真空冷凍干燥過程中微生物數(shù)量變化規(guī)律的初步研究

金敬紅，孫曉明，陳文華

(1.中華全國供銷合作總社南京野生植物綜合利用研究所，江蘇 南京 211111；2.浙江師范大學(xué)行知學(xué)院，浙江 金華 321004)

凍干技術(shù)即真空冷凍干燥技術(shù)，是將真空、冷凍相結(jié)合的新型干燥技術(shù)，在凍干技術(shù)中，含水物料被冷凍成固體，在低溫低壓條件下利用水的升華性能，使物料低溫 脫水而達(dá)到干燥目的[1, 2]。真空凍干是生產(chǎn)凍干食品的最佳的方法，通過這種方法生產(chǎn)出的食品可以保持優(yōu)良的品質(zhì)[3, 4]。由于凍干是依靠凍結(jié)制品中水的升華而達(dá)到脫水效 果，且干燥的過程中幾乎不存在液態(tài)水、過程在低溫低氧下進行，所以水分在固體狀態(tài)直接被升華，食物中大多數(shù)的生物反應(yīng)停止或延緩。因此，凍干能使食物的原有結(jié)構(gòu)、性質(zhì)等受到最小程度的破壞，從而得到優(yōu)質(zhì)產(chǎn)物[5-7]。

胡蘿卜(DaucuscarotaL. var. sativa Hoffm.)，又稱紅蘿卜或甘荀。根肉質(zhì)，長圓錐形，粗肥，為紅色或黃色。胡蘿卜富含糖類、脂肪、胡蘿卜素、維生素A、維生素B1、維生素B2、鈣、鐵等營養(yǎng)成分。胡蘿卜具有養(yǎng)顏、保健功效，對人類的眼睛有益。胡蘿卜被廣泛用于各種保健食品、果蔬汁中，市場需求逐年上升[8,9]。根據(jù)唐湘玲[10]、羅瑞明[11]等人的研究，胡蘿卜的凍干工藝除溫度外的最優(yōu)條件為：切割胡蘿卜厚度4-5 mm，預(yù)冷凍-37 ℃，冷凍時間不少于4 h，100 ℃水漂燙90 s，能使胡蘿卜的色澤鮮艷，保留原有味道，口感鮮脆，無明顯結(jié)構(gòu)變化。

香菇(Lentinusedodes(Berk.)sing),又名花菇、香信，是世界第二大食用菌，也是我國特產(chǎn)之一。香菇富含維生素B、鐵、鉀、維生素D，具有高蛋白、低脂肪的特性。香菇作為保健食品能增強免疫力，不僅可以抑制癌細(xì)胞生長，還有益于人血脂的降低。傳統(tǒng)的風(fēng)干制香菇不衛(wèi)生、不美觀，而且營養(yǎng)大量流失[12,13]，因此凍干的香菇具有良好的市場。根據(jù)張力偉[14]等人及林梅西[15]等人的研究，香菇切片厚度約為5 mm，預(yù)冷凍-35℃，冷凍時間不少于4 h，90℃水漂燙90 s，能使香菇不產(chǎn)生褐變、萎縮等現(xiàn)象，復(fù)水水能力強，保留原有味道，口感鮮美，無明顯結(jié)構(gòu)變化。

目前凍干果蔬產(chǎn)品中微生物超標(biāo)是一個最大的質(zhì)量問題，很多出口的產(chǎn)品都是因為微生物超標(biāo)導(dǎo)致拒收和索賠。凍干過程中微生物的變化規(guī)律目前還缺乏系統(tǒng)的研究，缺乏準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的支持。本研究希望通過對凍干過程中微生物變化規(guī)律的研究，對于改進凍干工藝，精確控制微生物的生長和數(shù)量，減少因為微生物超標(biāo)造成的不必要的損失。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.2.1 原料

市售的來自同一批次的新鮮、無損傷的胡蘿卜、香菇。

1.2.2 儀器與試劑

LZG 型冷凍真空干燥機：上海奉賢洪寶醫(yī)療器械廠；立式高壓蒸汽滅菌器：上海申安醫(yī)療器械廠；BL-410S電子分析天平：美國SETRA西特；恒溫培養(yǎng)箱：北京市恒諾利興科技有限公司；氯化鈉：分析純；平板技術(shù)瓊脂培養(yǎng)基(PCA)、結(jié)晶紫中性紅膽鹽瓊脂(VRBA)和煌綠乳糖膽鹽肉湯(BGLG)。

