殺菌技術在控制巴旦木中沙門氏菌的研究進展

高 亮，閆曉彤，劉斌雄，李長城，方 婷

（福建農林大學食品科學學院, 福建福州 350002）

巴旦木學名扁桃，薔薇科李亞科桃屬喬木，是世界著名的木本油料樹和干果樹種[1?2]。目前，巴旦木的產量居干果產量之首，2018年加州巴旦木的產量達到24億磅。巴旦木含有極高的營養價值，是高營養的珍貴果品。巴旦木仁中脂肪含量為35%~67%，蛋白質16.5%~35.0%，其氨基酸總量高于核桃和雞蛋，8種人體必需氨基酸占氨基酸總量的28.3%，糖10%~11%，纖維2.5%~3.8%，無機鹽2.9%~5.0%，還含有大量礦物質元素及多種維生素。維生素B1、B2含量比花生和核桃高。其中維生素E的含量等于核桃的19倍。總體來說巴旦木是營養非常全面并且健康衛生的堅果食品[3]。

但是，在巴旦木采收過程中易感染果園土壤中的沙門氏菌，巴旦木類的堅果屬于低水分活度的農產品，低水分活度下的沙門氏菌有更高的耐受性[4?5]。雖然沙門氏菌在水分活度低于0.83時就停止生長，但它仍能在水分活度低于0.6的條件下存活長達270 d以上[6]，這就增加了巴旦木上沙門氏菌處理的難度。在2000年~2001年[7]期間在美國及加拿大爆發的因食用生巴旦木而造成的沙門氏菌感染之后，美國農業部（U.S.Department of Agriculture, USDA）及加州巴旦木委員會（Almond Board of California,ABC）要求所有出售的巴旦木必須經過巴氏殺菌，將巴旦木中的沙門氏菌降低4 lgCFU/g以上以達到安全水平[8]。因此，工業上出現了很多種殺滅巴旦木中沙門氏菌的方法。這些方法可以分為熱加工殺菌（熱風、熱水、熱油、蒸汽、紅外加熱法、微波和射頻加熱法殺菌）和非熱加工殺菌（高靜水壓、電子束輻射、等離子體、環氧丙烷熏蒸、有機酸噴霧和二氧化氯）。為了更好地應對工業加工中巴旦木感染沙門氏菌的情況，降低沙門氏菌感染風險，為工業殺菌提供參考，本文概述了控制巴旦木中沙門氏菌的研究進展及應用前景。

1 熱殺菌

熱加工殺菌包括熱風、熱水、熱油、蒸汽、紅外加熱法和射頻加熱法殺菌等。微生物的繁殖誘發期、繁殖速度、最終細胞量、營養要求、細胞中的酶及細胞的化學組成等都要受到溫度的制約。對食品原料進行加熱處理過程中熱會破壞微生物的蛋白質、核酸、細胞壁和細胞膜從而導致細菌死亡[9]。

巴旦木中沙門氏菌的殺菌處理主要是破壞沙門氏菌細菌蛋白質，蛋白質的滅活機制可分為干熱滅菌和濕熱滅菌。干燥的細菌細胞中酶無活力，升高溫度并不會導致蛋白質失活，干熱滅菌主要是在高溫環境下，通過氧化作用而使微生物死亡。濕熱滅菌是當細菌受到熱力作用時，其中蛋白質分子高速運動，肽鏈斷裂，蛋白質分子由有規律的緊密結構變為無秩序的不規則結構，大量的疏水基暴露在分子表面、并互相結合成為較大的聚合體而凝固、沉淀，從而導致細菌的死亡[10?12]。

