胡思卓,占文婷,徐圓融,王丹鳳,焦順山

(上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院食品科學(xué)與工程系,上海 200240)

蠟樣芽孢桿菌及其芽孢的殺菌技術(shù)和動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展

胡思卓,占文婷,徐圓融,王丹鳳,焦順山*

(上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院食品科學(xué)與工程系,上海 200240)

蠟樣芽孢桿菌是易造成食源性疾病爆發(fā)的污染菌之一。本文重點(diǎn)介紹了蠟樣芽孢桿菌的幾種新型食品殺菌技術(shù)及幾種常用的動(dòng)力學(xué)模型,其中,新型殺菌技術(shù)包括:高溫瞬時(shí)殺菌、射頻加熱、高靜壓以及高壓脈沖電場(chǎng)等;動(dòng)力學(xué)模型包括:線性和非線性模型。并對(duì)蠟樣芽孢桿菌及其芽孢在不同介質(zhì)、殺菌方法及條件的殺菌動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)分別進(jìn)行總結(jié)。因此認(rèn)為傳統(tǒng)均勻加熱的殺菌動(dòng)力學(xué)為線性模型,而高新技術(shù)的殺菌動(dòng)力學(xué)通常為非線性的,非線性模型中最常用的兩個(gè)模型為Weibull模型和Log-logistic模型。

蠟樣芽孢桿菌,動(dòng)力學(xué),模型,芽孢

蠟樣芽孢桿菌是一種無莢膜、能運(yùn)動(dòng)、產(chǎn)芽孢,兼性好氧的革蘭氏陽性桿菌[1],廣泛分布于各種食品。作為一種常見的微生物,食品極易被蠟樣芽孢桿菌污染,Andersson等人[2]指出當(dāng)食品中蠟狀芽胞桿菌數(shù)大于103CFU/g時(shí),對(duì)消費(fèi)者即產(chǎn)生潛在的危害,包括惡心、嘔吐、腹瀉等[3]。造成該癥狀的毒素主要分為兩種,嘔吐毒素(cereulide)和腹瀉毒素(非溶血腸毒素(Nhe)、溶血素BL(Hbl)、細(xì)孢毒素K(CytK)等)[4]。蠟樣芽孢桿菌的細(xì)孢壁較厚,可產(chǎn)生內(nèi)孢子,因此該菌及其芽孢對(duì)熱、輻射和毒性化合物有較強(qiáng)的抗性從而難以被殺滅。毛雪丹等[5]對(duì)國家食源性疾病監(jiān)測(cè)網(wǎng)的數(shù)據(jù)分析,統(tǒng)計(jì)得到我國每年發(fā)生數(shù)十起蠟樣芽孢桿菌食物中毒事件,約占細(xì)菌性食物中毒總數(shù)量的11.4%,造成數(shù)百人發(fā)病,其中尚不包括癥狀輕微而被誤診為腹瀉或其他疾病的食物中毒事件。

傳統(tǒng)熱加工是當(dāng)前廣泛應(yīng)用于食品殺菌的技術(shù)之一。高溫可以殺滅微生物的營(yíng)養(yǎng)體,對(duì)于極耐熱或產(chǎn)芽孢的病原微生物,則需要更高的殺菌溫度和更長(zhǎng)的處理時(shí)間。然而,殺菌溫度的高低和時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)成分及風(fēng)味物質(zhì)有較大的影響。因此,近些年除傳統(tǒng)熱加工方法外,越來越多的食品高新加工技術(shù)[6-8]被應(yīng)用到微生物殺菌,如射頻、高靜壓、高壓脈沖電場(chǎng)、電子輻射,超聲波等技術(shù);這些殺菌技術(shù)與傳統(tǒng)加熱聯(lián)合或添加抗菌、抑菌劑可提高殺菌效果,這樣既可縮短處理時(shí)間,又可減少殺菌處理對(duì)食品品質(zhì)的影響。但是,目前對(duì)蠟樣芽孢桿菌及其芽孢殺菌動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展缺少相關(guān)綜述,因此,本文著重介紹了幾種新型的針對(duì)蠟樣芽孢桿菌及其芽孢的殺菌方法,并系統(tǒng)概述了其殺菌動(dòng)力學(xué)模型研究進(jìn)展以及相關(guān)模型參數(shù),為后續(xù)研究提供思路及借鑒。

