不同物理殺菌技術(shù)對(duì)辣椒粉殺菌效果及品質(zhì)研究

魏文莉，按扎提古麗·胡瓦尼西別克，王蓓，周存山

(江蘇大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

紅辣椒因其風(fēng)味、顏色和辛辣刺激性而成為全球最受歡迎的調(diào)味品[1]。日常生活中為便于儲(chǔ)藏，通常將鮮辣椒干制加工成顆粒狀或粉末狀食用[2]。然而，在收獲、加工、運(yùn)輸、儲(chǔ)存等環(huán)節(jié)中辣椒粉易被食源性病原體在內(nèi)的各種微生物污染[3]，造成微生物指標(biāo)超標(biāo)。沙門氏菌、蠟狀芽孢桿菌和霉菌[4]常在辣椒和胡椒粉中檢測到，所以對(duì)辣椒粉中微生物的控制至關(guān)重要。

當(dāng)前國內(nèi)外主要采用熏蒸、60Co輻照、蒸汽滅菌技術(shù)對(duì)調(diào)味料進(jìn)行滅菌處理[5]。然而，熏蒸會(huì)破壞辣椒中的揮發(fā)性化合物，且存在環(huán)境污染和試劑殘留等問題[6]；高溫蒸汽會(huì)破壞辣椒粉的營養(yǎng)成分和外觀色澤，且蒸汽會(huì)增加食品原料本身的含水量，需要額外的干燥處理，增加了能耗[7]；60Co輻照存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)且消費(fèi)者接受度低[8]。因此，亟需一種安全環(huán)保、低能耗并能保證辣椒粉產(chǎn)品質(zhì)量的殺菌技術(shù)出現(xiàn)。

多種非熱物理加工技術(shù)如紫外線、臭氧、脈沖強(qiáng)光等在食品殺菌中不僅展示出良好的殺菌效果，而且能保持食品原有的品質(zhì)，顯示出良好的優(yōu)勢。本文比較了紫外、臭氧、脈沖強(qiáng)光技術(shù)對(duì)辣椒粉中自然生長的總菌、霉菌、蠟樣芽孢桿菌的殺菌效果，并研究經(jīng)殺菌處理后辣椒粉的品質(zhì)，力求尋找一種成本低、方便實(shí)用的低水分調(diào)味料滅菌工藝。

1 材料與方法

1.1 材料

辣椒粉：鎮(zhèn)江當(dāng)?shù)厥袌?；平板?jì)數(shù)培養(yǎng)基、孟加拉紅培養(yǎng)基、甘露醇卵黃多黏菌素瓊脂(MYP)培養(yǎng)基：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；無水乙醇(分析純)：中國醫(yī)藥集團(tuán)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

ODI-XDG6型紫外線消毒柜 中山市優(yōu)益電器實(shí)業(yè)有限公司；OGP-S910GC型臭氧機(jī) 廣州奧普發(fā)環(huán)保科技有限公司；ZW-SY型脈沖強(qiáng)光殺菌系統(tǒng) 寧波中物聚研光電設(shè)備有限公司；YM30Z型高壓滅菌鍋 上海三申醫(yī)療器械有限公司；JJ-CJ-2FD型超凈工作臺(tái) 北京德世科技有限公司；SPX-250B-Z型生化培養(yǎng)箱 上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；通風(fēng)櫥 南京科雄工貿(mào)有限公司；AS872B型非接觸式紅外線測溫槍 深圳希瑪儀表設(shè)備公司；SC-10型3nh高精度色差儀 廣州三恩馳科技有限公司；T6型紫外可見分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 紫外殺菌處理

實(shí)驗(yàn)前20 min開啟紫外燈進(jìn)行預(yù)熱使其穩(wěn)定。稱取10 g辣椒粉置于一次性培養(yǎng)皿中，將培養(yǎng)皿置于距離紫外燈8 cm處正下方，分別照射20，40，60，80，120 min。處理結(jié)束后將樣品置于無菌密封袋中備用。

1.3.2 臭氧殺菌處理

稱取10 g辣椒粉，置于一次性無菌密封袋(18 cm×16.5 cm)中并排出空氣，將臭氧通氣管插入密封袋內(nèi)，開啟臭氧機(jī)充臭氧，直至完全充滿密封袋，迅速拔出通氣管，將密封袋封口，經(jīng)計(jì)算臭氧濃度為10 mg/L。將密封袋放置于通風(fēng)櫥內(nèi)分別靜置20，40，60，80，120 min。處理結(jié)束后將無菌密封袋開口充分釋放臭氧，靜置10 min后再將樣品拿出備用。