1.1 熱風、熱水、熱油、蒸汽殺菌

熱風干燥是工業中使用非常廣泛的技術，但是應用在巴旦木的殺菌中效果一般。Gokhan等[13]研究發現，在130 ℃熱風條件下處理接種8.55±0.14 lg CFU/g沙門氏菌的巴旦木34 min時都無法達到4個lgCFU/g值的殺菌效果，當溫度提高到140 ℃和150 ℃，時間分別為18 min及13 min時，可以達到4.62 lg CFU/g和5.39 lg CFU/g的數量級減少。該方法處理時間較長，會使巴旦木表面發生較為嚴重的褐變，巴旦木中的揮發性物質由原來的25種增加到50種，并且貯存3個月后巴旦木的過氧化值及脂肪醛含量顯著上升，這也是造成巴旦木儲存過程中酸敗且產生不良氣味的主要原因[14]。

熱水殺菌即傳統的水浴加熱殺菌，傳熱效率比熱風更快。Linda等[15]將接種7.7 lg CFU/g腸炎沙門氏菌PT 30的巴旦木分別置于60、70、80、88 ℃的熱水中進行研究表明，前30 s內，觀察到腸炎沙門氏菌PT30分別顯著降低0.9、1.1、2.9和4.7 lg CFU/g的數量，可能是松散附著的細菌在水的作用下脫離巴旦木，而造成的細菌數量下降。用88 ℃熱水處理接種沙門氏菌的巴旦木1.6 min及2 min，分別可以降低4 lg CFU/g和5 lgCFU/g細菌數量。85 ℃熱水處理40 s，然后紅外干燥70 s，處理前后巴旦木的平均水分含量值分別為5.0%（濕基）和6.4%（濕基）。對照和熱水處理的巴旦木水分含量差異顯著（P<0.05）。經處理的巴旦木和未處理的巴旦木在顏色評估上沒有顯著差異（P>0.05）。未處理的巴旦木的硬度高于熱水處理的巴旦木（P<0.05）。經處理和未處理的巴旦木的整體視覺質量都在可接受范圍內[16]。

除此之外熱油殺菌也具有很好的殺菌效果，Du等[17]在127 ℃熱油中加熱接種了沙門氏菌的巴旦木90 s，沙門氏菌降低了5 lg CFU/g的數量。本方法處理后的巴旦木的含水率線性下降，在127 ℃處理2 min后，巴旦木的含水率降低到3.8%，符合行業中烘炒和油炸類巴旦木的國家標準（含水率小于8%）[18]。熱油加熱速度比傳統的介質更快，并且能夠達到更高的溫度。由此，加州巴旦木委員會將這種處理方式加入到巴旦木的殺菌建議方法中[19]。

最近有研究采用熱蒸汽的殺菌方式，在115 ℃蒸汽加熱70 s以上即可使巴旦木表面沙門氏菌數量降低5 lgCFU/g，但是熱蒸汽處理后需要增加干燥過程，且目前缺乏有關蒸汽對巴旦木品質的影響研究[20]。Lee等[21]通過(93±1) ℃蒸汽對接種了腸炎沙門氏菌的Nonpareil和Mission兩個品種的巴旦木進行處理，在木糖賴氨酸脫氧膽酸鹽瓊脂培養基（XLD）和覆蓋木糖賴氨酸脫氧膽酸鹽瓊脂培養基（OVXLD）培養基上觀察到菌落數量級的減少分別是5 lg CFU/g、5.8 lgCFU/g以及 4.0 lg CFU/g、4.1 lgCFU/g，說明在使用蒸汽對巴旦木進行殺菌處理時，品種的差異會產生不同的實驗效果，所以也要考慮品種的差異，沙門氏菌在品種的巴旦木上D值可能不同。

