臭氧在東北酸菜殺菌工藝中的應用

孔慶敏，孫 波,*，趙 曉，劉建生，李 霞，趙 敏，馬旭藝（.東北農業大學食品學院，黑龍江 哈爾濱　50030；.北大荒親民有機食品有限公司，黑龍江 北安　640）

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臭氧在東北酸菜殺菌工藝中的應用

孔慶敏1，孫 波1,*，趙 曉1，劉建生2，李 霞2，趙 敏1，馬旭藝1
（1.東北農業大學食品學院，黑龍江 哈爾濱150030；2.北大荒親民有機食品有限公司，黑龍江 北安164022）

摘 要：將臭氧殺菌技術應用于東北酸菜生產工藝，在單因素試驗基礎上，選擇氧氣流量、電流強度及殺菌時間3 個因素，進行三因素三水平的Box-Behnken響應面分析試驗。結果表明，東北酸菜臭氧殺菌最適工藝條件為氧氣流量3 L/min、電流強度0.3 A、殺菌時間33 min，東北酸菜中微生物菌落總數下降的理論值為2.01（lg（CFU/g））。經實驗驗證，東北酸菜微生物菌落總數下降2.00（lg（CFU/g）），實測值與理論值相近；東北酸菜臭氧殺菌效果與熱殺菌效果相比差別不大，但產品感官品質更優；同時，臭氧殺菌工藝相對熱殺菌工藝能量消耗更低，可進一步降低生產制造成本。結論：臭氧殺菌完全可以有效代替熱殺菌應用于東北酸菜的生產工藝中。

關鍵詞：東北酸菜；臭氧；殺菌；菌落總數

引文格式：

孔慶敏, 孫波, 趙曉, 等. 臭氧在東北酸菜殺菌工藝中的應用[J]. 食品科學, 2016, 37(12): 71-75. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201612012. http://www.spkx.net.cn

KONG Qingmin, SUN Bo, ZHAO Xiao, et al. Application of ozone in the sterilization of Chinese northeast sauerkraut[J].

Food Science, 2016, 37(12): 71-75. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201612012. http://www.spkx.net.cn

東北酸菜是我國東北地區極具地方特色的一種發酵蔬菜產品，是以白菜為原料，經過乳酸菌發酵而成并具有酸、甜、香、脆等獨特風味[1-2]。近年來，隨著東北酸菜產業不斷發展，東北酸菜生產從傳統家庭手工作坊發展到現代大型發酵裝備工業化生產。這些技術進步不僅使東北酸菜生產不受季節制約，而且產品品質穩定、食用安全并延長貨架期。

大量生產實踐表明，巴氏熱殺菌工藝雖然可使東北酸菜中微生物菌落總數至少降低2～3 個數量級，從而避免了因脹袋降低產品貨架期，但同時也極易加速東北酸菜的褐變速率，使得產品脆度下降、風味劣變、營養大量損失[3-5]，因此如何尋找一種能夠替代熱加工的新的殺菌手段[6-9]，在充分保證東北酸菜有效殺菌的同時，保留其特有的風味和口感，成為東北酸菜生產中的一個亟待解決的技術瓶頸。

眾所周知，臭氧以氧原子的氧化作用破壞微生物膜的結構，以實現殺菌作用[10-13]，因而具有廣譜安全的消毒、殺菌作用，是目前工業上最理想的殺菌方式之一，廣泛地應用于食品加工的各個領域[14-18]。目前，有關果蔬加工貯藏的國內外研究[19-24]已經利用臭氧殺菌技術達到了較理想的果蔬保鮮效果。然而，將臭氧技術應用于東北酸菜殺菌工藝以解決熱殺菌引起東北酸菜品質下降的研究鮮見報道。

本研究主要探索臭氧對東北酸菜進行有效殺菌的可行性，同時采用Box-Behnken響應面分析法對東北酸菜臭氧殺菌工藝參數進行優化，旨在為引進代替熱殺菌的更有效殺菌方式提供一定的理論依據和技術支持。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

東北酸菜北大荒親民有機食品有限公司。

蛋白胨、牛肉膏、酵母膏（生化試劑）北京奧博星生物技術有限責任公司。

完全培養基配方：葡萄糖5 g，蛋白胨10 g，牛肉膏3 g，酵母膏3 g，MgSO4·7H2O 2 g，蒸餾水1 000 mL，pH 7.2。

1.2儀器與設備

臭氧發生系統北京三龍騰飛臭氧設備制造廠；DZ-500/2S型真空包裝機山東諸城市雙春包裝機械有限公司；LS-30立式壓力蒸汽滅菌器鍋上海東亞壓力容器制造有限公司；BSP-150生化培養箱上海博迅實業有限公司。