1 蠟樣芽胞桿菌的常用殺菌技術(shù)

1.1 熱殺菌技術(shù)

1.1.1 傳統(tǒng)熱殺菌技術(shù) 傳統(tǒng)熱殺菌技術(shù)就是采用熱水和(或)熱蒸氣等傳統(tǒng)加熱方法,在食品外部提供熱源,經(jīng)熱傳導(dǎo)或熱對(duì)流使熱能由外到內(nèi)傳遞到食品內(nèi)部,因而達(dá)到殺菌的目的。最常見的熱殺菌方法有巴氏殺菌法(Pasteurization)和高溫滅菌(Sterilization)[9]。

巴氏殺菌法是一種利用較低的溫度既可殺死致病菌又能保持食品中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)風(fēng)味不變的殺菌方法,廣義上用于定義需要?dú)⑺栏鞣N病原菌的熱處理方法。在乳制品的工業(yè)生產(chǎn)中,巴氏殺菌法是最主要的殺菌方法,一種是將牛奶加熱到62～65 ℃,保持30 min。另一種方法將牛奶加熱到75～90 ℃,保溫15～16 s,其殺菌時(shí)間更短,工作效率更高[10]。高溫滅菌是指殺死食品中含芽孢在內(nèi)的幾乎全部微生物的殺菌方法。在乳制品加工中,一般采用110 ℃處理30 min。但長(zhǎng)時(shí)間高溫處理,會(huì)導(dǎo)致乳制品中的某些蛋白變化及維生素含量降低[11]。

1.1.2 其他熱殺菌技術(shù) 超高溫瞬時(shí)殺菌(Ultra-high temperature sterilization,UHT),常用的方法是使牛乳在135～150 ℃的加熱條件下保持2～5 s[12]。UHT乳經(jīng)過超高溫處理無菌包裝后,基本能夠達(dá)到商業(yè)無菌的狀態(tài)。同樣,過高的溫度使牛乳中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如維生素等遭到很大破壞,又會(huì)使牛奶中的鈣形成不溶物,不易于人消化吸收[12]。

射頻(Radio frequency,RF)是一種高頻交流電磁波,其頻率范圍在3～300 MHz之間,工業(yè)上常用射頻頻率為13.56、27.12和40.68 MHz[13]。射頻具有很強(qiáng)的穿透力,通過物料內(nèi)部離子振蕩和極性分子轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦從而在物料內(nèi)部產(chǎn)生熱能,使物料溫度升高。因此,射頻加熱具有快速和整體加熱的特點(diǎn)。該技術(shù)早期在食品加工領(lǐng)域主要應(yīng)用于肉類解凍及餅干后期焙烤,后來集中于對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的殺蟲及干燥方面的研究。目前,射頻加熱在食品殺菌方面的應(yīng)用逐漸成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。

Byrne等[14]把蠟樣芽孢桿菌和梭狀芽孢桿菌細(xì)胞及孢子接種到午餐肉中,經(jīng)射頻處理后,蠟樣芽孢桿菌和其孢子數(shù)量分別減少了5.4和1.8 lg CFU/g,蠟樣芽孢桿菌在60 ℃、其芽孢在95 ℃的D值分別為1 min和2 min。Byrne等又對(duì)不同條件下射頻處理對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)影響進(jìn)行研究,研究結(jié)果表明可通過調(diào)整產(chǎn)品配方以達(dá)到理想的殺菌效果并減少對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響。Schlisselberg等[15]將表達(dá)綠色熒光蛋白的大腸桿菌、鼠傷寒沙門菌、單增李斯特菌以及蠟樣芽孢桿菌和蘇云金芽孢桿菌的芽孢接種于肉丸,對(duì)比研究射頻加熱和傳統(tǒng)對(duì)流加熱對(duì)碎肉中病原微生物的殺菌效果。分別用83 ℃ 55 min的對(duì)流加熱和83 ℃ 12 min的射頻處理對(duì)蠟樣芽孢桿菌芽孢進(jìn)行單次處理時(shí)發(fā)現(xiàn),兩種處理方法對(duì)芽孢的致死率影響不大,因此,在上述處理基礎(chǔ)之上分別又各自進(jìn)行73 ℃ 40 min的對(duì)流加熱、73 ℃ 7.5 min的射頻處理以及83 ℃ 9 min的熱風(fēng)輔助射頻處理。研究結(jié)果顯示,二階段的處理方式最大可使芽孢減少4.5 lg CFU/g。

