沈建華 上海清美綠色食品(集團(tuán))有限公司， 上海 201300

超高壓技術(shù)(Ultra-high Pressure，UHP)，是指利用100 MPa以上的壓力，使被處理食品中的酶類、蛋白質(zhì)以及淀粉等大分子物質(zhì)在常溫或較低溫度下發(fā)生失活、變性或糊化，同時對細(xì)菌等微生物產(chǎn)生致死效應(yīng)的一種非熱食品處理方法[1-2]。與傳統(tǒng)的殺菌技術(shù)相比，超高壓殺菌技術(shù)對影響食品感官、風(fēng)味、營養(yǎng)的物質(zhì)破壞力較小，具有避免食品營養(yǎng)流失保持營養(yǎng)品質(zhì)、保持食品原有感官風(fēng)味、改善食品質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，目前已成功用于果蔬汁、乳制品、水產(chǎn)品的殺菌過程[3-6]。

高蛋白豆?jié){是清美集團(tuán)基于當(dāng)今社會成年人和正在發(fā)育的青少年身體生長以及對牛奶易敏人群等特殊需求，而開發(fā)出的一款蛋白質(zhì)含量高達(dá)5 g/100 mL、脂肪2.6 g/100 mL、碳水化合物3.4 g/100 mL的新型營養(yǎng)豆?jié){。目前，在工業(yè)化生產(chǎn)過程中殺菌工序是保證食品安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。但是傳統(tǒng)的熱殺菌技術(shù)容易導(dǎo)致營養(yǎng)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞，而且由于高蛋白豆?jié){的蛋白質(zhì)含量比較高，在加工過程中容易發(fā)生糊管狀況。為了解決上述問題，滿足消費(fèi)者對高蛋白豆?jié){營養(yǎng)、安全的需求，本研究采用超高壓殺菌技術(shù)對清美高蛋白豆?jié){進(jìn)行處理，探索超高壓殺菌處理工藝在高蛋白豆?jié){生產(chǎn)中的運(yùn)用，以此促進(jìn)超高壓殺菌技術(shù)在高蛋白豆?jié){工業(yè)化生產(chǎn)方面的創(chuàng)新與應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 材料

大豆(東升1號)、食用鹽、純凈水：上海清美綠色食品(集團(tuán))有限公司提供；平板計數(shù)瓊脂(PCA)：上海博微生物科技有限公司。

1.2 儀器設(shè)備

小型大豆脫皮機(jī)，阜市魯華機(jī)械有限公司；磨漿機(jī)，上海龍育機(jī)械設(shè)備有限公司；高壓均質(zhì)機(jī)，上海張堰輕工設(shè)備有限公司；多功能煮漿機(jī)，曲阜友盛機(jī)械設(shè)備有限公司；超高壓殺菌設(shè)備(實(shí)驗(yàn)機(jī)型)，山西力德福科技有限公司；恒溫培養(yǎng)箱，上海全脈科學(xué)儀器有限公司；鼓風(fēng)干燥箱，上海全脈科學(xué)儀器有限公司；電子天平(萬分之一)，上海穎領(lǐng)電子衡器有限公司；超凈工作臺，蘇州金大凈化工程設(shè)備有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1高蛋白豆?jié){生產(chǎn)工藝

1.3.2單因素試驗(yàn)

(1) 壓力對高蛋白豆?jié){殺菌效果的影響

將調(diào)配均質(zhì)后的瓶裝高蛋白豆?jié){置于超高壓UHP設(shè)備工作腔中，添加熱水至溫度為60 ℃，壓力分別設(shè)定為100 MPa、200 MPa、300 MPa、400 MPa和500 MPa，保壓10 min，取出后快速冷卻至室溫，測定處理前后的菌落總數(shù)和大腸菌群數(shù)，計算殺菌率，結(jié)果重復(fù)三次取平均值。

(2) 保壓時間對高蛋白豆?jié){殺菌效果的影響

將調(diào)配均質(zhì)后的瓶裝高蛋白豆?jié){至于超高壓UHP設(shè)備工作腔中，添加熱水至溫度為60 ℃，在400 MPa壓力下，分別保壓5 min、10 min、15 min、20 min和25 min，取出后快速冷卻至室溫，測定處理前后的菌落總數(shù)和大腸菌群數(shù)，計算殺菌率，結(jié)果重復(fù)三次取平均值。

