大豆膳食纖維微生物的影響因素與控制方法

張兆興，張 釗，王才立，劉忠平，李翠芳，王丁超

（山東嘉華保健品股份有限公司，山東 莘縣 252400）

中國(guó)頒布的中國(guó)膳食結(jié)構(gòu)改革與發(fā)展綱要，確認(rèn)了食物纖維是平衡膳食結(jié)構(gòu)的必要營(yíng)養(yǎng)素之一。同時(shí)膳食纖維被醫(yī)學(xué)及營(yíng)養(yǎng)學(xué)界公認(rèn)為繼蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪、維生素、礦物質(zhì)和水之后的“第七大營(yíng)養(yǎng)素”[1]，盡管膳食纖維不能為人體提供任何營(yíng)養(yǎng)成分，但對(duì)人體的生長(zhǎng)代謝方面具有重要的作用。膳食纖維可以增強(qiáng)消化系統(tǒng)的蠕動(dòng)功能加速食物的吸收和對(duì)有毒物質(zhì)的移除，保護(hù)人體脆弱的消化系統(tǒng)，同時(shí)在預(yù)防高血壓、冠心病、肥胖癥等方面起著非常重要的作用[2]，同時(shí)膳食纖維具有明顯降低血液中的膽固醇、促進(jìn)腸胃的正常蠕動(dòng)而達(dá)到預(yù)防便秘與結(jié)腸癌的目的，是理想的功能性食品[3]，具有調(diào)節(jié)胃腸功能及胰島素水平等功能。膳食纖維是健康飲食不可缺少的，在人體生理作用上扮演著重要的角色。

豆渣是大豆分離蛋白生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)的副產(chǎn)物，長(zhǎng)期以來(lái)作為動(dòng)物飼料使用，沒有發(fā)揮到最大的利用價(jià)值。隨著食品科學(xué)的發(fā)展，人們從營(yíng)養(yǎng)學(xué)的角度對(duì)豆渣有了新的認(rèn)識(shí)。通過(guò)化驗(yàn)分析豆渣含蛋白質(zhì)（干基）15%～22%、脂肪≤1%、膳食纖維超過(guò)60%。自上世紀(jì)60年代以來(lái)，關(guān)于豆渣的應(yīng)用的專利多達(dá)50多項(xiàng)，其中在食品領(lǐng)域有豆渣點(diǎn)心、豆渣乳清飲料、豆渣粉等，而且豆渣還是醬油，維酶素等發(fā)酵制品的優(yōu)質(zhì)原料[4]。用大豆分離蛋白的副產(chǎn)物豆渣來(lái)生產(chǎn)膳食纖維是大豆綜合利用的一條新途徑。

根據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，全球每年因食用了含有致病性微生物污染的食品或飲水造成的數(shù)億的食源性疾病患者，而現(xiàn)今對(duì)污染的食品主要途徑是召回、銷毀、賠償，每年因?yàn)槲⑸镌斐傻膿p失都在數(shù)百億以上，并造成食物的浪費(fèi)[5]。近年來(lái)隨著大豆膳食纖維應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，需求量也越來(lái)越大，而國(guó)內(nèi)大豆膳食纖維企業(yè)在微生物控制方面沒有重視，符合高標(biāo)準(zhǔn)食用安全的膳食纖維主要依靠進(jìn)口，而我國(guó)生產(chǎn)的膳食纖維只能應(yīng)用在動(dòng)物飼料，我國(guó)的大豆分離蛋白產(chǎn)量位居世界首位，沒有將優(yōu)先的資源發(fā)揮到最大的價(jià)值，國(guó)內(nèi)大豆膳食纖維生產(chǎn)符合食用占比非常低，其中主要原因是國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備落后，從業(yè)人員素質(zhì)不同和人員流動(dòng)大等造成生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量和微生物等項(xiàng)指標(biāo)不穩(wěn)定，難以達(dá)到食用標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)企業(yè)主要是通過(guò)對(duì)成品采用輻照、超高溫殺菌等殺菌工藝對(duì)大豆膳食纖維微生物進(jìn)行控制。高溫殺菌成本高，要求嚴(yán)格，對(duì)產(chǎn)品的功能性影響較大；而輻照殺菌存在輻照殘留等問(wèn)題，在國(guó)際上存在爭(zhēng)議。為解決這一缺陷，急需尋找一條科學(xué)高效、無(wú)污染、成本低、運(yùn)行穩(wěn)定的大豆膳食纖維生產(chǎn)工藝。

