低水分粉料食品過熱蒸汽耦合電熱殺菌工藝研究

蔣 祥，蔡健榮，許 騫，余春霖，莊曉波，張維軍

（1.江蘇晨豐機電設備制造有限公司，江蘇常州 213300；2.江蘇大學，江蘇鎮江 212013）

低水分粉料食品不易腐敗，利于儲藏，在食品領域應用廣泛。但部分微生物仍可在適當條件下加速繁殖，引發食源性疾病[1]。微波、輻照、臭氧、過熱蒸汽是粉料食品常用的殺菌方法[2]。微波殺菌存在加熱不均和食品焦化的問題，輻照、臭氧殺菌會嚴重影響固態物料的品質。過熱蒸汽殺菌可提供殺菌所需濕度環境，加快物料升溫，提高滅菌效果，電加熱方式可提供熱滅菌時的主要熱量來源，因此過熱蒸汽耦合電熱殺菌是目前殺菌效果較好的殺菌手段，應用前景廣闊。為實現過熱蒸汽耦合電熱殺菌設備工業化大規模應用，需確定其殺菌工藝，因此本研究設計并搭建了過熱蒸汽耦合電熱殺菌的實驗裝置，以辣椒粉為原料研究不同殺菌工藝下物料的品質變化規律。

1 低水分粉料食品過熱蒸汽耦合電熱殺菌工藝研究

1.1 材料與試劑

本實驗所用辣椒粉購買于江蘇大學東風菜市場，密封放置于4 ℃環境備用。

試劑：胰蛋白胨、酵母浸膏、葡萄糖、瓊脂粉和氯化鈉，生產廠家均為國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

1.2.1 過熱蒸汽耦合電熱殺菌實驗裝置

如圖1 所示，過熱蒸汽耦合電熱殺菌實驗裝置包括過熱蒸汽接入口、殺菌腔、加熱模塊、控制模塊和溫濕度監測模塊。過熱蒸汽發生器產生的高溫蒸汽通過過熱蒸汽接入口輸送至殺菌腔，殺菌腔采用304 不銹鋼制成，容積約為2 L。圓形陶瓷加熱圈為加熱源，采用電加熱方式，具有加熱迅速、發熱均勻等優點。陶瓷加熱圈安裝于殺菌腔體的外壁，頂部通過螺絲插銷固定。殺菌過程中，攪拌物料不僅可以加速升溫，還能使其混合均勻，有利于改善粉料食品的加熱效果[3]。攪拌裝置置于殺菌腔內部，由刮板、旋轉支架和旋轉軸等部件組成，旋轉軸固定在旋轉支架上，刮板均勻分布在旋轉軸上。旋轉軸右端通過聯軸器與減速電機相連，減速電機通過控制模塊進行控制。

圖1 殺菌裝置

溫濕度監測模塊包括溫度監測模塊和濕度檢測腔。測溫點置于殺菌腔內，測溫儀器選擇接觸式測溫儀，其分辨率為0.1 ℃。通過濕度檢測腔對滅菌腔內的相對濕度進行檢測，濕度檢測儀選用高精度溫濕度傳感器，相對濕度測量精度達±3%。

1.2.2 操作步驟

使用過熱蒸汽耦合電熱殺菌裝置在不同殺菌溫度和不同殺菌時間下對辣椒粉進行殺菌處理，操作步驟如下。①在設定溫度（80 ℃、90 ℃和100 ℃）下預熱一定時間使設備工作穩定。②投放物料設置攪拌轉速（實驗中物料質量及攪拌轉速值固定）和殺菌時間（0 min、5 min、10 min、15 min、20 min），記錄物料溫度。③達到設定殺菌時間后，取適量物料裝入無菌袋于4 ℃的冷水中冷卻5 min，4 ℃環境下保存以進行后續實驗。④將腔體內剩余物料清理干凈并清洗腔壁。

1.2.3 殺菌工藝對辣椒粉品質的影響

（1）菌落數量。根據標準《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗菌落總數測定》（GB 4789.2—2022）檢測辣椒粉中的菌落總數，實驗在無菌超凈臺中進行。稱取25 g 辣椒粉置于盛有225 mL 生理鹽水的錐形瓶中，于混勻儀上振蕩2 min，制成1 ∶10 的樣品勻液，吸取1 mL 樣品勻液至平皿，倒入20 mL 平板計數瓊脂培養基（培養基于46 ℃的水浴鍋中保溫），吸取1 mL 生理鹽水加入無菌平皿內作空白對照，實驗重復2 次。混有樣品稀釋液的培養基冷卻后翻轉放置于恒溫培養箱中，在（36±1）℃條件下培養（48±2）h后觀察計數。通過菌落減少對數[4]計算殺菌處理前后微生物的致死率。

式中：N0為殺菌處理前的辣椒粉菌落數，CFU·g-1；N為殺菌處理后的辣椒粉菌落數，CFU·g-1。

（2）感官評價。參考康三江等[5]的方法并改進，評價采用10 分制，色澤、香氣好壞和辣味程度分別占綜合評分的35%、35%和30%。稱取3 g 待評定的辣椒粉樣品，置于玻璃器皿上，對每個玻璃器皿進行編號，記錄下編號對應的辣椒粉處理條件，每個處理條件下的辣椒粉樣品進行3 次重復實驗。感官評價在無異味的室內環境下進行。

