食品組分與天然抑菌劑對芽孢耐熱性的影響

王 濤，何志勇，陳 潔

(江南大學食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇無錫214122)

食品組分與天然抑菌劑對芽孢耐熱性的影響

王 濤，何志勇，陳 潔*

(江南大學食品科學與技術國家重點實驗室，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對于嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢耐熱性的影響。結果顯示，pH對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℃條件下對芽孢耐熱性有保護作用，但在121℃時無顯著保護性;在115℃條件下，8%以內NaCl對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，對芽孢耐熱性有降低效應;蔗糖只在10%濃度時對芽孢的耐熱性有保護作用外，其余濃度對芽孢耐熱性無顯著影響。在三種報道的具有抑菌物質中，0.4mg/mL EGCG和4%乳酸鈉對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的細菌芽孢之一，廣泛的應用于作為熱腐敗和熱殺菌的指示劑［1］。由于絕大多數罐頭制品易受一些嗜熱和耐高溫的微生物污染，因此通常需要強烈的熱處理，但是高強度熱殺菌容易導致產品色澤、質構劣化［2］。盡管現在許多非熱處理方法已經應用于食品保藏，如瞬間高壓滅菌、輻射滅菌，但是熱殺菌的方法依然是工業應用最普遍和最方便的方法。目前國內食品業界在選擇食品熱殺菌條件時，一般采用經驗或者估算的方法，往往殺菌過度，造成品質下降和能量損失。因此，正確認識不同食品組分、介質以及添加物對細菌芽孢耐熱性的影響，可以為我們選擇恰當的熱處理條件提供科學依據，減少加熱時間和降低殺菌強度，最大限度地降低罐頭食品色澤、質構和營養成分的損失，同時還可以減少能耗［3］。目前在影響芽孢耐熱性的各類食品組分中，國內外研究最多的是pH和NaCl，然而研究的結論差異很大，有的甚至得出完全相反的結論，如Viljoen報道，當NaCl溶度高于4%時，對一些芽孢有保護作用，而 Anderson［4］報道番茄汁中1%、2%、4%、8%的鹽溶度能加快嗜熱脂肪芽孢桿菌死亡速度。而關于食品中其他組分對微生物耐熱性的影響研究，絕大多數是關于微生物營養體的影響，而對芽孢的影響并沒有確切的研究報道，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。因此本論文將針對不同的食品組分對嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢的耐熱性進行較細致的比較研究，以期為食品工業中選擇殺菌條件提供科學依據。

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，芽孢數量5×105～5×106/片)ME/ATCC7953 上海麥森醫療科技有限公司提供;培養基 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;實驗溶液 0.067mol/mL的磷酸二氫鉀和磷酸氫二鈉緩沖液作為實驗基本介質;NaCl、蔗糖、乳酸鈉 國藥集團;乳清蛋白 Hilmar公司;Nisin 浙江銀象;EGCG 杭州禾田生物技術有限公司。

油浴鍋、殺菌鍋 國產。

1.2 實驗方法

取一片生物指示菌片與0.9mL實驗溶液混合，振蕩24h，孢子液室溫下充分攪拌，用25mL微量注射器取混合液25μL注入到毛細管中(內徑0.9mm，外徑1.1mm，長度99mm)酒精燈下燒結末端，置于115、118、121℃的油浴中，分別在一定的時間取出，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，在培養基上測定其菌落數。同時測定未加熱處理孢子液的初始菌落數，測定D值與Z值。D值:以微生物存活數的對數值為縱坐標，以曝熱時間為橫坐標作圖，得一直線，D值即為該直線斜率的負倒數。

2 結果與討論

2.1 pH對嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢耐熱性的影響

pH對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，三種溫度條件下的D值均有小幅下降，115℃時由6.48min下降到2.50min，121℃時由1.58min下降到1.32min;pH由5.0降低到4.0時，三種溫度條件下的D值均有大幅度下降。關于pH使得芽孢耐熱性降低的研究已經得到了很多研究者的證實，但是不同pH時，溫度對耐熱性的影響卻不一致。Mark等［5］人的研究表明高溫對產芽孢梭狀芽孢桿菌芽孢的影響要強于低溫對其的影響，而Lopez等［6］研究表明了低溫對芽孢的影響更為顯著。本研究中，在低酸性范圍內(pH7.0～5.0)，115℃對芽孢的影響要高于在121℃時的影響，然而在pH4.0～5.0之間時，高溫對芽孢的耐熱性的影響比低溫時更顯著。以上結果進一步說明了在實際應用時，即使是對于低酸性食品，適當降低食品的pH也有助于降低殺菌強度。

2.2 NaCl對嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢耐熱性的影響

NaCl對嗜熱脂肪芽孢桿菌的耐熱性的影響與溫度和鹽濃度相關。在115℃條件下，8%以內NaCl對芽孢耐熱性無顯著影響，與空白相比，甚至有保護效應;但在118℃和121℃條件下，NaCl濃度在4%～8%之間時，對芽孢耐熱性有降低效應。Briges和Yazdanyd［7］在對豌豆罐頭的食品體系的研究中發現，NaCl對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%時并無明顯差別。早期有人研究單純組分時，發現NaCl濃度在4%以下時，對一些細菌芽孢耐熱性有保護作用。鹽濃度對芽孢耐熱性的影響主要是針對芽孢外膜的滲透壓，因此在實際生產應用中，如果含鹽量在4%以內，對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 不同鹽濃度對嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢D值的影響

2.3 蔗糖溶度對嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢耐熱性的影響

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

2.4 乳清蛋白濃度對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℃條件下對芽孢耐熱性有保護作用，但在121℃時無顯著保護性，該結果與前人研究［9］比較吻合。

表3 蔗糖溶度對嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢D值的影響

表4 乳清蛋白濃度對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后發現，在國標允許的最大添加量范圍內，Nisin對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，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間，降低殺菌強度。已有人報道當牛奶中Nisin的添加量為0.05mg/mL時，能使李斯特菌在54℃時D值由 11.76min 降低至 2.41min，Byrne1［11］等人研究在50、55、60℃時，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對嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢D值的影響

3 結論

各類食品組分對嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢耐熱性均有不同程度的影響，pH對芽孢耐熱性影響較大，pH由7.0降低到5.0時，D值小幅下降;pH由5.0降低到4.0時，D值大幅下降。乳清蛋白在115℃和118℃條件下對芽孢耐熱性有保護作用，但在121℃時無顯著保護性;食鹽對芽孢的影響受濃度和溫度的影響，在115℃條件下，濃度在8%以內的NaCl對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，對芽孢耐熱性有降低效應;蔗糖除了在濃度為10%濃度時對芽孢的耐熱性有保護作用外，其余濃度對芽孢耐熱性無顯著影響。在國標允許添加范圍內，EGCG和乳酸鈉對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。以上結果說明，對于低酸性食品，適當降低食品的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。

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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。

國家自然科學基金項目(20976071);教育部新世紀優秀人才計劃(NCET－07－0377)。