1.2 紅外殺菌

紅外殺菌和傳統加熱方式不同，主要以以電磁波形式傳遞熱量，由于它不需要任何媒介，可以很大程度減少了熱量損失，提高了加熱效率[22]。紅外線的波長范圍為0.76~1000 μm。根據波長不同又分為近紅外，中紅外，遠紅外。食品中的有機成分和水能大量吸收波段3~1000 μm的紅外輻射即遠紅外，因此常用遠紅外對食品殺菌。當紅外輻射照到沙門氏菌上時，細菌細胞分子熱運動的頻率與紅外輻射的頻率相一致時，紅外輻射很快被分子吸收轉化為分子的熱運動，使分子運動加劇，物料溫度隨之升高。紅外輻射殺滅沙門氏菌殺菌就是利用電磁波產生的熱使細胞內部蛋白質受熱凝固，導致新陳代謝受阻使其死亡[23?24]，Sawai等[25?27]認為紅外加熱是通過破壞沙門氏菌細胞內的DNA、RNA、核糖體、細胞膜和蛋白質等達到殺菌目的。Yang等[10]通過小規模的紅外加熱試驗顯示，巴旦木經紅外加熱后在熱風中保持60 min能使其表面的沙門氏菌數量降低4 lgCFU/g，但該法需將堅果的所有表面充分暴露于紅外輻射下，且紅外穿透力較差，可能出現殺菌不均勻的情況。工業生產中難以實現將所有的產品都平鋪在紅外的照射下，所以此方法來進行巴旦木殺菌較難進行大規模商業應用。

1.3 射頻殺菌

射頻加熱屬于高頻交流電磁波，頻率介于10~300 MHz之間。當物料置于射頻或微波電磁場中時，物料與電磁波發生相互耦合作用，通過離子往復運動和偶極子高速旋轉使電磁能轉化為熱能，使物料在整個體積內同時加熱，因而射頻在食品及農產品的干燥、蒸煮、解凍、殺蟲和殺菌方面有著廣闊的應用前景[28]。Li等[29]利用射頻加熱系統對帶殼巴旦木和巴旦木仁進行殺菌，結果顯示，熱風輔助射頻加熱系統可使帶殼巴旦木和巴旦木仁中的沙門氏菌降低5 lg CFU/g，且射頻處理后的巴旦木的顏色、酸值、過氧化值都符合行業標準。與巴旦木傳統加熱殺菌方式不同，射頻加熱殺菌具有加熱更均勻，能夠很好保證巴旦木的品質，含水率自然平衡等優點，在食品加熱及殺菌過程中有很大的發展前景。但是射頻技術應用于巴旦木殺菌存在兩個技術上不足：一是會出現熱偏移現象，由于射頻加熱中，巴旦木的介電導熱因子隨溫度升高而增大，導致某一塊區域的溫度不斷增大，射頻能量在此區域集中的現象。二是會出現尖角現象，對不規則的物體進行加熱時，熱量會集中在比較厚的區域[30]。所以射頻殺菌技術在工業應用時還只能對一些形狀比較簡單規則的物體進行處理，在巴旦木等堅果上應用起來還存在一定的局限性。

2 非熱殺菌

2.1 化學殺菌

化學處理方法也是食品行業中常見的一類滅菌方法，目前已經應用在巴旦木上的化學處理方法包括環氧丙烷熏蒸、有機酸噴霧和二氧化氯，它們均能有效減少巴旦木表面沙門氏菌的數量，但在實際生產加工中，受不同因素限制均未完全得到推廣應用。

2.1.1 環氧丙烷殺菌 環氧丙烷（PPO）熏蒸法能夠有效降低巴旦木中沙門氏菌的種群數量，環氧丙烷目前在美國注冊為熏蒸劑，用于減少各種各類食品中的細菌，酵母和霉菌數量。Danyluk等[31]用0.5 kg/m3濃度的PPO處理巴旦木4 h后，在38~43 ℃下保持 2 d，然后在 15~18 ℃下保存 2~5 d，可以達到>5 lgCFU/g的滅菌效果。環氧丙烷氣體的穿透性強，對殺滅沙門氏菌有很高的使用效率，在劑量允許范圍內，使用PPO處理食品以達到殺菌目的還是很有應用前景的。我國國標中規定的食品中環氧丙烷檢出限為0.1 mg/kg，定量限為0.3 mg/kg[32]。但是PPO熏蒸法使用的環氧丙烷屬神經毒性化學物質，具有導致生物體基因突變、DNA鏈斷裂和細胞轉化等損害作用[33]。食用環氧丙烷處理后的食品有增加人體罹患腫瘤的潛在風險，因此已被國際癌癥研究局列為潛在的致癌物質[34]。在歐盟很多國家，經PPO處理后的食品是被明令禁止的[31]。