1.3方法

1.3.1東北酸菜臭氧殺菌的工藝流程

白菜→發酵→東北酸菜→輸送→清洗→切絲→臭氧殺菌→裝袋稱量→真空包裝→成品

1.3.2東北酸菜熱殺菌的工藝流程

白菜→發酵→東北酸菜→輸送→清洗→切絲→裝袋稱量→真空包裝→熱殺菌（80 ℃，20 min）→成品

1.3.3東北酸菜臭氧殺菌裝置

本實驗裝置由臭氧發生器、氣液混合泵及臭氧殺菌槽組成，臭氧殺菌槽長寬高分別為1、0.5、0.5 m，有效容量220 L，采用單管布氣，氣液順流方式，臭氧經氣液混合泵經由直徑20 mm的軟管由臭氧殺菌槽側面上部管口噴入臭氧殺菌水槽，再由臭氧殺菌水槽下設的管道循環回氣液混合泵繼續氣液混合。

1.3.4東北酸菜臭氧殺菌流程

開啟臭氧發生器電源，預熱20 min，室溫條件下，打開臭氧殺菌槽上蓋，以菜水質量比2∶1將東北酸菜投入槽中，打開氧氣閥，進行臭氧殺菌，一定時間后，關閉氣閥及氣液混合泵，取出東北酸菜，裝袋稱量，立即用真空包裝機進行真空包裝。

1.3.5東北酸菜臭氧殺菌工藝的響應面試驗

在單因素試驗基礎上，選取東北酸菜臭氧殺菌工藝中的3 個影響因素為自變量，分別用X1、X2、X3表示，以lgS為響應值，采用Design-Expert 8.05軟件中的Box-Behnken響應面設計原理進行響應面分析，其因素與水平設計見表1。

表1　響應面試驗設計因素與水平Table 1　Factors and levels used in RSM analysis

1.3.6東北酸菜臭氧殺菌效果評價

東北酸菜臭氧殺菌的效果采用微生物菌落總數數量級變化值（lgS）來表示[25]，其計算公式如下所示：

式中：N0為臭氧處理前東北酸菜中微生物菌落總數/（CFU/g）；N為臭氧處理后東北酸菜中微生物菌落總數/（CFU/g）。

1.3.7東北酸菜中微生物的檢驗

根據GB 4789.2—2010《食品微生物學檢驗：菌落總數測定》方法對東北酸菜中的微生物菌落總數進行測定。

1.3.8東北酸菜的感官評價

挑選10 名感官評價人員，男女各半，按要求進行品評。根據DB 21/2391—2014《酸菜》規定的感官要求，以東北酸菜樣品的色澤、組織形態及風味和口感為指標制定東北酸菜感官評價方案，滿分為100 分，其中85～100 分為“優良”，60～85 分為“一般”，少于60 分為“較差”，評分標準如表2所示。

表2　東北酸菜的感官評分標準Table 2 Criteria for sensory evaluation of Chinese northeast sauerkraut

2　結果與分析

2.1東北酸菜臭氧殺菌的工藝條件優化

2.1.1氧氣流量對東北酸菜中微生物菌落總數的影響

圖1　氧氣流量對微生物菌落總數的影響Fig. 1　Influence of oxygen flow rate on total bacterial count of Chinese northeast sauerkraut

如圖1所示，臭氧發生器電流強度0.2 A、殺菌時間20 min條件下，氧氣流量增加到3 L/min，微生物菌落總數降低1.0（lg（CFU/g））；而氧氣流量增加到3 L/min以上時，微生物菌落總數無顯著變化。故綜合考慮選擇氧氣流量為3 L/min。

2.1.2電流強度對東北酸菜中微生物菌落總數的影響

圖2　電流強度對微生物菌落總數的影響Fig. 2　Influence of current intensity on total bacterial count of Chinese northeast sauerkraut

如圖2所示，氧氣流量3.0 L/min、殺菌時間20 min條件下，電流強度增加到0.3 A，微生物菌落總數降低1.5（lg（CFU/g））；而電流強度增加到0.3 A以上時，微生物菌落總數無顯著變化。故綜合考慮選擇電流強度為0.3 A。

2.1.3殺菌時間對東北酸菜中微生物菌落總數的影響

圖3　殺菌時間對微生物菌落總數的影響Fig. 3　Influence of sterilization time on total bacterial count of Chinese northeast sauerkraut

如圖3所示，氧氣流量3.0 L/min、電流強度0.3 A條件下，殺菌時間延長到30 min，微生物菌落總數降低2.0 （lg（CFU/g）），而殺菌時間在30 min以上時，微生物菌落總數無顯著變化。故綜合考慮選擇殺菌時間為30 min。

2.1.4東北酸菜臭氧殺菌工藝的響應面試驗結果

表3　Box-Behnken試驗設計與結果Table 3　Experiment design and results for RSM

對表3中試驗數據進行二次多項式回歸擬合，得回歸方程為：

表4　回歸分析結果Table 4　Results of regression analysis

由表4可知，方程因變量與自變量之間的線性關系明顯，該模型極顯著（P＜0.000 1），失擬項不顯著，且該模型相關系數R2=97.87%，校正決定系數R2Adj=95.13%，表明該模型與試驗擬合良好，自變量與響應值之間線性關系顯著，可用于臭氧對東北酸菜殺菌效果的理論推測。由F檢驗得各因子對臭氧殺菌的影響強度依次為氧氣流量＞殺菌時間＞電流強度，由顯著性分析可知，X1、X2、X3、X1X3、X2X3和X32項達到了顯著水平，響應面分析見圖4。

