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

摘 要：低水分粉料食品在加工及存儲過程中易受細菌污染，從而造成食品安全問題。為了提高低水分粉料食品的殺菌效果，本文以辣椒粉為原料研究了低水分粉料食品過熱蒸汽耦合電熱殺菌溫度、時間等殺菌工藝對殺菌效果的影響，分析了不同殺菌工藝下低水分粉料食品的品質(zhì)變化，為過熱蒸汽耦合電熱殺菌設備工業(yè)化大規(guī)模應用提供了殺菌工藝的支持。

關鍵詞：殺菌工藝；辣椒粉；食品安全

Abstract： Low moisture powder foods are prone to bacterial contamination during processing and storage， resulting in food safety issues. In order to improve the germicidal efficacy of low moisture powder foods， this paper studied the effects of sterilization processes such as superheated steam coupled electrothermal sterilization temperature and time on the germicidal efficacy of low moisture powder foods using chili powder as raw materials， analyzed the quality changes of low moisture powder foods under different sterilization processes， and provided sterilization process support for the industrialization and large-scale application of superheated steam coupled electrothermal sterilization equipment.

Keywords： sterilization process; cayenne pepper; food safety

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(fā)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(tài)物料的品質(zhì)。過熱蒸汽殺菌可提供殺菌所需濕度環(huán)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(xiàn)過熱蒸汽耦合電熱殺菌設備工業(yè)化大規(guī)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(zhì)變化規(guī)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(huán)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(chǎn)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(jiān)測模塊。過熱蒸汽發(fā)生器產(chǎn)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(fā)熱均勻等優(yōu)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(nèi)部，由刮板、旋轉(zhuǎn)支架和旋轉(zhuǎn)軸等部件組成，旋轉(zhuǎn)軸固定在旋轉(zhuǎn)支架上，刮板均勻分布在旋轉(zhuǎn)軸上。旋轉(zhuǎn)軸右端通過聯(lián)軸器與減速電機相連，減速電機通過控制模塊進行控制。

溫濕度監(jiān)測模塊包括溫度監(jiān)測模塊和濕度檢測腔。測溫點置于殺菌腔內(nèi)，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(nèi)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(wěn)定。②投放物料設置攪拌轉(zhuǎn)速（實驗中物料質(zhì)量及攪拌轉(zhuǎn)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(huán)境下保存以進行后續(xù)實驗。④將腔體內(nèi)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(zhì)的影響

（1）菌落數(shù)量。根據(jù)標準《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗菌落總數(shù)測定》（GB 4789.2—2022）檢測辣椒粉中的菌落總數(shù)，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(shù)瓊脂培養(yǎng)基（培養(yǎng)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(nèi)作空白對照，實驗重復2次?；煊袠悠废♂屢旱呐囵B(yǎng)基冷卻后翻轉(zhuǎn)放置于恒溫培養(yǎng)箱中，在（36±1）℃條件下培養(yǎng)（48±2）h后觀察計數(shù)。通過菌落減少對數(shù)[4]計算殺菌處理前后微生物的致死率。

菌落減少對數(shù)=lg（N0/N）（1）

式中：N0為殺菌處理前的辣椒粉菌落數(shù)，CFU·g-1；N為殺菌處理后的辣椒粉菌落數(shù)，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(nèi)環(huán)境下進行。

（3）揮發(fā)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(zhì)量掃描范圍35～500 m/z。使用NIST17質(zhì)譜數(shù)據(jù)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(zhì)的相對含量。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

使用Excel2016記錄實驗數(shù)據(jù)，軟件SPSS25對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)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(shù)量變化

未處理辣椒粉的菌落總數(shù)為1.87×106 CFU·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(shù)逐漸增加，菌落減少對數(shù)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(shù)增加的趨勢放緩；處理10 min后，菌落減少對數(shù)分別增加了0.11和0.33；處理15 min后，菌落減少對數(shù)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(shù)分別增加了0.67和0.82。

當殺菌溫度為100 ℃時，辣椒粉中的菌落減少對數(shù)的變化趨勢不同于80 ℃和90 ℃。處理5 min時，菌落減少對數(shù)增加了1.34，殺菌效果明顯優(yōu)于80 ℃和90 ℃；處理20 min，隨后菌落減少對數(shù)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(shù)增加了2.14個對數(shù)等級。通過對比不同溫度處理對辣椒粉中菌落減少對數(shù)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(chǎn)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(fā)性成分產(chǎn)生變化或生成了新的揮發(fā)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(fā)性成分被激發(fā)，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。

2.3 不同殺菌條件對揮發(fā)性有機物含量的影響

如圖3所示，辣椒粉揮發(fā)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(fā)性成分的熱穩(wěn)定性較差，且較其他風味物質(zhì)更易揮發(fā)，故辣椒粉經(jīng)過熱殺菌后酯類物質(zhì)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(fā)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(zhì)，共有揮發(fā)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(fā)性成分一致，且共有揮發(fā)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(fā)且會產(chǎn)生新的風味物質(zhì)，酯類、烷烴和烯烴類等各種風味成分相互協(xié)調(diào)，可為辣椒粉提供特有的刺激性氣味和濃郁的香氣[7]。

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(shù)、感官評價和揮發(fā)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(zhì)變化規(guī)律，為過熱蒸汽耦合電熱殺菌設備工業(yè)化大規(guī)模處理物料提供了殺菌工藝參數(shù)的支持。

參考文獻

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