1.2 非熱殺菌技術(shù)

1.2.1 高靜壓 高靜壓(High hydrostatic pressure,HHP)技術(shù)是一種非熱殺菌技術(shù),與傳統(tǒng)熱殺菌技術(shù)相比,不僅可以有效殺滅食品中的微生物,延長(zhǎng)保藏期,且能較好地保持食品中天然的營(yíng)養(yǎng)成分和風(fēng)味[16-17]。而對(duì)芽孢來說,由于芽孢具有極耐熱、抗壓、抗輻射和抗化學(xué)藥物等性質(zhì),普通高靜壓處理很難殺滅芽孢。因此,許多研究提出高靜壓與溫度、pH等結(jié)合以達(dá)到更好的殺菌效果。

Fujii[18]研究了高壓對(duì)接種于含氬氣的水中的蠟樣芽孢桿菌芽孢的滅活效果,發(fā)現(xiàn)無論是否有氬氣的添加,芽孢致死率隨壓強(qiáng)的增加而明顯增大,600 MPa條件下,其致死率隨溫度上升而增大。黃訓(xùn)端等[19]采用響應(yīng)曲面法研究了高靜壓處理對(duì)蠟樣芽孢桿菌的殺菌效果,并利用Design Expert軟件建立了致死率的響應(yīng)模型,方差分析及顯著性檢驗(yàn)結(jié)果表明壓力、溫度、時(shí)間以及壓力與溫度的交互作用對(duì)致死率有顯著影響。

1.2.2 高壓脈沖電場(chǎng) 高壓脈沖電場(chǎng)(Pulsed electric field,PEF)處理是對(duì)兩電極間的流態(tài)物料反復(fù)施加高電壓的短脈沖(典型為20～80 kV/cm)進(jìn)行處理的過程,具有處理時(shí)間短、升溫小、能耗低、殺菌效果明顯、能有效保存食品營(yíng)養(yǎng)成分和天然色、香、味等特征[20]。它在食品加工過程中主要作為一種非熱的食品加工方法,目前已成為食品殺菌研究中最為活躍的技術(shù)之一。

Bermúdez-Aguirre等[21]通過高壓脈沖電場(chǎng)處理牛奶中的蠟樣芽孢桿菌芽孢,分別研究了電場(chǎng)、溫度、脈沖數(shù)、脈沖寬度、脈沖頻率以及乳酸鏈球菌肽濃度對(duì)脫脂奶和全脂奶中芽孢殺菌效果的影響。結(jié)果顯示,常溫下用高壓脈沖電場(chǎng)處理芽孢,芽孢表現(xiàn)出高耐受性。40 ℃的加熱和高壓脈沖電場(chǎng)的聯(lián)合處理對(duì)芽孢的致死率具有拮抗作用,而在65 ℃較高溫度條件下與高壓脈沖電場(chǎng)聯(lián)合處理可明顯增加芽孢致死率。在不同的介質(zhì)之中,脫脂奶中芽孢的殺菌效果比全脂奶的更好。濃度為50 IU/mL的乳酸鏈球菌肽的添加與高壓脈沖電場(chǎng)條件為電場(chǎng)強(qiáng)度40 kV/cm,脈沖數(shù)144,65 ℃對(duì)脫脂奶中的芽孢具有協(xié)同殺菌效果,其芽孢數(shù)減少量為3.6 lg CFU/g。Pina-Pérez等[22]用高壓脈沖電場(chǎng)處理添加抗菌可可粉的全蛋液脫脂牛奶和脫脂牛奶以及沒有添加抗菌可可粉的全蛋液脫脂牛奶和脫脂牛奶,然后分別在5 ℃放置15 d,其兩款飲料的蠟樣芽孢桿菌最大減少量在3.0 lg CFU/g左右,最佳殺菌條件為電場(chǎng)強(qiáng)度40 kV/cm,時(shí)間360 μs,20 ℃。而添加抗菌可可粉的飲料的殺菌效果更好,其蠟樣芽孢桿菌減少量為3.3 lg CFU/g。對(duì)比儲(chǔ)藏15 d后的添加抗菌可可粉的飲料和未添加的抗菌可可粉的飲料,添加量為12%樣品中的蠟樣芽孢桿菌減少量為4.0 lg CFU/g,并得出高壓脈沖電場(chǎng)和抗菌劑的聯(lián)合處理對(duì)殺菌有協(xié)同作用。