圖4　各因素交互作用對微生物菌落總數影響的響應面Fig. 4　Response surface and contour plots showing the interactive effects of three process conditions on total bacterial count

由圖4可知，氧氣流量與殺菌時間、電流強度與殺菌時間交互作用顯著。應用響應面法對回歸模型進行分析，確定臭氧對東北酸菜殺菌工藝的最優條件為氧氣流量3 L/min、電流強度0.3 A、殺菌時間33 min，東北酸菜中微生物菌落總數量級下降的理論值為2.01（lg（CFU/g））。經實驗驗證，東北酸菜中微生物菌落總數由（7.5±0.36）×105CFU/g降至（7.47±0.32）×103CFU/g，微生物菌落總數下降2.00（lg（CFU/g）），實測值與理論值相近。因此，響應面法所得東北酸菜臭氧殺菌優化條件參數可靠，具有實用價值。

2.2東北酸菜臭氧殺菌與熱殺菌效果的比較

由表5可知，東北酸菜經臭氧殺菌后微生物菌落總數由（7.5±0.36）×105CFU/g降至（7.47±0.32）×103CFU/g；而經熱殺菌后微生物菌落總數由（7.5±0.36）×105CFU/g降至（6.8±0.25）×103CFU/g，兩者殺菌效果相差不大。經臭氧殺菌的東北酸菜色澤和口感變化不大，感官評分為92 分，感官品質較優；而經熱殺菌的東北酸菜則色澤略暗且口感下降較明顯，感官評分為82 分，感官品質一般。

表5　東北酸菜臭氧殺菌與熱殺菌效果比較Table 5 Comparison of the effects of ozone and heat treatments on total bacterial count and sensory quality of Chinese northeast sauerkraut

3　結 論

本實驗應用臭氧對東北酸菜進行殺菌處理，確定了最優殺菌工藝條件為氧氣流量3 L/min、電流強度0.3 A、殺菌時間33 min，微生物菌落總數由（7.5±0.36）×105CFU/g降至（7.47±0.32）×103CFU/g，感官評分為92 分，感官品質較好。臭氧殺菌與傳統熱殺菌相比，殺菌效果相差不大但產品感官品質更優。此外，臭氧殺菌相對熱殺菌其動力消耗更低，可進一步降低生產制造成本。因此，臭氧殺菌工藝完全能夠代替熱殺菌工藝用于東北酸菜生產中。

在實際應用時應注意的是，企業采用傳統熱殺菌技術是在東北酸菜稱量及真空包裝工藝后進行的，而在采用臭氧殺菌新技術必須在東北酸菜稱量及真空包裝工藝之前完成。所以，在臭氧殺菌結束后如何在后續生產工藝中避免微生物二次污染現象的發生，是該工藝能否可行的技術關鍵。

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Application of Ozone in the Sterilization of Chinese Northeast Sauerkraut

KONG Qingmin1, SUN Bo1,*, ZHAO Xiao1, LIU Jiansheng2, LI Xia2, ZHAO Min1, MA Xuyi1
(1. College of Food Science, Northeast Agricultural University, Harbin150030, China; 2. Beidahuang Qinmin Organic Foods Co. Ltd., Bei’an164022, China)

Abstract:In this study, we reported the optimization of ozone sterilization conditions of Chinese northeast sauerkraut using response surface methodology (RSM) based on a three-variable, three-level Box-Behnken design (BBD). The independent variables were oxygen flow, current intensity and sterilization time. The optimum process parameters for sterilization of sauerkraut were obtained as follows: oxygen flow, 3 L/min; current intensity, 0.3 A; and sterilization time, 33 min. Experiments under these conditions showed a 2.00 (lg (CFU/g)) reduction in microbial counts, agreeing with the predicted value of 2.01 (lg (CFU/g)). Although not dissimilar in terms of sterilization efficiency, ozone treatment was better for the sensory quality of product, and it was less energy-consuming and consequently cost-saving than heat treatment. It is concluded that ozone application is a promising alternative to heat sterilization in the production of Chinese northeast sauerkraut.

Key words:Chinese northeast sauerkraut; ozone; sterilization; microbial count

收稿日期：2015-10-14

作者簡介：孔慶敏（1991—），女，碩士研究生，研究方向為食品微生物與發酵工程。E-mail：kongqingmin2@163.com

*通信作者：孫波（1962—），男，副教授，碩士，研究方向為食品微生物與發酵工程。E-mail：bosun114@163.com

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201612012

中圖分類號：TS255.53

文獻標志碼：A

文章編號：1002-6630（2016）12-0071-05