超高壓殺菌工藝對(duì)生牛乳中微生物的影響

馬莉，張杰，任憲峰，鄭利君，俞偉祖*

內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司（呼和浩特 011517）

牛乳是一種富含蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)等多種人體所需的營(yíng)養(yǎng)成分及免疫活性因子的食品[1-5]，為了保證食品安全性，天然牛乳必須經(jīng)過(guò)殺菌[6-11]。傳統(tǒng)的熱力殺菌雖然大大提高了產(chǎn)品的貨架期和食品安全性，但對(duì)牛乳的營(yíng)養(yǎng)成分和風(fēng)味物質(zhì)破壞相當(dāng)嚴(yán)重[12]，直接影響了產(chǎn)品的質(zhì)量[13-15]。然而，消費(fèi)者對(duì)優(yōu)質(zhì)食品的要求是新鮮、美味、營(yíng)養(yǎng)，這使得非熱加工技術(shù)越來(lái)越受到食品工業(yè)的關(guān)注[16]。超高壓殺菌技術(shù)作為一種新型非熱加工技術(shù)，不但可以達(dá)到熱力殺菌同樣的效果[17-18]，而且可以最大限度地保留牛乳的天然色澤、香氣成分與營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[19-20]，同時(shí)還能夠增強(qiáng)牛乳蛋白的可消化性。試驗(yàn)以超高壓處理壓力、保壓時(shí)間為因素，菌落總數(shù)及大腸菌群數(shù)量為指標(biāo)，研究了超高壓處理工藝對(duì)生牛乳中微生物的影響，初步確定生牛乳超高壓殺菌的工藝條件，為超高壓技術(shù)在牛乳殺菌中的應(yīng)用研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

生牛乳：內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司；BGLB肉湯培養(yǎng)基、PCA平板計(jì)數(shù)瓊脂培養(yǎng)基（北京陸橋生物技術(shù)有限責(zé)任公司）；所用試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

HPP600MPa-30L超高壓設(shè)備（包頭科發(fā)高壓科技有限責(zé)任公司）；LVG-3_G-F8超凈工作臺(tái)（新加坡Esco科技有限公司）；VORTEX1渦旋振蕩儀（艾卡儀器設(shè)備有限公司）；NP-30S旋渦混合器（常州恩培儀器制造有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 超高壓處理工藝

1.3.1.1 超高壓處理壓力對(duì)生牛乳中微生物的影響

固定溫度25 ℃、保壓時(shí)間15 min，壓力分別選取100，150，200，300，350，400，500和600 MPa處理生牛乳，以未經(jīng)超高壓處理的鮮牛乳作為空白對(duì)照組，檢測(cè)處理前后樣品中的菌落總數(shù)和大腸菌群數(shù)量。

1.3.1.2 保壓時(shí)間對(duì)牛乳中微生物的影響

固定壓力400 MPa、溫度25 ℃，采用不同保壓時(shí)間5，10，15，20，30和40 min處理生牛乳，空白對(duì)照組為未經(jīng)超高壓處理的生牛乳，檢測(cè)處理前后樣品的菌落總數(shù)和大腸菌群數(shù)量。

1.3.1.3 超高壓處理工藝條件優(yōu)化

在超高壓處理壓力和保壓時(shí)間單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，優(yōu)選出最佳處理壓力和保壓時(shí)間，進(jìn)行正交試驗(yàn)，以未經(jīng)超高壓處理的生牛乳作為空白對(duì)照組，對(duì)超高壓處理后的樣品進(jìn)行菌落總數(shù)和大腸菌群數(shù)量的測(cè)定，篩選微生物致死率較高的壓力、時(shí)間組合。

1.3.2 微生物的檢測(cè)

按照GB/T 4789.2—2003和GB/T 4789.3—2003測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 超高壓處理壓力對(duì)生牛乳中微生物的影響

在保壓時(shí)間15 min、溫度25 ℃條件下，對(duì)生牛乳進(jìn)行不同壓力的滅菌，每個(gè)處理重復(fù)3次，取平均值。處理壓力對(duì)生牛乳中菌落總數(shù)的影響如圖1和表1所示。在低壓處理?xiàng)l件（100～300 MPa）下，菌落總數(shù)相比鮮牛乳中的初始菌數(shù)（1.2×105CFU/mL）有所增加，致死率為負(fù)數(shù)。隨著壓力的增加，菌落總數(shù)呈顯著下降趨勢(shì)，當(dāng)壓力達(dá)到400 MPa時(shí)，殘留菌數(shù)為7.4×103CFU/mL，致死率達(dá)93.8%；當(dāng)壓力達(dá)到500 MPa時(shí)，殘留菌數(shù)為4.7×103CFU/mL，致死率達(dá)96.1%；當(dāng)壓力達(dá)到600 MPa時(shí)，殘留菌數(shù)為1.5×103CFU/mL，致死率達(dá)98.8%。生牛乳中的大腸菌群隨著壓力的增加一直呈顯著下降趨勢(shì)，當(dāng)壓力為150 MPa時(shí)，大腸菌群數(shù)由初始的4.5×103CFU/100 mL降低至＜1 CFU/100 mL，大腸菌群呈陰性。綜合超高壓設(shè)備的使用壽命及殺菌效率，在殺菌效率達(dá)到96%以上的情況下選擇壓力進(jìn)行保壓時(shí)間單因素試驗(yàn)。因此，選擇進(jìn)行保壓時(shí)間單因素試驗(yàn)的處理壓力為500 MPa。