1.2 實驗方法

1.2.3 果蔬的預(yù)處理

胡蘿卜：用清水洗去表面泥土，去皮，去除其中中不可食用或出現(xiàn)損壞的部分，用100℃沸水漂燙90 s，切成4-5 mm的圓片，瀝干水，裝盤。

香菇：用清水清洗，去除菌柄，用90℃水漂燙90 s，切成5 mm的切片，瀝干水裝盤。

1.2.4 凍干過程

將放有果蔬的盤子放入凍干機，先開啟冷凍和真空功能，將果蔬預(yù)冷凍至共晶點以下5℃(約4-5 h)。在胡蘿卜、香菇的共晶點分別為-35、-33.5℃。在開啟干燥前取樣一次作為對照，每次實驗分別控制凍干的終結(jié)溫度為40、45、50、55、60℃，達(dá)到終結(jié)溫度后的干燥時間分別為2、4、6 h，凍干結(jié)束后，取樣。

1.2.5 菌落總數(shù)的測定

實驗步驟依據(jù)GB4789.2-2016食品微生物學(xué)檢驗中菌落總數(shù)計數(shù)的方法進行。

1.2.6 大腸菌群的測定

實驗步驟依據(jù)GB4789.3-2016食品微生物學(xué)檢驗中大腸菌群計數(shù)的方法進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 胡蘿卜

2.1.1 凍干曲線

采用不同凍干溫度進行胡蘿卜的真空冷凍干燥實驗，得到的不同凍干溫度下的胡蘿卜的凍干曲線如圖 1。從圖1中可以看出，凍干溫度與凍干時間呈負(fù)相關(guān)，凍干溫度越高，凍干周期越短。

圖1 胡蘿卜真空冷凍干燥溫度變化曲線Fig.1 Vacuum freeze drying temperature curve of carrots

2.1.2 菌落總數(shù)數(shù)量變化

凍干溫度、干燥時間對于凍干過程中微生物的生長具有不同的影響，采用常見的果蔬凍干溫度對凍干過程中的細(xì)菌總數(shù)的變化進行比較，可以得出細(xì)菌總數(shù)在凍干過程中的變化規(guī)律。

不同凍干終結(jié)溫度、干燥時間下的菌落總數(shù)見表1。

不同凍干終結(jié)溫度、干燥時間下的樣品菌落總數(shù)的清除率見表2，清除率的變化情況見圖2。

表1 菌落總數(shù)Table 1 Total number of colonies

表2 菌落總數(shù)的清除率Table 2 Clearancerate of total colonies

圖2 胡蘿卜菌落總數(shù)的變化Fig.2 Changes in the total colonies of carrot

2.1.3 大腸菌群數(shù)量變化

不同凍干終結(jié)溫度、干燥時間下的大腸菌群數(shù)量見表3。

表3 大腸菌群數(shù)量Table 3 Number of coliform colonies

不同凍干終結(jié)溫度、干燥時間下的樣品大腸菌群的清除率見表4，清除率的變化情況見圖3。

表4 大腸菌群的清除率Table 4 Clearancerate of coliform colonies

圖3 胡蘿卜大腸菌群數(shù)量的變化Fig.3 Changes of the coliform colonies population in carrot

由以上數(shù)據(jù)分析可知，胡蘿卜在凍干終結(jié)溫度為40、45、50、55、60 ℃所獲得的凍干曲線以及微生物數(shù)量的數(shù)據(jù)。從相同干燥時間、不同凍干終結(jié)溫度下凍干的胡蘿卜的微生物數(shù)量來看，在溫度較低的凍干過程中(45℃)的微生物在凍干過程的大部分時間還在生長，細(xì)菌總數(shù)略有升高。當(dāng)凍干終結(jié)溫度為50℃以上時，由于最終溫度的升高，微生物的生長受到抑制，部分微生物在高溫下死亡，細(xì)菌總數(shù)開始下降，其中以凍干最終溫度60℃胡蘿卜的細(xì)菌總數(shù)、大腸菌群的數(shù)目最佳。從相同凍干終結(jié)溫度、高溫干燥時間不同的凍干胡蘿卜的微生物數(shù)量來看，可以隨著高溫干燥時間的加長，微生物數(shù)量不斷減少。因此，在凍干終結(jié)溫度為60℃，高溫干燥時間為6 h時，微生物的數(shù)量最為理想。

