莲子罐头二次间歇灭菌技术探索

荆 伊

(山西普国科技集团有限公司,山西 太原 030024)

莲子是中医传统滋补食药佳品,其养心安神、祛火除湿、益肾固精、健脾补胃之功效记载于《神农本草经》《本草纲目》等中医著作。在分子和元素层次,潘林娜[1]和曾绍校[2]分别以干、湿莲子检测分析,测得7种必需氨基酸(其中赖氨酸含量最高,占总氨基酸含量平均达到6.3%)和较高含量的Ca、Mg、Mn、Cu、Fe,此外还有类黄酮、水溶性多糖、超氧化物歧化酶(SOD)等营养物质。

莲子罐头通常由莲子搭配金黄色银耳、红色枸杞和酸甜汤汁,以色彩美观,清新爽口,营养丰富为大众喜爱。但是除食材的煮制过程以外,在热灭菌的过程中,过长的加热或过高的温度都会破坏莲子的物理完整性,使其易破裂开花,甚至淀粉溶出使糖液浑浊,影响食品的质构、色泽和风味,还会破坏对热敏感的营养成分,急剧降低其食用品质和销售价值。二次灭菌又叫间歇灭菌,是将待灭菌的食品、药品或实验器材用较低温加热一段时间,将其中的细菌繁殖体杀死,然后在适宜的温度中放置一定时间,让其中的残存芽胞发育成为繁殖体,再次加热将其消灭。加热和放置可连续多次,至全部芽胞被消灭为止。

张云鹤[3]研究了二次热灭菌对木瓜果粒酸奶的影响,并筛选出最佳配方和灭菌条件;孙承锋[4]报告了二次热灭菌对烧肉挥发性风味物质的影响;康怀彬[5]检测了二次热灭菌对酱牛肉真空包装货架期的影响……以上所述的第二次热灭菌是为了避免包装环节引入二次污染而灭菌,正如王明[6]研究防腐剂和二次热灭菌时所指,但本文所描述的二次灭菌是针对于芽孢的消灭,相当于上述论文的“第三次灭菌”。陈晓[7]在上述第二次热灭菌后在蒜蓉烤肠中依然检测到枯草芽孢杆菌的存在,恰恰证实了“第三次灭菌”的需要。然而针对于芽孢的二次灭菌的食品生产工艺研究并未找到文献资料。

本试验则是为避免高温、长时加热对莲子罐头的影响而探索低温二次灭菌的方案;同时也为不耐高温的塑料包装和不添加防腐剂探求低温灭菌的可能。本试验设置第一次灭菌的温度和时间、罐汁酸度为三个栅栏因子变量进行正交试验研究;灭菌间隔时间和第二次灭菌的温度、时间为常量,探讨不同第一次灭菌条件下的二次灭菌效果。

1 材料与方法

1.1 原料与设备

1.1.1试验材料

磨皮去芯莲子(湖南宏兴隆湘莲食品有限公司,市售);枸杞、银耳(湖南长沙仙翁食品试业有限公司,市售);蔗糖(长沙妙士得食品有限公司,市售);210 mL四旋盖罐头瓶(长沙坛坛乡调料食品有限公司提供,待由塑料替代)。

1.1.2添加剂

添加剂名称 生产厂家

柠檬酸(分析纯AR) 天津市恒兴化学试剂制造有限公司

甜菊糖苷(食品级) 成都曼思特生物科技有限公司

CMC(食品级) 苏州孔雀食品添加剂有限公司

甜蜜素(食品级) 苏州孔雀食品添加剂有限公司

1.1.3主要仪器与设备

设备名称 规格型号 生产厂家

电子天平 TE212-L 北京赛多利斯科学仪器有限公司

分析天平 JA2003 上海天普分析仪器有限公司

电热恒温水浴锅 DK-98-11A 天津泰斯特仪器有限公司

数显型酸度计 pH-25 中国雷磁仪器有限公司

手提式压力蒸气灭菌锅 SYQ-DSX-280B 上海申安医疗器械厂

电热恒温培养箱 DHP-9082 上海飞越试验仪器有限公司

立式灭菌器 LMQ.J3870C 山东新华医疗器械股份有限公司

净化工作台 CJ-2D 天津泰斯特仪器有限公司

电热恒温培养箱 DHP-9082 上海飞越试验仪器有限公司

1.2 莲子罐头制作方法

1.2.1操作流程

1.2.2操作要点

1)银耳、枸杞泡发 用温度不超过40℃的水浸泡银耳,水的重量为银耳的20倍以上,泡发;枸杞则用足量的水浸泡至胀大。泡发后用剪刀将银耳的木质菌柄剪除干净,并用清水漂洗;