圖1 不同壓力處理生牛乳15 min后對(duì)殘留的菌落總數(shù)的影響

表1 不同壓力處理生牛乳15 min后微生物的結(jié)果

2.2 保壓時(shí)間對(duì)生牛乳中微生物的影響

在處理壓力500 MPa、溫度25 ℃的條件下，對(duì)鮮牛乳進(jìn)行不同保壓時(shí)間的超高壓處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，取平均值。保壓時(shí)間對(duì)菌落總數(shù)的影響見圖2和表2。由圖2可知，在處理壓力500 MPa下，隨著保壓時(shí)間的延長(zhǎng)，殺菌效率呈顯著性提高，當(dāng)保壓時(shí)間達(dá)到20 min以后，殺菌效率的增長(zhǎng)速率下降，趨于緩慢提高，說(shuō)明當(dāng)殺菌效率達(dá)到一定值后，僅通過(guò)保壓時(shí)間的延長(zhǎng)不能達(dá)到完全殺滅細(xì)菌的目的。但對(duì)于大腸菌群而言，在500 MPa壓力下保壓5 min即可被完全殺滅。

圖2 500 MPa壓力下處理生牛乳不同時(shí)間對(duì)殘留菌落總數(shù)的影響

表2 500 MPa壓力下處理生牛乳不同時(shí)間后微生物的結(jié)果

2.3 超高壓處理工藝條件優(yōu)化

綜合上述壓力和時(shí)間的單因素試驗(yàn)，選擇兩者作為影響因素，同時(shí)由于低壓力有利于鮮牛乳中芽孢的激活，而高壓力有利于細(xì)菌的殺滅，因此將低壓力、低壓保壓時(shí)間、高壓力和高壓保壓時(shí)間作為超高壓殺菌效率的影響因素，選用L9(34)正交表進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，每個(gè)處理重復(fù)3次，取平均值，以未經(jīng)超高壓處理的樣品作為空白對(duì)照，經(jīng)超高壓處理后的樣品進(jìn)行菌落總數(shù)和大腸菌群數(shù)量的測(cè)定。因素水平設(shè)置見表3，結(jié)果及方差分析見表4和表5。

表3 L9(34)因素水平表

表4 超高壓殺菌乳最優(yōu)工藝參數(shù)正交試驗(yàn)結(jié)果

表5 正交試驗(yàn)菌落總數(shù)結(jié)果方差分析

由表4中菌落總數(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù)，分析k值可知，最優(yōu)工藝組合為A3B1C3D2，即低壓200 MPa，低壓保壓時(shí)間5 min，高壓500 MPa，高壓保壓時(shí)間30 min。分析R值可知，4個(gè)因素對(duì)微生物殺滅作用影響的大小依次為高壓＞高壓保壓時(shí)間＞低壓＞低壓保壓時(shí)間，且高壓、高壓保壓時(shí)間這2個(gè)因素對(duì)于超高壓殺滅微生物的效果有顯著性影響。在此最優(yōu)工藝組合條件下對(duì)生牛乳進(jìn)行超高壓滅菌，菌落總數(shù)由處理前的1.2×105CFU/mL降低到處理后的100 CFU/mL，致死率達(dá)到99.92%，此時(shí)大腸菌群被全部殺滅。

3 結(jié)論

單因素試驗(yàn)中，處理壓力在一定范圍內(nèi)，隨著壓力的增大，菌落總數(shù)和大腸菌群數(shù)量的致死率呈上升趨勢(shì)，但當(dāng)壓力超過(guò)一定范圍后，處理壓力的繼續(xù)增加對(duì)殺菌效果的影響趨于平緩，趨勢(shì)不顯著；保壓時(shí)間也影響超高壓對(duì)鮮牛乳中微生物的殺滅效果，延長(zhǎng)保壓時(shí)間，菌落總數(shù)和大腸菌群的致死率呈顯著上升趨勢(shì)，但當(dāng)時(shí)間超過(guò)一定范圍后，對(duì)滅菌效率的影響趨于平緩，呈不顯著上升趨勢(shì)。

超高壓殺菌工藝的正交優(yōu)化條件為A3B1C3D2，即低壓200 MPa，低壓保壓時(shí)間5 min，高壓500 MPa，高壓保壓時(shí)間30 min。

綜上所述，研究采用超高壓殺菌技術(shù)殺滅生牛乳中的微生物，處理后的牛乳中菌落總數(shù)和大腸菌群殘留量很少，殺菌效果較好，但僅優(yōu)化壓力和時(shí)間兩個(gè)參數(shù)，不能使最終殺菌效果達(dá)到商業(yè)無(wú)菌的要求，因此在后續(xù)的研究中需要對(duì)超高壓殺菌的其他參數(shù)比如溫度進(jìn)行進(jìn)一步研究，綜合考量各參數(shù)的最優(yōu)指標(biāo)及組合，為鮮奶產(chǎn)品的生產(chǎn)提供參考。