1.3.3 脈沖強(qiáng)光殺菌處理

稱取10 g辣椒粉置于一次性培養(yǎng)皿中，將不帶蓋的培養(yǎng)皿置于距脈沖強(qiáng)光燈管正下方8 cm處，設(shè)定脈沖強(qiáng)度為0.66 J/(cm2·pulse)，脈沖頻率為1 Hz，分別照射2，4，8，12 s。處理結(jié)束后將樣品置于無菌密封袋中備用。

1.3.4 菌落總數(shù)測定

菌落總數(shù)的測定參照 GB 4789.2-2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測定》的方法[9]。

1.3.5 溫度測定

每組實(shí)驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)用非接觸式紅外線測溫槍進(jìn)行溫度測定。測定時(shí)將紅外線斑點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)所測樣品，快速讀取顯示的數(shù)字并記錄，每個(gè)樣品重復(fù)測定3次取平均值。

1.3.6 顏色測定

使用高精度色差儀對(duì)處理后樣品進(jìn)行顏色測定，記錄屏幕顯示的L*、a*、b*值，并利用這些數(shù)據(jù)，在Excel中制作出表格，比較殺菌前后辣椒粉顏色的變化，色差ΔE*的計(jì)算公式如下：

(1)

檢測顏色標(biāo)度的方法很多，國際上常用亨特(Hunter)標(biāo)度來進(jìn)行顏色檢測，用L*=0代表黑色，L*=100代表白色，得出的數(shù)值越大，顏色越鮮亮；其中，a*值為紅色對(duì)比于青綠色的程度大小，80～100是從綠色到紅色的a*值，該值越大表示綠色的損失越大，黃色與藍(lán)色相比的程度則用b*來表示，顏色從藍(lán)到黃，說明b*值會(huì)在-80～70變化，顏色越黃，該值會(huì)越大。實(shí)驗(yàn)測定的顏色參數(shù)分別為L*(亮度值)、a*(紅綠值)和b*(黃藍(lán)值)表征辣椒粉在不同方法處理中顏色變化。

1.3.7 辣椒紅素測定

準(zhǔn)確稱取0.25 g待測樣品(精確至0.0001 g)置于100 mL的具塞三角瓶內(nèi)，用丙酮分次定量提取，用濾紙過濾至100 mL容量瓶中，用丙酮定容。從中吸取1 mL萃取液，移入10 mL容量瓶內(nèi)，丙酮定容后避光保存。標(biāo)準(zhǔn)比色液的配制：用1.8 mol/mL硫酸溶液配制每升中含有0.3005 g重鉻酸鉀和34.96 g硫酸銨鈷晶體的比色液。檢測時(shí)，采用丙酮做參比，用分光光度計(jì)測定濾液在460 nm波長處的吸光度(1 cm比色皿)，同時(shí)測定標(biāo)準(zhǔn)比色液在460 nm處的吸光度[10]。計(jì)算公式為：辣椒紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)(ASTA值，mg/kg)。

(2)

式中： W表示辣椒素質(zhì)量分?jǐn)?shù)；A表示樣品吸光度；164表示ASTA轉(zhuǎn)換系數(shù)；Lt表示儀器校準(zhǔn)系數(shù)，Lt=0.600/A′(A′表示標(biāo)準(zhǔn)比色液吸光度)；M表示樣品質(zhì)量，g。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和SPSS 19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，所有試驗(yàn)均重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同物理殺菌方法對(duì)辣椒粉的殺菌效果

2.1.1 紫外對(duì)辣椒粉總菌落數(shù)、霉菌及酵母菌和蠟樣芽孢桿菌的殺菌效果

未處理的辣椒粉總菌落數(shù)為7.4×106CFU/g，霉菌及酵母菌總數(shù)為4.3×105CFU/g，蠟樣芽孢桿菌數(shù)為8.5×104CFU/g。紫外對(duì)辣椒粉的總菌落數(shù)、霉菌及酵母菌和蠟樣芽孢桿菌的殺菌效果見表1。

表1 紫外對(duì)辣椒粉中總菌落數(shù)、霉菌及酵母菌和蠟樣芽孢桿菌的殺菌效果Table 1 Sterilization effect of ultraviolet on total colony number, molds and yeasts, and Bacillus cereus of paprika

紫外處理120 min對(duì)總菌落數(shù)和蠟樣芽孢桿菌殺菌效果最好，辣椒粉帶菌量分別為2.69×106，8.7×103CFU/g，紫外處理60 min對(duì)霉菌及酵母菌的殺菌效果較好，帶菌量為4.11×104CFU/g，由表1可知，隨著輻射時(shí)間的延長，殺菌效果呈現(xiàn)先上升后穩(wěn)定的趨勢，延長處理時(shí)間不能提高殺菌效果。紫外是一種表面殺菌技術(shù)，因而適合光滑表面的食品材料，粉狀香辛料成片狀互相重疊，會(huì)阻擋紫外線穿透，只能對(duì)表面一層物料進(jìn)行輻射殺菌，而且總菌落較復(fù)雜，芽孢桿菌對(duì)紫外抵抗能力較強(qiáng),因而殺菌效果有限[11]。