2.1.2 酸噴霧殺菌 酸噴霧處理其原理是通過有機酸降低食品自身的pH，來抑制微生物的生長，從而達到抑菌的效果[35]。有機酸與其他的殺菌劑相比，優勢在于能夠參與人體正常的新陳代謝，且對人體無害[36]。喬支紅等[35]發現用乳酸對金黃色葡萄球菌、蠟樣芽孢桿菌、埃希氏大腸桿菌三種常見的食源性致病菌有不同程度的抑制效果。謝軍等[37]將蝦用乳酸和乙酸浸泡，發現具有一定的殺菌效果。Steven等[38]使用10%檸檬酸噴霧處理接種了沙門氏菌的巴旦木20 min后可以達到(2.12±0.14)lg CFU/g沙門氏菌的數量減少，當使用15%的乙酸處理3次時，可以達到5 lg CFU/g以上的滅菌效果。有機酸的各種組合可以達到不同且可觀的殺菌效果，但是有機酸噴灑處理巴旦木之后需要對巴旦木進行清洗及后續的干燥處理，程序較為復雜，并且干燥過程中對巴旦木的品質可能會有影響，目前關于有機酸處理后的品質及感官評價還沒有相關研究。

2.1.3 氣態二氧化氯殺菌 氣態二氧化氯殺菌是一種已經被證明為一種能殺滅食物中各種病原體的殺菌方式。氣態二氧化氯的殺菌機理主要是通過與膜蛋白和脂質反應并破壞蛋白質合成來增加細胞膜的滲透性[39]，通過與高的濕度和熱結合能夠有協同增強作用[40]。Wang等[40]研究了在不同溫度下使用二氧化氯氣體對巴旦木沙門氏菌的滅活作用。在55 ℃時，用3 g氣態二氧化氯處理4 h可以達到4 lg CFU/g以上的殺菌效果。當溫度上升到60 ℃，使用6 g氣態二氧化氯處理4 h，可以達到7 lg CFU/g以上的數量減少。但是氣態二氧化氯處理后的巴旦木的色澤發生了很大的變化，與空白對照組相比，L*值增加，a*值減少，巴旦木仁的外皮層發生了很嚴重的氧化[40]。并且氣態二氧化氯需要在真空的環境中處理樣品，設備要求較嚴苛。二氧化氯本身是一種強氧化劑，溶于水后會產生含氯的氯酸鹽和亞氯酸鹽，食用會對人體健康有一定影響[41?44]。使用氣態二氧化氯對巴旦木進行滅菌處理經證實是有效的方法，但是實際應用時需要考慮應用設備成本以及對食品感官品質的影響。

2.2 高靜水壓殺菌

超高壓巴氏殺菌法已在巴旦木中有所應用，高靜水壓加工作為一種非熱力破壞食品中致病和腐敗微生物的方法受到極大的關注，細菌細胞、酵母、霉菌對100000 Psi以下的壓力相對敏感。高靜水壓殺菌技術中壓力的大小，加壓時間和溫度，微生物的種類，細胞生長階段浮液和抗菌物質的存在都會影響靜水壓力誘導微生物細胞死亡[45]。Goodridge等[46]發現60000 Psi壓力下，溫度在25 ℃時處理5 min可以使沙門氏菌懸菌液減少7.46 lg CFU/g數量級以上。接種了沙門氏菌的巴旦木在70000 Psi靜水壓壓力下，溫度在55 ℃時處理10 min可以減少沙門氏菌減少0.51 lg CFU/g。但是在此壓力下，巴旦木表面變得較為油膩，可能是里面的油脂成分在高壓下被釋放出來。接種沙門氏菌的巴旦木在60000 Psi靜水壓壓力下，50 ℃加壓處理，得到的D值為9.78 min。Goodridge[46]指出可以通過增大巴旦木的水分活度，再進行靜水壓殺菌處理，會使生巴旦木表面的腸炎沙門氏菌有較大的降低。該法使用成本較高，相關處理參數仍待開發，處理后的巴旦木需要再進行干燥，這樣就會增加生產成本并且對巴旦木營養品質會有一定影響，難以進行大規模商業化應用。