2 常用動(dòng)力學(xué)模型

動(dòng)力學(xué)模型可以用來模擬并預(yù)測(cè)微生物數(shù)量的變化,對(duì)開發(fā)殺菌技術(shù)工藝具有重要指導(dǎo)意義。傳統(tǒng)熱殺菌方法可以用一次線性模型進(jìn)行模擬,然而,隨著一些新型殺菌技術(shù)的出現(xiàn),非線性的動(dòng)力學(xué)模型也逐漸被大量研究應(yīng)用,如Weibull模型,Log-Logistic模型等。

2.1 線性模型

在線形模型中,微生物存活率的對(duì)數(shù)與處理時(shí)間呈負(fù)線性相關(guān)。D值(Decimal reduction time)是指在一定的處理環(huán)境中和在一定的熱力致死溫度條件下某細(xì)菌數(shù)群中每殺死90%原有殘存活菌數(shù)時(shí)所需要的時(shí)間[23]。D值越大,細(xì)菌的死亡速率越慢,即該菌的耐熱性越強(qiáng)。因此D值大小和細(xì)菌耐熱強(qiáng)度成正比。

式(1)

N0是初始菌或芽孢數(shù)(CFU/mL或CFU/g),是暴露在熱或其他處理?xiàng)l件下特定時(shí)間t(min)后菌或芽孢的存活數(shù)。Z值是殺菌的致死時(shí)間曲線的斜率(min),即對(duì)溫度變化時(shí)致死時(shí)間相應(yīng)變化,為致死時(shí)間或致死率(D)按照1/10或10倍變化時(shí)相應(yīng)的加熱溫度變化[24]。Z越大,因溫度上升而取得的殺菌效果就越小。

式(2)

其中,Dref是參考溫度Tref下的D值。

2.2 非線性模型

2.2.1 Weibull模型 Weibull分布是一種用于描述各種線性和凹凸型曲線的非線性模型[25]。

式(3)

其中,N0和N分別是初始和暴露在熱或其他處理?xiàng)l件下特定時(shí)間(t,min)后微生物或芽孢的數(shù)量(CFU/mL或CFU/g);b、n分別為規(guī)模參數(shù)和形狀參數(shù);n表示的是存活曲線的形狀,當(dāng)n=1,該圖像為一條直線,n<1,曲線向上凹陷形成拖尾,n>1,曲線向下凸出。

2.2.2 Log-Logistic模型 該模型最早應(yīng)用于單增李斯特菌的熱致死過程,證明殘活菌數(shù)隨處理時(shí)間的對(duì)數(shù)下降規(guī)律遵循該動(dòng)力學(xué)模型。Log-Logistic模型是考慮到各類微生物對(duì)殺菌工藝條件的敏感性不同而建立的[26],Log-Logistic模型為:

式(4)

其中N0,N和分別是初始和暴露在熱或其他處理?xiàng)l件下特定時(shí)間(t,min)后微生物或芽孢的數(shù)量(CFU/mL或CFU/g);α、ω分別表示N0的上、下漸近線,σ為微生物最大失活率(%),τ為微生物最大失活率所對(duì)應(yīng)的時(shí)間對(duì)數(shù)值。

2.2.3 Modified Gompertz模型[22]Modified Gompertz模型最早是在Gompertz方程的基礎(chǔ)上提出來用于生長(zhǎng)曲線的建模[27],而后用于滅菌動(dòng)力學(xué)的建模[28],其方程如下:

式(5)

其中,M是達(dá)到最大絕對(duì)死亡率所用的時(shí)間(min);B((CFU/mL或CFU/g)/min)是在最大絕對(duì)死亡率下的相對(duì)死亡率;C為上下漸近線的差值。