2.1.2 臭氧對(duì)辣椒粉表面總菌落數(shù)、霉菌及酵母菌和蠟樣芽孢桿菌的殺菌效果

臭氧對(duì)辣椒粉表面總菌落數(shù)、霉菌及酵母菌和蠟樣芽孢桿菌的殺菌效果見表2。

表2 臭氧對(duì)辣椒粉中總菌落數(shù)、霉菌及酵母菌和蠟樣芽孢桿菌的殺菌效果Table 2 Sterilization effect of ozone on total colony number, molds and yeasts, and Bacillus cereus of paprika

臭氧處理120 min可使總菌落數(shù)和霉菌及酵母菌菌落數(shù)帶菌量分別降低至9.1×105，4.8×103CFU/g。處理80 min可使蠟樣芽孢桿菌帶菌量降低到1.90×104CFU/g。由表2可知，隨著接觸臭氧時(shí)間的延長，殺菌效果增加，由于臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，在相對(duì)封閉的環(huán)境中具有良好的分散性、濃度均勻性和包容性，可實(shí)現(xiàn)全面、快速、高效的殺菌目的[12]。隨著接觸時(shí)間的延長，更多的辣椒粉能夠被臭氧環(huán)境包圍，殺菌效果與微生物和臭氧接觸的時(shí)間成正比。芽孢桿菌處理時(shí)間達(dá)到80 min后其帶菌量不再變化，這主要是由于芽孢桿菌較球菌和其他菌對(duì)臭氧滅菌抵抗作用強(qiáng)。

2.1.3 脈沖強(qiáng)光對(duì)辣椒粉表面總菌落數(shù)、霉菌及酵母菌和蠟樣芽孢桿菌的殺菌效果

脈沖強(qiáng)光對(duì)辣椒粉表面總菌落數(shù)、霉菌及酵母菌和蠟樣芽孢桿菌的殺菌效果見表3。

表3 脈沖強(qiáng)光對(duì)辣椒粉中總菌落數(shù)、霉菌及酵母菌和蠟樣芽孢桿菌的殺菌效果Table 3 Sterilization effect of intensive pulse light on total colony number, molds and yeasts, and Bacillus cereus of paprika

在輻射強(qiáng)度為7.92 J/cm2時(shí)，總菌落數(shù)、霉菌及酵母菌和蠟樣芽孢桿菌帶菌量分別為1.78×106，4.82×104，3.8×103CFU/g?？梢钥闯?，脈沖強(qiáng)光對(duì)辣椒粉的菌落總數(shù)、霉菌及酵母菌沒有顯著的殺菌效果，可能是由于脈沖強(qiáng)光處理只能殺死辣椒粉表面的一些菌落，對(duì)復(fù)雜的、對(duì)脈沖不敏感的菌落和辣椒粉之間相互堆積遮蔽，使殺菌效果不顯著[13]。脈沖強(qiáng)光殺菌對(duì)蠟樣芽孢桿菌的殺菌效果較好，隨著處理時(shí)間的延長，脈沖強(qiáng)光對(duì)蠟樣芽孢桿菌的殺菌效果逐漸提高。Hierro等研究了脈沖強(qiáng)光對(duì)火腿和臘腸片以及對(duì)它們貨架期的影響，當(dāng)能量為8.4 J/cm2時(shí)，枯草芽孢桿菌的數(shù)量分別減少了1.78 log CFU/cm2和1.11 log CFU/cm2，與本文研究結(jié)果接近[14]。

2.2 不同物理殺菌方法對(duì)辣椒粉溫度的影響

2.2.1 辣椒在紫外燈下殺菌處理不同時(shí)間的溫度變化

辣椒粉在紫外燈下處理不同時(shí)間的溫度變化見圖1。隨著處理時(shí)間的延長，殺菌溫度有一定的變化。經(jīng)過20～120 min輻射處理后，辣椒粉的表面溫度從25.76 ℃升高到35.5 ℃。長時(shí)間的紫外照射會(huì)使辣椒粉表面溫度升高，這是由于紫外殺菌主要是UVC波段(200～275 nm)，其波長較短，能量較高，因此當(dāng)攜帶能量的光子照射到辣椒粉表面時(shí)這部分能量使得辣椒粉溫度升高。但由于溫度升高的程度較低，因此不足以殺死微生物或影響辣椒粉的品質(zhì)。