2.3 電子束輻照殺菌

輻照殺菌是是以輻射加工技術為基礎，運用x射線、γ射線或電子束等電離輻射產生的高能射線對食品進行加工處理，在能量的傳遞和轉移過程中，產生高能電子束流，高能電子可以殺蟲、殺菌、抑制細胞生理過程、提高食品衛生質量、保持營養品質及風味和延長貨架期的目的[47]。食品中沙門氏菌對熱不太敏感，但是對輻照比較敏感。Prakash等[48]用電子束殺菌法處理接種腸炎沙門氏菌的巴旦木樣品，得出其D值為1.25 kGy，這表明表明4 lg CFU/g的減少需要5.0 kGy的劑量。在2.98和5.25 kGy的輻射下，巴旦木的風味發生了明顯的變化，在5.25 kGy的輻射劑量照射下降低了巴旦木中蔗糖和葡萄糖含量，影響了巴旦木品質，達不到消費者的要求。所以電子輻射輻照殺菌目前來說可能不太適宜應用于巴旦木殺菌上。

2.4 等離子體殺菌

等離子體是不同成分的復雜混合物，例如帶電粒子(電子和離子)和中性物質(原子和分子)，以及自由基、紫外光子和輻射熱。一般來說，等離子體可以根據其溫度分為熱等離子體和非熱等離子體[49]。等離子體殺菌法作用的機制主要包括 UV、pH、電場、高速電子和活性氧、活性氮等殺菌物質的作用[50]。一般情況下這些殺菌機制不是單獨存在的，而是多種效應的協同作用[51]。等離子體滅菌機制是通過將沙門氏菌細胞壁上肽聚糖的共價鍵斷裂[52]，通過讓沙門氏菌細胞滲漏死亡來達到殺菌目的[53?54]。Deng等[55]用等離子體殺菌法對用大腸桿菌替代沙門氏菌接種巴旦木進行殺菌處理，在30 kV和2000 Hz下處理30 s后，可降低巴旦木仁中5 lg CFU/g大腸桿菌，對接種在巴旦木上的大腸桿菌的殺菌效果隨著施加電壓和頻率的增加而增加。不過對于巴旦木的品質及感官評價等目前還沒有報道，總體來說，等離子體作為一種新型的殺菌技術殺菌效果明顯，在未來可以說是非常具有前景的一種殺菌方式。

3 結語與展望

目前大多數可用的技術可以滿足最低4 lg CFU/g沙門氏菌減少的要求，從而確保巴旦木的微生物安全性。然而，消費者不僅要求更安全的巴旦木，還要求產品具有良好的感官質量，如外觀、質地和風味。本文綜述可知，在熱和非熱技術中，環氧丙烷熏蒸、射頻和紅外輻射處理在滿足殺菌要求的同時保持了巴旦木的原始感官質量。雖然非熱技術，如高靜水壓和非熱等離子體很有前途，可以減少4 lg CFU/g以上的沙門氏菌，但巴旦木的最終感官質量沒有報道或者是受到了嚴重影響。巴旦木的質量取決于從果園到消費者的每一步。因此，為了向顧客提供高質量的巴氏殺菌產品，需要采用一種不僅能達到巴氏殺菌要求，而且能產生具有可接受感官特性的產品的技術。食品工業加工中還有一些熱技術：如歐姆加熱、微波加熱、過熱蒸汽；非熱技術：如高壓脈沖電場、紫外線輻射、脈沖光和超聲波等，以及多種技術聯合使用在未來的巴旦木殺菌中都有很大的應用潛力。尤其是非熱殺菌技術，大多數的食品在熱加工中都會損失一定的風味與營養物質，大多數非熱殺菌技術能夠在保證微生物安全的情況下很好保留食品本來的風味，這些殺菌技術的研究開發與應用能夠保證未來食品行業安全。