.71 mV to 7.66 mV), which improved the stability of the emulsion. After HPCD treatment, the rheological properties of whole egg liquid had no significant difference with the original egg liquid. The whole egg liquid of particle size, storage modulus and loss modulus decreased by HPCD treatment, showing the characteristics of pseudoplastic fluid. However, the foaming ability of whole egg liquid reduced with pasteurization (from 111.51% to 86.67%); the foaming stability of whole egg liquid increased (from 80.72% to 89.76%). Pasteurization reduced the absolute value of the Zeta potential of the egg liquid (from 4.71 mV to 1.36 mV), and the whole egg liquid after pasteurization increased particle size, denatured protein aggregation, and increased storage modulus and loss modulus. This study provides reference for the sterilization of egg liquid products with HPCD sterilization technology.

carbon dioxide; sterilization; storage; whole egg liquid;; response surface optimization; functional properties

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.24.039

TS253.1

A

1002-6819(2017)-24-0299-09

2017-09-18

2017-11-06

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201303084）；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系（CARS-41-K23）資助項目

祖林林，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工。Email：13545286374@163.com

馬美湖，教授，博士生導師，研究方向為禽蛋的非熱殺菌。Email：mameihuhn@163.com

祖林林，馬美湖. 全蛋液的高壓CO2殺菌工藝參數(shù)優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2017，33(24)：299－307. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.24.039 http://www.tcsae.org

Zu Linlin, Ma Meihu. Optimization of whole egg liquid sterilization technology using high pressure CO2[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(24): 299－307. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.24.039 http://www.tcsae.org