通過(guò)對(duì)山東嘉華保健品股份有限公司大豆纖維生產(chǎn)過(guò)程中工藝參數(shù)運(yùn)行情況及各工段微生物情況進(jìn)行檢測(cè)分析和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)影響微生物生長(zhǎng)代謝主要因素可分為內(nèi)部因素與外部因素。內(nèi)部因素包括原料，物料水分、酸堿度、溫度和在線時(shí)間等，這些因素為微生物的生長(zhǎng)繁殖提供了良好的基本條件和生長(zhǎng)環(huán)境，加快了微生物生長(zhǎng)繁殖速度；外部因素主要是生產(chǎn)環(huán)境、人員和設(shè)備對(duì)纖維的污染。因此要生產(chǎn)合格的大豆膳食纖維就需要對(duì)原輔料、生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵參數(shù)以及加工環(huán)境、人員衛(wèi)生、設(shè)備潔凈度等各方面進(jìn)行嚴(yán)格的控制，方可達(dá)到控制微生物的目的。

本綜述結(jié)合現(xiàn)有的大豆膳食纖維生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀，從生產(chǎn)工藝參數(shù)、殺菌方式、生產(chǎn)環(huán)境、原輔料選擇、人和設(shè)備等方面進(jìn)行綜合分析，探討大豆膳食纖維生產(chǎn)過(guò)程中影響微生物數(shù)量的因素與控制方法。

1 工藝參數(shù)對(duì)微生物的影響

1.1 pH對(duì)微生物的影響

將山東嘉華保健品股份有限公司的未殺菌的膳食纖維按照1∶15溶解后，固定水浴鍋中加熱溫度，分別調(diào)整物料不同梯度的pH，攪拌1 h后按照國(guó)標(biāo)檢測(cè)菌落總數(shù)。

圖1 在35℃下不同pH下培養(yǎng)溶液的菌落總數(shù)

酸堿度主要通過(guò)幾個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)微生物的生命活動(dòng)影響：一是溶液酸堿度變化會(huì)使具有生物大分子的蛋白質(zhì)、核酸等發(fā)生電荷變化進(jìn)而影響微生物生長(zhǎng)繁殖活性；二是酸堿度變化影響生物膜對(duì)一些極性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的解離與吸收，進(jìn)而影響生物的生長(zhǎng)代謝；三是改變環(huán)境中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的可給性及有害物質(zhì)的毒性，從而響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的正常吸收與運(yùn)轉(zhuǎn)[6]。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中分離的濕豆渣pH進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，濕豆渣的pH在5.0～6.0之間，而大多數(shù)微生物生長(zhǎng)的pH在5～9之間的環(huán)境中。通過(guò)相同溫度下在不同pH梯度下微生物菌落總數(shù)對(duì)比，pH在中性條件下細(xì)菌總數(shù)是pH在酸性條件下的5倍以上。在酸性條件下只有耐酸的乳酸菌和少量霉菌和酵母菌可以存活，通過(guò)對(duì)圖1分析觀察當(dāng)濕豆渣的pH調(diào)整為4.0以下時(shí)，可以抑制纖維中大多數(shù)微生物的生長(zhǎng)繁殖，同時(shí)也是最易實(shí)現(xiàn)、最節(jié)約成本的方式。

1.2 溫度對(duì)微生物的影響

將山東嘉華保健品股份有限公司的未殺菌的膳食纖維按照1∶15溶解后，固定整物料的pH，調(diào)整不同梯度的水浴鍋溫度，攪拌1 h后按照國(guó)標(biāo)檢測(cè)菌落總數(shù)。

微生物的生長(zhǎng)速率在一定范圍內(nèi)遵循Arrhenius公式，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)圖3分析，在溫度高于60℃條件下即可引起大多數(shù)微生物的死亡。結(jié)合生產(chǎn)工藝，保持一定相對(duì)高的溫度比保持低溫環(huán)境更易于實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)圖2分析，當(dāng)同一物料在酸性條件下殺菌效果隨著溫度的升高，殺菌效果表現(xiàn)越好，但考慮到后續(xù)生產(chǎn)設(shè)備正常運(yùn)行保護(hù)方面，溫度不宜過(guò)高。在酸性條件下高于60℃溫度下保持60 min，微生物菌落總數(shù)是常溫的1/6左右，在酸性條件下加熱及可以抑制大多數(shù)微生物的生長(zhǎng)繁殖，又可以殺死一定數(shù)量的微生物。綜合生產(chǎn)工藝設(shè)備考慮，將豆渣物料的pH指標(biāo)調(diào)整為3.0～4.0，物料溫度設(shè)定在55～70℃，在此溫度下，不僅可以抑制大多數(shù)微生物的生長(zhǎng)繁殖，還可以殺死一定量的微生物，同時(shí)也不影響纖維吸水的功能性和后續(xù)工段設(shè)備的正常運(yùn)行。