整個(gè)安葬過程，阿里都很乖。羅四強(qiáng)保鏢一樣貼身隨他。他一躁亂，羅四強(qiáng)就放手機(jī)里的哀樂。阿里一聽到哀樂，就會(huì)靜下。羅四強(qiáng)說：“這是你姆媽睡著的聲音。”阿里便會(huì)大聲地“哦”上一聲，表示明白，于是又安靜一陣。

2.2.4 Biphasic模型

logN=logN0+log[f(e-kmax1)t]+[1-f(e-kmax2t)]

式(6)

該模型將初始菌或芽孢分為大多數(shù)敏感型和少數(shù)耐受型兩種亞群,kmax1和kmax2分別為兩類菌特定滅菌率,該方程可以寫成兩個(gè)一階微分方程的形式[29]。Shadbolt等[27]在由水分活度和pH對(duì)熱滅活影響的研究中即用到該模型。在Biphasic模型中,大多數(shù)微生物個(gè)體屬于敏感型,因此kmax1比kmax2的值大。而且,四倍D值的概念的應(yīng)用可以很好地反應(yīng)出各種物理化學(xué)因素對(duì)微生物滅活速率的影響[29]。

2.2.5 Double Weibull模型

式(7)

Double Weibull模型[30]是在微生物對(duì)菌群壓力耐受性符合Weibull模型的基礎(chǔ)上建立的,與Weibull模型相比,雙Weibull模型被簡(jiǎn)化后含有五個(gè)參數(shù),但是只有其中三個(gè)參數(shù)(δ1,δ2和α)和細(xì)胞生理狀態(tài)以及環(huán)境因素有關(guān)。因此,Double Weibull模型具有更靈活的特點(diǎn),可以用于描述雙相非線性圖形和雙相線性模型[30]。

3 殺菌動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀

3.1 蠟樣芽胞桿菌的污染現(xiàn)狀

蠟樣芽孢桿菌廣泛存在于自然環(huán)境中,從食品原料本身到加工過程中都可能存在不安全因素造成食品污染。在以往蠟樣芽孢桿菌污染的研究中發(fā)現(xiàn),乳制品的污染是最嚴(yán)重的。趙月明等[1]對(duì)我國乳制品中蠟樣芽孢桿菌污染情況進(jìn)行了總結(jié)及分析,結(jié)果顯示我國多個(gè)地區(qū)的乳制品中存在不同程度的污染,其陽性率高達(dá)81.8%。除此之外,糧食類[31]、肉制品以及嬰幼兒輔食[32]中也存在蠟樣芽孢桿菌污染的潛在危害。美國在對(duì)1998～2008年共235起蠟樣芽孢桿菌中毒事件研究后發(fā)現(xiàn)50%的食源性疾病是由米飯引起,其次是肉類和禽類食品,占23.68%[33]。從表1～表3可以看出,各種蠟樣芽孢桿菌及芽孢的殺菌技術(shù)和動(dòng)力學(xué)研究主要集中于乳制品、肉制品和米飯等,其中,乳制品的殺菌研究占50%左右,這與早期蠟樣芽胞桿菌污染情況研究一致。

表1 不同食品介質(zhì)中蠟樣芽孢桿菌的殺菌動(dòng)力學(xué)模型及參數(shù)Table 1 The pasteurization kinetic models and parameters of Bacillus cereus in different food media

Asselt等[34]從文獻(xiàn)中收集了484個(gè)蠟樣芽孢桿菌的熱殺菌樣本,通過線性回歸在95%的置信區(qū)間內(nèi)得到蠟樣芽孢桿菌和嗜熱蠟樣芽孢桿菌的D120和Z的保守估計(jì)值分別為0.04±0.52、(3.39±34.67) min和12.8、12.1 ℃。表1顯示蠟樣芽孢桿菌在50～60 ℃范圍內(nèi)的D值在1～33.2 min之間,其中D55和D50分別為6.4 min和33.2 min,可見D值在該溫度范圍內(nèi)變化較大。而芽孢由于具有較強(qiáng)的耐熱性,因此研究過程選用較高的溫度(通常為80～100 ℃)。不同文獻(xiàn)中的D值和Z值具有較大的差異性,這可能跟菌株差異性、加熱介質(zhì)不同等有關(guān),其中加熱介質(zhì)的差異包括牛奶中的脂肪含量、水分活度、pH等。如:ATCC 9818在脫脂奶和含20%脂肪的牛奶的D98值分別為9.4 min和6.1 min[35];以pH為5.5的檸檬酸緩沖液為介質(zhì)的CNRZ 110為例,水分活度為0.98、0.86的上述條件下的D95值分別為1.7 min和14.5 min[36]。