(3) 溫度對高蛋白豆?jié){殺菌效果的影響

將調(diào)配均質(zhì)后的瓶裝高蛋白豆?jié){至于超高壓UHP設(shè)備工作腔中，添加熱水分別至溫度為40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃和80 ℃，在400 MPa壓力下，保壓10 min，取出后快速冷卻至室溫，測定處理前后的菌落總數(shù)和大腸菌群數(shù)，計算殺菌率，結(jié)果重復(fù)三次取平均值。

1.3.3正交優(yōu)化試驗(yàn)

基于單因素試驗(yàn)結(jié)果，以壓力、保壓時間和溫度為自變量，以菌落總數(shù)殺菌率作為評價指標(biāo)，設(shè)計L9(33)三因素三水平正交優(yōu)化試驗(yàn)，對高蛋白豆?jié){超高壓殺菌工藝進(jìn)行優(yōu)化。具體試驗(yàn)參數(shù)如表1所示：

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

1.3.4檢測方法

菌落總數(shù)測定根據(jù)GB4789.2—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測定》，大腸桿菌測定根據(jù)GB4789.3—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 大腸菌群計數(shù)》 。

殺菌率計算公式：殺菌率(%)=(對照組菌落數(shù)—試驗(yàn)組菌落數(shù))/對照組菌落數(shù)×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1壓力對高蛋白豆?jié){殺菌效果的影響

由圖1可以看出，壓力在100 MPa ～400 MPa之間，隨著壓力的增加，菌落總數(shù)和大腸菌群殺菌率均顯著提高，當(dāng)壓力為100 MPa時，菌落總數(shù)的殺菌率只有21.15%，大腸菌群的殺菌率只有20%，當(dāng)壓力達(dá)到400 MPa時，菌落總數(shù)殺菌率達(dá)到96.67%，大腸菌群的殺菌率達(dá)到100%，菌落總數(shù)從初始的1.56×103CFU/mL降低到0.52×102CFU/mL，大腸菌群未檢測出，達(dá)到國標(biāo)GB/T 30885—2014《植物蛋白飲料-豆奶和豆奶飲料》對菌落總數(shù)和大腸菌群的限量標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)壓力繼續(xù)增加到500 MPa時，菌落總數(shù)可以降低到0.15×102CFU/mL， 殺菌率可以達(dá)到99.04%，由于超高壓殺菌的機(jī)理就是通過超高壓使細(xì)胞形態(tài)發(fā)生改變，進(jìn)而破壞細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致微生物死亡，因此，一定范圍內(nèi)壓力越高，對于微生物的致死率越高。但當(dāng)壓力≥400 MPa時，對于菌落總數(shù)的殺菌效果差異并不顯著，這主要是由于在此時的壓力下，大部分對壓力敏感的微生物已經(jīng)被殺滅，而對壓力不敏感的芽孢桿菌及部分革蘭氏陽性菌，由于對壓力的耐受性比較強(qiáng)，在保證產(chǎn)品品質(zhì)不受影響的壓力范圍內(nèi)所能施加的壓力還不足以達(dá)到其耐壓上限，因此繼續(xù)加壓對其殺菌效果無顯著影響，這與姜雪等人[8]的發(fā)現(xiàn)一致。而且當(dāng)壓力達(dá)到500 MPa時，高蛋白豆?jié){已經(jīng)開始一定程度上發(fā)生凝固，可能由于壓力過高，造成蛋白質(zhì)發(fā)生變性凝固，因此對于高蛋白豆?jié){的超高壓殺菌，最佳壓力選定為400 MPa。