圖2 pH 4.0左右時(shí)在不同溫度下的菌落總數(shù)

1.3 滲透壓對(duì)微生物的影響

在生產(chǎn)過(guò)程中需要向離心后的豆渣中添加水提高豆渣的流動(dòng)性，水活度的增加加快了微生物的生長(zhǎng)繁殖的速度。因?yàn)槲⑸锏纳瞽h(huán)境具有與細(xì)胞大致相等的滲透壓，在等滲透壓環(huán)境中微生物代謝活動(dòng)最旺盛。當(dāng)改變滲透壓后，會(huì)抑制微生物的活動(dòng)，甚至引起微生物的死亡，可以通過(guò)添加高濃度的鹽水來(lái)提高溶液的滲透壓，抑制大多數(shù)微生物的生長(zhǎng)繁殖。在對(duì)濕豆渣脫水實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)濕豆渣溶液中增加一定量高鹽度的水后可以明顯提高濕豆渣固液分離的效果。所以在不影響產(chǎn)品口感的前提下盡量使用高鹽度的水來(lái)調(diào)配分離后的豆渣，以抑制微生物的生長(zhǎng)繁殖，提高濕豆渣的分離效果，縮短分離時(shí)間，減少微生物繁殖代數(shù)，降低運(yùn)行成本。

圖3 pH 7.0左右時(shí)在不同溫度下菌落總數(shù)

2 微波殺菌措施的影響

微波殺菌是大豆膳食纖維控制微生物生產(chǎn)工序中最重要的關(guān)鍵點(diǎn)之一，有此工段負(fù)責(zé)殺死前面殘存的微生物，完成最終產(chǎn)品微生物指標(biāo)的控制要求。殺菌采用微波殺菌，具備時(shí)間短、速度快，成本低，連續(xù)性高等優(yōu)點(diǎn)。微波殺菌是微波熱效應(yīng)和生物效應(yīng)共同作用在短時(shí)間內(nèi)快速殺死微生物與病毒菌[7-8]。微波殺菌的微波熱效應(yīng)和生物效應(yīng)對(duì)大豆膳食纖維的脲酶活性有較大影響，經(jīng)過(guò)對(duì)微波殺菌的大豆膳食纖維綜合檢測(cè)分析其氣味與營(yíng)養(yǎng)成分均無(wú)明顯變化[9]。殺菌參數(shù)一般設(shè)定3～5 min，溫度75～90℃，殺菌參數(shù)受大豆膳食纖維半成品的水分影響較大。殺菌后的纖維需要在無(wú)菌環(huán)境下進(jìn)行后續(xù)工段，減少二次污染的可能性。微波殺菌不僅可以抑制生產(chǎn)物料的微生物生長(zhǎng)繁殖和殺死一定數(shù)量的微生物，同時(shí)增加了水溶性膳食纖維的含量，可以改善產(chǎn)品的粘彈功能特性，可以改良食品中流變學(xué)的特征，提高膳食纖維在食品中的使用價(jià)值。

3 原輔料的選擇

豆粕是生產(chǎn)大豆分離蛋白的主要原料，而大豆分離蛋白的副產(chǎn)物豆渣是生產(chǎn)大豆膳食纖維的主要原料，所以豆粕的選擇對(duì)大豆膳食纖維各項(xiàng)指標(biāo)起到關(guān)鍵作用。在原料選擇上禁止使用霉變、受潮的大豆低溫豆粕，盡量選擇菌落總數(shù)少的非轉(zhuǎn)基因豆粕，同時(shí)需要對(duì)豆粕的水分、含油率等理化指標(biāo)進(jìn)行生產(chǎn)控制。對(duì)豆粕的存放時(shí)間、存放環(huán)境、存放方式進(jìn)行控制，存放環(huán)境要避免鼠害與受潮滋養(yǎng)微生物的生長(zhǎng)，存放方式要儲(chǔ)存于陰涼、干燥及避光處，不得與有害有毒物質(zhì)同存放，并制定相應(yīng)的管理制度。

4 生產(chǎn)車間環(huán)境的控制

生產(chǎn)車間采用十萬(wàn)級(jí)凈化車間工藝，通風(fēng)系統(tǒng)必須經(jīng)過(guò)初效、中效、高效三級(jí)過(guò)濾處理的凈化空氣系統(tǒng)[10]。保證送入生產(chǎn)車間的空氣是潔凈空氣，對(duì)包裝間內(nèi)和車間生產(chǎn)區(qū)域的空氣進(jìn)行置換。車間與包裝間內(nèi)部保證有一定正壓力，防止車間室內(nèi)空氣受外界空氣干擾。車間建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)必須保證良好的氣密性，建筑表面光滑潔凈，不產(chǎn)塵、不積塵、不泄露。同時(shí)制定嚴(yán)格的食品車間衛(wèi)生管理制度，并對(duì)車間衛(wèi)生狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，定期進(jìn)行微生物檢測(cè)。