早期研究產(chǎn)芽孢菌的耐熱性都是建立在所有芽孢受熱均勻的基礎(chǔ)之上[37]。因此,微生物致死率和處理時(shí)間的關(guān)系可以用D值來表示,D值越大,該菌的耐熱性越強(qiáng)。由于D值和處理時(shí)間也存在線性關(guān)系,因而引出Z值的概念來表示微生物的熱耐受性。Z值越大,因溫度上升而取得的殺菌效果就越差,微生物的熱耐受性越強(qiáng)。但是,很多熱處理熱耐受性強(qiáng)的微生物或是在使用某些高新殺菌技術(shù)的時(shí)候,存活率和處理時(shí)間并不都是線性關(guān)系,而是存在“拖尾”或者“肩部”現(xiàn)象。尤其在非等溫條件下對(duì)微生物的熱致死過程的描述,需要尋找精確度更高的動(dòng)力學(xué)模型,期望能夠替代現(xiàn)有基于一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程的D值模型。已有研究采用Weibull分布模型擬合前人文獻(xiàn)報(bào)道中的微生物致死歷程的數(shù)據(jù),證明Weibull方程優(yōu)于一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程[38-43]。將Weibull模型引申于描述加熱過程對(duì)酶、色素和營(yíng)養(yǎng)素等成分的降解動(dòng)力學(xué)研究,與采用的一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程比較,Weibull模型具有更高的精確性[39,41]。

3.3 新型殺菌技術(shù)與動(dòng)力學(xué)模型的應(yīng)用

目前,除傳統(tǒng)熱殺菌技術(shù)外,射頻、高靜壓、高壓脈沖電場(chǎng)、電子輻射等技術(shù)在蠟樣芽孢桿菌及芽孢殺菌方面的研究也有一定的發(fā)展。這些技術(shù)一方面集中于各技術(shù)對(duì)蠟樣芽孢桿菌及芽孢的滅菌效果,以及與傳統(tǒng)熱處理加工在殺菌效果和食品感官性狀的對(duì)比研究。另一方面則是在已有的殺菌效果研究基礎(chǔ)上探討蠟樣芽孢桿菌及芽孢的殺菌動(dòng)力學(xué),分析蠟樣芽孢桿菌及芽孢的致死率與時(shí)間的線性及非線性關(guān)系。盡管超高壓殺菌技術(shù)對(duì)某些水分含量極低的食品物料,紅外線殺菌技術(shù)對(duì)不易穿透的物料的殺菌效果不甚顯著[46-47],但是,綜合考慮高新加工技術(shù)在各種食品滅菌技術(shù)的應(yīng)用情況,與傳統(tǒng)熱加工相比大多數(shù)高新加工技術(shù)對(duì)蠟樣芽孢桿菌及芽孢的殺菌效果更好,且對(duì)食品本身的營(yíng)養(yǎng)成分及感官性質(zhì)影響較小。

以Fernandez等[37]所做研究為例,該研究分別用線性模型和Weibull模型對(duì)蠟樣芽孢桿菌的存活線進(jìn)行擬合,兩株菌的相關(guān)擬合參數(shù)如表2～表3所示。擬合后通過新的一組實(shí)驗(yàn)來比較Weibull模型和線性模型預(yù)測(cè)值和實(shí)際值的差異,從而來驗(yàn)證兩個(gè)模型擬合效果。結(jié)果顯示,Weibull模型的預(yù)測(cè)值比線性模型的預(yù)測(cè)值更接近于實(shí)際值。