2)预煮 将莲子置于沸腾的水中煮7～8分钟;

3)糖水煮制 将一定量水(视罐头数量而定体积)烧至沸腾,将质量分数7%的蔗糖、0.2%的甜菊糖苷、0.04%的甜蜜素、0.3%的CMC先在小烧杯内混合均匀,再慢慢全部溶解于水中并搅拌;

4)调酸度 待糖液冷却至37℃左右,用柠檬酸粉末和pH计调节糖液的酸度;

5)装罐 于每个干燥洁净玻璃罐中装入10颗莲子,加入适量银耳与5颗枸杞;

6)密封 填入刚煮好的糖液,趁热密封,留顶隙0.5 cm左右;

7)灭菌 蒸汽灭菌锅灭菌;

8)冷却 灭菌后及时温水浴冷却,防止瓶裂,冷却后放入37℃恒温培养箱保存。

1.3 灭菌效果检测方法

1.3.1检测方法

因国标商业无菌检验程序较复杂,本试验仅参照GB 4789.2-2010 食品微生物检验 菌落总数测定[8]做探索性试验,不论该灭菌方式效果如何,只作为商业生产的参考资料。

1.3.2检测具体步骤

每批次做五瓶莲子罐头,五瓶都分别以5 mL移液枪从不同位置吸取25 mL罐汁加入225 mL无菌生理盐水的无菌锥形瓶(预置适量玻璃珠)中,制成五瓶1:10的样品菌液,充分混匀。用1 mL移液枪吸取1:10样品匀液1 mL,注入含有9 mL无菌生理盐水的试管中,振摇试管,制成1:100样品菌液。重复操作制成1:1 000样品菌液。每递增稀释一次,更换无菌吸头。选择稀释度为10、100、1 000的样品菌液分别吸取1 mL细菌匀液于无菌培养皿,每个稀释度做两个平皿。同时用空白稀释液做对照，及时将15 mL～20 mL冷却至46℃的平板计数琼脂培养基倾注平皿,并转动平皿使其混合均匀。待琼脂凝固后,翻转平板,于36℃±1℃培养48 h±2 h。对剩余四瓶1:10的样品菌液重复上述操作。

1.3.3菌落总数报告细则

1)选取菌落数在30～300之间的平板作为菌落总数测定的标准。每个稀释度采用两个平板平均数;如其中一个平板有较大片状菌落生长时,则不采用,以无片状菌落生长的平板作为该稀释度的菌落数;若片状菌落不到平板的一半,而其余一半中菌落分布又很均匀,即计算半个平板后乘2以代表全皿菌落数。如在一个稀释度的两个平板中,一个平板的菌落数在30～300之间,另一个>300或<30时,则以菌落数在30～300间的平板作为计数的标准。

2)平行试验的2个平板与菌落数应该接近,稀释度越高平板上菌落数应越少;若有两个连续稀释度的平板菌落数在合适技术范围内,按以下公式计算。

式中:

N——样品中菌落数

∑C——平板(含适宜范围菌落数的平板)菌落数之和

n1——第一稀释度(低稀释度)平板个数

n2——第二稀释度(高稀释度)平板个数

d——稀释因子(第一稀释度)

3)若1个稀释度的平均菌落数在30～300之间,则将该菌落数乘其稀释倍数报告;若所有稀释度的平均菌落数均大于300,则应按稀释度最高的平均菌落数乘稀释倍数报告;若所有稀释度的平均菌落数均小于30,则应按稀释度最低的平均菌落数乘稀释倍数报告;若所有稀释度均无菌落生长,则以小于l乘最低稀释倍数报告。

4)若平板上出现链状菌落,菌落之间没有明显的界限,一条链作为一个菌落计,如有来源不同的几条链,每条链作为一个菌落计。如果所有平板上都有菌落密布,在稀释度最大的平板上,任意数其中的2 cm2,除以2求出每cm2内平均菌落数乘以皿底面积,再乘其稀释倍数作报告。底面积由直径的实际长度(8.6 cm～8.8 cm)代入圆面积公式求出。