（3）揮發性有機物檢測。以未處理，80 ℃殺菌處理5 min、20 min，90 ℃殺菌處理5 min、20 min，100 ℃殺菌處理5 min、20 min 等7 組辣椒粉樣品進行GC-MS 檢測。參考袁華偉[6]的升溫程序并改進。GC 條件：HP-5MS 色譜柱，載氣為氦氣，流速為1 mL·min-1，初始溫度40 ℃保持3 min，以5 ℃·min-1升至100 ℃，以3 ℃·min-1升溫至175 ℃，以5 ℃·min-1升溫至220 ℃保持2 min，氣化室溫度為250 ℃。MS條件：EI 電離源，電子電離能量70 eV，離子源溫度230 ℃，接口溫度250 ℃，質量掃描范圍35～500m/z。使用NIST17 質譜數據庫進行檢索，峰面積歸一化法被用于計算相似度80%以上物質的相對含量。

1.2.4 數據處理

使用Excel2016 記錄實驗數據，軟件SPSS25 對數據進行統計分析，軟件Origin2019b 進行圖形繪制。

2 結果與分析

2.1 辣椒粉殺菌前后菌落數量變化

未處理辣椒粉的菌落總數為1.87×106CFU·g-1，表明未殺菌的辣椒粉被微生物嚴重污染。如圖2 所示，隨著殺菌溫度和處理時間的增加，辣椒粉中菌落減少對數逐漸增加，菌落減少對數越大表明微生物致死率越大，殺菌效果越好。80 ℃和90 ℃殺菌條件下，隨著處理時間增加，辣椒粉中的菌落減少對數增加的趨勢放緩；處理10 min 后，菌落減少對數分別增加了0.11 和0.33；處理15 min 后，菌落減少對數增加的趨勢有所提高；處理20 min 后，80 ℃和90 ℃條件下的菌落減少對數分別增加了0.67 和0.82。

圖2 不同殺菌溫度下殺菌時間對辣椒粉殺菌菌落減少對數圖

當殺菌溫度為100 ℃時，辣椒粉中的菌落減少對數的變化趨勢不同于80 ℃和90 ℃。處理5 min 時，菌落減少對數增加了1.34，殺菌效果明顯優于80 ℃和90 ℃；處理20 min，隨后菌落減少對數增加趨勢放緩，但仍比80 ℃和90 ℃條件下增加得更快；處理時間達到20 min 后，辣椒粉的菌落減少對數增加了2.14 個對數等級。通過對比不同溫度處理對辣椒粉中菌落減少對數的影響，結果表明，溫度為100 ℃殺菌20 min 時具有最佳的殺菌效果。

2.2 不同殺菌條件下辣椒粉感官評價

不同殺菌條件下的辣椒粉感官評分結果如表1所示，隨著殺菌溫度和時間的增加，辣椒粉色澤評分降低。辣椒粉殺菌處理前后的色澤評分均有明顯差異。殺菌時間越長色澤評分越低，最高殺菌溫度下的辣椒粉色澤評分下降最快。殺菌后的辣椒粉香氣評分與未處理辣椒粉差異小，整體評分在4.92 ～6.17 分。辣椒粉香氣的感官評價結果表明，殺菌后的辣椒粉并未產生糊味和異味，因此可以認為辣椒粉的香氣沒有變差。殺菌處理后的辣椒粉辣味評分整體呈上升趨勢，100 ℃條件下辣味評分較高，可能是高溫使辣椒粉揮發性成分產生變化或生成了新的揮發性成分。隨著殺菌時間增加，辣椒粉綜合評分呈先下降后上升趨勢。殺菌強度增加使辣椒粉的色澤評分逐漸下降，但同時辣椒粉的香氣和辣味揮發性成分被激發，使辣味評分增加，從而使綜合評分增加。從總體看，處理時間短的辣椒粉綜合評分與未處理一致，溫度增加對綜合評分影響不大。

表1 不同殺菌條件下的辣椒粉感官評分

2.3 不同殺菌條件對揮發性有機物含量的影響

如圖3 所示，辣椒粉揮發性成分主要包括酯類、烷烴類和烯烴類。其中，酯類成分在辣椒粉香氣中的相對含量最高，占未處理和不同處理條件香氣成分的51.95%～72.13%，隨著殺菌溫度和時間的增加，酯類成分的相對含量明顯減少，而烷烴和烯烴類成分的相對含量明顯增加，芳香族、酮類和醛類成分的相對含量也呈增加趨勢。酯類揮發性成分的熱穩定性較差，且較其他風味物質更易揮發，故辣椒粉經過熱殺菌后酯類物質減少得更多[7]。未處理和不同殺菌處理的辣椒粉共有的26 種揮發性成分，包括11 種酯、6 種酮、4 種烷烴、3 種烯烴、1 種醇和1 種芳香族物質，共有揮發性成分的相對含量分別占未處理，80 ℃殺菌5 min、20 min，90 ℃殺菌5 min、20 min，100 ℃殺菌5 min 和20 min 辣椒粉的87.32%、90.38%、89.46%、88.20%、82.53%、82.39%和81.53%，這表明未處理辣椒粉與殺菌后辣椒粉的主要揮發性成分一致，且共有揮發性成分是辣椒粉香氣的主要組成部分。辣椒粉中具有的風味成分在熱處理后易揮發且會產生新的風味物質，酯類、烷烴和烯烴類等各種風味成分相互協調，可為辣椒粉提供特有的刺激性氣味和濃郁的香氣[7]。

圖3 不同殺菌條件下辣椒粉揮發性成分的相對含量變化

3 結論

本文研究了低水分粉料食品過熱蒸汽耦合電熱殺菌的殺菌工藝，對不同殺菌溫度及時間下辣椒粉的菌落總數、感官評價和揮發性有機物相對含量等指標進行測定，得到了不同殺菌工藝下低水分粉料食品的品質變化規律，為過熱蒸汽耦合電熱殺菌設備工業化大規模處理物料提供了殺菌工藝參數的支持。