2.2 香菇

2.2.1 凍干曲線

不同的凍干溫度對香菇的真空冷凍干燥曲線具有不同的影響，并影響到凍干的速度及成品品質(zhì)。采用不同的凍干溫度對香菇凍干曲線進行比較研究，可以得出最佳的香菇凍干溫度。

香菇的凍干曲線如圖4。

圖4 香菇真空冷凍干燥溫度變化曲線Fig.4 Vacuum freeze drying temperature curve of mushroom

2.2.2 菌落總數(shù)數(shù)量變化

不同的果蔬由于生產(chǎn)環(huán)境不同，自身攜帶微生物的數(shù)量及種類也不同。凍干溫度、干燥時間對于香菇凍干過程中微生物的生長具有不同的影響，采用常見的果蔬凍干溫度對香菇凍干過程中的細(xì)菌總數(shù)的變化進行比較，可以得出細(xì)菌總數(shù)在香菇凍干過程中的變化規(guī)律。

不同凍干終結(jié)溫度、干燥時間下的菌落總數(shù)見表5。

不同凍干終結(jié)溫度、干燥時間下的樣品菌落總數(shù)的清除率見表6，清除率的變化情況見圖5。

表5 菌落總數(shù)Table 5 Totalnumber of colonies

表6 菌落總數(shù)的清除率Table 6 Clearancerate of total colonies

圖5 香菇菌落總數(shù)的變化Fig. 5 Changes in the total colonies of mushroom

2.2.3 大腸菌群數(shù)量變化

不同凍干終結(jié)溫度、干燥時間下的大腸菌群數(shù)量見表7。

表7 大腸菌群數(shù)量Table 7 Number of coliform colonies

香菇的大腸菌群數(shù)量較少，在平板技術(shù)檢測大腸桿菌的方法中，大部分批次的凍干樣品均未檢出大腸桿菌，只能得出表7的結(jié)果，無法計算大腸桿菌數(shù)量的清除率，僅在凍干終結(jié)溫度為60℃，干燥2 h的批次中檢出大腸桿菌，大腸菌群的清除率為85%，數(shù)量為6 CFU/g。食品的大腸桿菌標(biāo)準(zhǔn)在最終溫度為45、50、55、60℃，高溫干燥時間為2、4、6 h所得出的菌群總數(shù)、大腸菌群數(shù)量均符合國家食品標(biāo)準(zhǔn)。綜合考慮菌落總數(shù)和大腸菌群數(shù)量，對于香菇來說最合適的凍干終結(jié)溫度為60℃，最合適的干燥時間為6 h。

3 結(jié)論

3.1 從胡蘿卜、香菇的凍干過程中細(xì)菌總數(shù)、大腸桿菌的變化情況看，微生物減少的數(shù)量與凍干的終結(jié)溫度和凍干時間呈正相關(guān)，溫度越高、時間越長，微生物減少的幅度越大，殺菌效果越好。但是在較低的凍干溫度下(45℃、50℃)，微生物的數(shù)量減少不明顯，甚至數(shù)量還會出現(xiàn)增長，顯然是在較低溫度的凍干過程中，適宜的溫度、適度和豐富的營養(yǎng)導(dǎo)致微生物的生長，數(shù)量增加，后續(xù)的凍干終結(jié)溫度不足以殺死增加的微生物，導(dǎo)致最終的微生物總數(shù)的增加。

3.2 從單純的微生物控制的角度出發(fā)，高的凍干溫度和較長的凍干時間有利于微生物數(shù)量的減少，但是過高的溫度和過長的凍干時間會導(dǎo)致凍干產(chǎn)品的形態(tài)開始裂化，以最終凍干溫度為55℃的產(chǎn)品形態(tài)最佳，60℃的產(chǎn)品形態(tài)稍次，尚可接受。從產(chǎn)品的最終形態(tài)和微生物的控制兩方面綜合考慮，最終凍干溫度為55℃、高溫干燥時間為6 h為最佳。