5 操作人員的影響

在生產(chǎn)作業(yè)時(shí)禁止作業(yè)人員直接接觸物料，并制定嚴(yán)格的進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)與包裝間內(nèi)部更衣消毒程序：換拖鞋→脫個(gè)人外套→帶工作帽、口罩換工作服、穿工作鞋（臭氧殺菌或紫外燈殺菌）→工作鞋消毒池消毒（次氯酸鈉200 ppM、30 s）→清水洗手→洗手液洗手→清水洗手→50 ppM次氯酸鈉消毒30 s→清水沖洗→烘干→75%酒精消毒→干手→風(fēng)淋室方可進(jìn)入車間。

6 設(shè)備清洗與消毒控制的影響

6.1 濕豆渣的輸送與暫存環(huán)節(jié)

物料輸送是最易被污染的環(huán)節(jié)，輸送管道的死角與物料暫存罐壁殘留的污垢是滋生微生物生長(zhǎng)繁殖的主要地方，因此彎口與死角易存物料區(qū)設(shè)置排污口，設(shè)備管道、閥門泵體采用衛(wèi)生級(jí)不銹鋼制品，清洗消毒每一步要求遵循“不進(jìn)則出”的原則，不允許出現(xiàn)不進(jìn)料也不出料的設(shè)備死角[11]。在輸送物料前后需要對(duì)管道通蒸汽消殺30 min以上，濕豆渣暫存罐定時(shí)進(jìn)行清理并采用噴淋蒸汽的方式對(duì)罐內(nèi)全面消殺30 min。連續(xù)使用時(shí)也要定時(shí)對(duì)運(yùn)輸管道與暫存罐進(jìn)行清理殺菌處理，盡量采用邊進(jìn)料邊脫水縮短物料存放時(shí)間，減少濕豆渣染菌的可能性。

6.2 豆渣脫水環(huán)節(jié)的影響

脫水環(huán)節(jié)是大豆膳食纖維生產(chǎn)存儲(chǔ)時(shí)間最長(zhǎng)的工序，占整個(gè)工藝流程一半的時(shí)間，因此在微生物控制環(huán)節(jié)方面脫水環(huán)節(jié)就顯得尤為重要。脫水的好壞直接影響后續(xù)工段的正常運(yùn)行，保證良好的脫水效果可以減少豆渣的的水活度，從而抑制微生物的生長(zhǎng)擴(kuò)散。脫水設(shè)備需要定期清理消毒，并采用干凈無(wú)菌的濾布，其余設(shè)備采用蒸汽噴淋殺菌，同時(shí)減少脫水前后物料存放時(shí)間。脫水后的物料鏈接輸送表面光亮無(wú)死角，無(wú)積水，并定時(shí)清理消毒來(lái)降低物料微生物的含量，提高大豆膳食纖維的衛(wèi)生質(zhì)量。

6.3 纖維研磨工序的影響

超微粉碎技術(shù)在大豆膳食纖維的生產(chǎn)加工制備過(guò)程中起著重要的作用，超微粉碎將殺菌后的纖維成品研磨到一定的粒度，提升了纖維的持水性與膨脹力，改善了大豆膳食纖維的口感，拓寬了膳食纖維在食品中的應(yīng)用范圍[12]。但研磨也是非常易污染的環(huán)節(jié)，外界空氣攜帶微生物進(jìn)入成品物料造成二次污染，因此研磨進(jìn)氣口需要采用三級(jí)空氣過(guò)濾，防治空氣中的微生物和致病菌污染成品，研磨結(jié)束后需要對(duì)研磨器內(nèi)部徹底清理、殺菌。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析，對(duì)大豆膳食纖維生產(chǎn)所涉及到的原輔料選擇、加工環(huán)境、人員和設(shè)備的控制、生產(chǎn)工藝參數(shù)的調(diào)整，來(lái)限制微生物生長(zhǎng)繁殖的條件，并且與微波殺菌相結(jié)合，進(jìn)行大豆膳食纖維的安全生產(chǎn)。大豆膳食纖維的微生物含量受多種因素的影響，造成每個(gè)企業(yè)產(chǎn)品衛(wèi)生質(zhì)量不高的原因也是多種多樣的，國(guó)內(nèi)各生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該通過(guò)對(duì)每個(gè)生產(chǎn)工序參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)地分析找出問(wèn)題、改進(jìn)措施，生產(chǎn)出符合國(guó)家食品要求優(yōu)質(zhì)的大豆膳食纖維產(chǎn)品。