2.2.2 辣椒粉在臭氧下殺菌處理不同時(shí)間的溫度變化

經(jīng)測定，臭氧對(duì)辣椒粉表面溫度沒有影響。這是由于臭氧殺菌屬于非熱殺菌，在殺菌過程中食品的溫度并不升高或降低。

2.2.3 辣椒粉在脈沖強(qiáng)光下殺菌處理不同時(shí)間的溫度變化

由圖1可知，脈沖強(qiáng)光殺菌處理的時(shí)間長短對(duì)溫度起到了至關(guān)重要的作用。脈沖強(qiáng)光處理12 s后，辣椒粉溫度從25.6 ℃升高到45.7 ℃。脈沖強(qiáng)光雖然是非熱殺菌，但是在極短的時(shí)間內(nèi)，以輻射形式釋放出高能量，會(huì)產(chǎn)生一定的熱效應(yīng)。升高的溫度可能會(huì)影響辣椒粉中揮發(fā)油成分的損失，所以操作過程中需要控制殺菌時(shí)間[15]。

2.3 不同殺菌方法對(duì)辣椒粉顏色的影響

由表4可知，紫外殺菌、臭氧殺菌、脈沖強(qiáng)光殺菌處理對(duì)辣椒粉的顏色有一定的影響。L*表示亮度，紫外殺菌在40 min時(shí)亮度值最高，為55.32。a*表示紅度，在120 min時(shí)，a*=21.12。b*表示黃度，在120 min時(shí)黃度值最大，為22.23。隨著殺菌時(shí)間的延長，辣椒粉顏色亮度逐漸降低，而紅度值和黃度值增大，色差(ΔE*)無顯著性差異。隨臭氧處理時(shí)間的延長辣椒粉的亮度(L*)和紅色(a*)逐漸增加，黃色(b*)無顯著性差異，總色差(ΔE*)逐漸降低。脈沖強(qiáng)光處理不同時(shí)間辣椒粉的亮度(L*)無顯著性差異，紅色(a*)、黃色(b*)都不斷地降低，總色差(ΔE*)增加。但視覺上沒有產(chǎn)生可見性的差異，因此，得出結(jié)論：紫外、臭氧、脈沖強(qiáng)光殺菌使辣椒粉的顏色發(fā)生一定程度的改變，但是總體上來說，沒有顯著性差異。

表4 3種殺菌方式處理不同時(shí)間對(duì)辣椒粉顏色的影響

續(xù) 表

2.4 不同物理殺菌方法對(duì)辣椒粉中辣椒紅素的影響

紫外、臭氧和脈沖強(qiáng)光處理不同時(shí)間對(duì)辣椒粉辣椒紅素的影響見表5。

表5 3種殺菌方式處理不同時(shí)間對(duì)辣椒粉辣椒紅素的影響Table 5 Effects of three sterilization treatments on capsaicin of paprika at different time

由表5可知，3種殺菌處理方法對(duì)辣椒紅素的ASTA值無顯著影響，紫外處理60 min、臭氧處理80 min、脈沖強(qiáng)光處理2 s有最大ASTA值，且都高于未處理辣椒粉的ASTA值。目前研究顯示：總體上看辣椒紅素的穩(wěn)定性較強(qiáng)，除了耐光性稍差外，在自然光照下可能發(fā)生較快的分解，辣椒紅素在較高的溫度、微波處理下都能保持穩(wěn)定，但殺菌處理后導(dǎo)致干辣椒中辣椒紅素的含量下降，可能是由于長時(shí)間輻射的直接作用及其后效應(yīng)破壞了干辣椒中辣椒紅素的化學(xué)結(jié)構(gòu)，辣椒紅素含量降低[16]。其引起辣椒紅素含量增加的機(jī)理還有待于進(jìn)一步研究。

3 結(jié)論

本文研究了紫外、臭氧和脈沖強(qiáng)光3種不同物理殺菌方式對(duì)辣椒粉的殺菌效果及對(duì)辣椒粉品質(zhì)的影響。確定了紫外和臭氧對(duì)霉菌及酵母菌有較好的殺菌效果，120 min處理分別能夠降低1.02，1.95 log CFU/g。脈沖強(qiáng)光殺菌對(duì)蠟樣芽孢桿菌的殺菌效果較好，在單脈沖輸出能量為0.66 J/(cm2·pulse)，脈沖強(qiáng)光處理12 s時(shí)可使蠟樣芽孢桿菌數(shù)降低1.35 log CFU/g。紫外、臭氧、脈沖強(qiáng)光殺菌對(duì)辣椒粉的顏色發(fā)生一定程度的改變，但總體來說，沒有顯著性差異。綜上所述，3種方法對(duì)辣椒粉殺菌各有優(yōu)勢，并且不影響辣椒粉的總體品質(zhì)，具有應(yīng)用前景。實(shí)際生產(chǎn)中可借助聯(lián)合殺菌方法進(jìn)一步研究并加以推廣。