續(xù)表

同樣的研究在高靜壓對(duì)兩組嗜冷芽孢的殺菌動(dòng)力學(xué)研究中也發(fā)現(xiàn),在同樣的條件下,Weibull模型的擬合度比線性模型的擬合度高[24];但是Staack[48]等在研究溫度、pH、水分活度對(duì)近紅外輻射處理辣椒粉中的蠟樣芽孢桿菌的芽孢的影響時(shí),盡管非線性模型更符合芽孢的存活曲線,但是作者仍選擇一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,因?yàn)?D值、Z值的結(jié)果更有利于直觀分析處理方法對(duì)芽孢的滅菌情況。Evelyn等[24]在研究高靜壓和熱處理對(duì)芽孢的殺菌效果時(shí)發(fā)現(xiàn),單純只用高靜壓處理而不升高溫度的條件下殺滅芽孢的效果并不理想,但是在300～700 MPa的壓強(qiáng)下適當(dāng)升高溫度發(fā)現(xiàn)對(duì)耐熱型芽孢有非常好的殺菌效果。通過對(duì)線性模型、Weibull模型和Log-logistic模型分別擬合后發(fā)現(xiàn),兩株菌在高靜壓結(jié)合熱處理?xiàng)l件下,芽孢存活曲線的Weibull模型比Log-Logistic模型擬合度更高。而常壓熱處理?xiàng)l件下的芽孢存活曲線更符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。

從以上綜述可以看出,研究蠟樣芽孢桿菌及芽孢這種耐受性高的微生物殺菌動(dòng)力學(xué)模型時(shí),首先從線性模型出發(fā),通過與其他殺菌研究的模型參數(shù)D值、Z值的對(duì)比,對(duì)微生物的耐受性有一個(gè)粗略評(píng)價(jià)。線性模型擬合度較差的情況下,一方面可以選用曲線的線性部分進(jìn)行線性擬合,另一方面可以用常用的Weibull模型和Log-Logistic模型對(duì)微生物的整個(gè)殺菌過程進(jìn)行擬合分析。而對(duì)其他一些不常用的非線性模型而言,可在上述模型擬合不理想的情況予以嘗試。

表3 不同食品介質(zhì)中蠟樣芽孢桿菌芽孢的動(dòng)力學(xué)模型及參數(shù)(非線性)Table 3 The nonlinear model and parameters of Bacillus cereus spores’pasteurization kinetics in different food media

4 結(jié)論與展望

蠟樣芽孢桿菌作為一種條件致病菌,目前,研究者對(duì)它的污染來源、微生物特性、檢測(cè)方法以及殺菌方法等方面已做了大量研究,這對(duì)于減少蠟樣芽孢桿菌的危害具有重要的意義。但是目前在某些高新加工技術(shù)在不同介質(zhì)中的蠟樣芽孢桿菌及芽孢的殺菌動(dòng)力學(xué)研究還是不夠深入和詳細(xì),尤其對(duì)于不同水分活度、不同組分的食品以及具有抑菌、抗菌、抗氧化等成分的添加對(duì)殺菌動(dòng)力學(xué)的影響。相信隨著研究的深入,蠟樣芽孢桿菌及芽孢的殺菌技術(shù)將得到進(jìn)一步的提升。

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Research progress of pasteurization methods and kinetics study ofBacilluscereusand its spores

HU Si-zhuo,ZHAN Wen-ting,XU Yuan-rong,WANG Dan-feng,JIAO Shun-shan*

(Department of Food Science and Engineering,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China)

Bacilluscereusiswas one of the most common contaminating microorganisms which cause outbreak of foodborne disease. In this paper,several novel food pasteurization technologies and kinetic models were introduced. The technologies covered ultra-high temperature sterilization,radio frequency,high hydrostatic pressure and pulsed electric field. While the kinetic models included linear and nonlinear model. Additionally,the summary of pasteurization kinetics model ofBacilluscereusand its spores in different media by different methods were also reviewed.Conclusively,the linear model more fitted traditional pasteurization heating. While nonlinear model did better in novel technologies,including Weibull model and Log-logistic model that were the most common.

Bacilluscereus;kinetic study;model;spores

2016-07-05

胡思卓(1992-),女,碩士研究生,研究方向:食品加工與貯藏,E-mail:yuzhuo20081992@sjtu.edu.cn。

*通訊作者:焦順山(1983-),男,博士,副教授,研究方向:食品加工與貯藏,E-mail:sjiao@sjtu.edu.cn。

國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(31401538);教育部第48批留學(xué)回國人員科研啟動(dòng)基金;上海交通大學(xué)青年教師科研啟動(dòng)基金。

TS201.3

A

:1002-0306(2017)04-0370-09

10.13386/j.issn1002-0306.2017.04.062