圖1 壓力對高蛋白豆?jié){菌落總數(shù)和 大腸菌群殺菌效果的影響

2.1.2保壓時間對高蛋白豆?jié){殺菌效果的影響

由圖2可以看出，保壓時間達(dá)到10 min時，菌落總數(shù)殺菌率即可達(dá)到96.76%，菌落總數(shù)由1.39×103CFU/mL降至0.45×102CFU/mL，大腸菌群殺菌率可達(dá)到100%，完全被殺滅。保壓時間在10 min ～25 min之間，菌落總數(shù)殺菌率雖然有所提升，但殺菌效果差別不大，無顯著差異，這主要是由于保壓時間可以延長和強(qiáng)化超高壓對微生物的脅迫作用，一定范圍內(nèi)保壓時間越長，殺菌效果越顯著，但是當(dāng)保壓時間≥10 min時，殺菌效果趨勢放緩，差異不大，這可能是因?yàn)樵谝欢ū簳r間內(nèi)，對壓力敏感的細(xì)菌已經(jīng)基本被殺滅，對耐壓菌來說，持續(xù)延長同一保壓時間，脅迫作用效果不明顯，意義不大。喬長晟等[9]也發(fā)現(xiàn)了這個現(xiàn)象，這可能是由于長時間的保壓促使部分微生物產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)而適應(yīng)壓力作用。因此，綜合考慮保壓時間對菌落總數(shù)和大腸菌群殺菌效果的影響以及縮短生產(chǎn)周期方面，保壓時間選擇10 min。

圖2 保壓時間對高蛋白豆?jié){菌落總數(shù)和

2.1.3溫度對高蛋白豆?jié){殺菌效果的影響

溫度是影響超高壓處理致死微生物效果的因素之一, 其對微生物生長代謝和存活與否有著重要的影響[10]。由圖3可以看出，溫度從40 ℃升至60 ℃時，高蛋白豆?jié){的菌落總數(shù)和大腸菌群數(shù)顯著降低，當(dāng)溫度達(dá)到60 ℃時，菌落總數(shù)從最初的1.5×103CFU/mL降至0.47×102CFU/mL，殺菌率達(dá)到96.87%，大腸菌群殺菌率達(dá)到100%，完全滿足植物蛋白飲料的滅菌要求。這主要是由于微生物受到熱與超高壓的協(xié)同作用后，細(xì)胞內(nèi)外壓強(qiáng)差增大，使細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，遭到破壞，細(xì)胞內(nèi)容物外泄，進(jìn)而導(dǎo)致菌體死亡[11]。此外，適當(dāng)?shù)奶岣邷囟扔欣诖龠M(jìn)芽孢萌發(fā)，從而破壞其芽孢結(jié)構(gòu)，降低其耐壓特性，提高芽孢菌的死亡率[12]。當(dāng)溫度大于60 ℃時，高蛋白豆?jié){的菌落總數(shù)下降趨勢平緩，隨著溫度的升高殺菌率變化差異不顯著，因此確定60 ℃為高蛋白豆?jié){超高壓殺菌工藝的最適協(xié)同溫度。

圖3 溫度對高蛋白豆?jié){菌落總數(shù)和

2.2 正交優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

以高蛋白豆?jié){為研究對象，基于壓力、保壓時間、溫度單因素試驗(yàn)確定的最佳參數(shù)，結(jié)合超高壓設(shè)備供應(yīng)商經(jīng)驗(yàn)推薦確定自變量水平，因試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)所選自變量各水平組合下的大腸菌群數(shù)均未檢出，因此正交試驗(yàn)中對其不做分析，根據(jù)對菌落總數(shù)的殺菌率確定最佳正交水平，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

根據(jù)表2正交優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果分析可知，高蛋白豆?jié){超高壓殺菌最佳工藝參數(shù)組合為A3B3C2，即最佳壓力為420 MPa，最佳保壓時間為12 min，最佳溫度為60 ℃，在此工藝條件下，菌落總數(shù)致死率可達(dá)到98.18%，高蛋白豆?jié){的菌落總數(shù)從最初的1.48×103CFU/mL降至0.27×102CFU/mL。根據(jù)極差分析，超高壓殺菌過程中各因素對殺菌效果的影響依次為壓力>溫度>保壓時間，即壓力對于殺菌效果的影響最大，溫度次之，保壓時間影響最小。

表2 正交優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

本文對高蛋白豆?jié){超高壓殺菌工藝進(jìn)行了初步研究，確定了最佳UHP工藝條件為壓力420 MPa，保壓時間12 min，溫度60 ℃，在此參數(shù)條件下可以達(dá)到最佳殺菌效果，達(dá)到GB/T 30885—2014 《植物蛋白飲料-豆奶和豆奶飲料》對菌落總數(shù)和大腸菌群的限量標(biāo)準(zhǔn)，即菌落總數(shù)<100 CFU/mL，大腸菌群<3 MPN/mL，并能夠解決傳統(tǒng)殺菌技術(shù)由于溫度高容易導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，引發(fā)高蛋白豆?jié){糊化黏壁的問題。