1.4 灭菌效果的单因素试验

1.4.1灭菌时间试验

为避免菌落总数超出可读范围,保守确定灭菌温度为水的沸点100℃。控制pH为5,灭菌时间梯度为20 min、25 min、30 min、35 min、40 min,36±1℃放置两天后检测菌落总数。

1.4.2灭菌pH试验

灭菌温度为100℃,灭菌时间取试验1.4.1结果中菌落总数较多的时间水平(为了能看出效果差别),pH梯度为4、4.5、5、5.5、6,36±1℃放置两天后检测菌落总数。

1.4.3灭菌温度确定

第一次灭菌选择100℃、90℃和80℃,共三水平。第二次灭菌温度为100℃。

1.4.4灭菌间隔时间确定

由于芽孢萌发时间大约在30 min～1 h,要设定一个足够长的间隔时间再进行第二次灭菌,保证芽孢能够尽可能的萌发成新的菌体,选择间隔时间为8 h。

1.4.5单次灭菌试验

为了与二次灭菌试验做对比,先进行单次灭菌试验。灭菌温度100℃,灌汁pH和灭菌时间依照实验结果取合适值,只灭菌一次,36±1℃环境放置一周后检测菌落总数。

1.5 正交试验设计

根据1.4.1～1.4.2的试验结果,选择罐汁pH、灭菌时间,采用L9(34)正交表进行二次灭菌正交试验,36±1℃环境放置一周后检测菌落总数。正交试验设计如表1所示。

表1 L9(34)正交试验设计

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1灭菌时间试验结果

表2 不同灭菌时间后放置2天后测菌落总数

(“-”为多不可计)

由表2可知,在罐汁pH为5,100℃灭菌条件下,灭菌30 min、35 min、40 min都可对保证罐头在36±1℃环境里保存2天后细菌处于较低水平起到一定作用。40min灭菌效果最强，故定其为第二次灭菌时间。

2.1.2灭菌pH试验结果

表3 不同灌汁pH灭菌后放置2天后测菌落总数

(“-”为多不可计)

由表3可知,在100℃灭菌20 min条件下,除了pH值为4时有明显抑菌效果,pH值为6时菌落总数基本上多不可计,其他三个水平也并未呈现一定规律。又由于pH≤4时口感不好,故弃去;当pH≥6时,口感不差,但是很容易受微生物污染变质,故弃去。

2.1.3单次灭菌试验结果分析见2.3。

表4 单次灭菌(100℃)后放置1周测菌落总数

2.2 正交试验结果

根据单因素试验,最终选择第一次灭菌温度梯度为100℃、90℃、80℃,灭菌时间梯度为30min、35min、40min,pH梯度为4.5、5、5.5,灭菌间隔时间为8h,第二次灭菌温度为100℃,时间40min。菌落总数报告为每批(五瓶)的菌落总数平均值。

表5 正交试验结果

将表5正交试验结果进行极差分析可知,各因素对莲子罐头灭菌效果的影响自大到小的顺序为pH>灭菌温度>灭菌时间,最佳的工艺A1B1C3,即罐汁pH4.5,灭菌温度100℃,灭菌时间40 min。在此条件下,再次重复试验,罐头菌落总数达到<10CFU/mL。

2.3 试验结果分析

单因素试验2.1.1结果表示,灭菌效果与灭菌时间成正相关。单因素试验2.1.2结果表示,罐汁pH在小于等于4.5时,菌落总数随着pH减小大幅减少;在4.5到5.5之间,菌落总数没有显示出较大的变化规律;而pH大于5.5时,菌落总数增大到超出了计数范围。在正交试验中,pH表现出了较高的影响力。

正交试验结果说明,达到最佳灭菌效果的工艺是pH4.5、第一次灭菌温度100℃、灭菌时间40 min,菌落总数<10CFU/mL,没有找到合适的条件组合能使得在低于100℃或40 min以内达到理想的灭菌要求。将正交试验的结果与单次灭菌试验1.4.5的结果对比,在第一次灭菌条件pH5、100℃、35 min的情况下,二次灭菌的结果为0.16×104CFU,小于单次灭菌的结果7.8×104CFU;在第一次灭菌条件pH5.5、100℃、40 min的情况下,二次灭菌的结果为100CFU,远小于单次灭菌的结果3.0×105CFU;单次灭菌试验其它条件的菌落总数,在数量级上也高于两次间歇性灭菌的菌落总数水平,这说明在一定范围内两次间歇性灭菌确实比单次灭菌效果要好。需要指出的是,在正交试验所得的最优条件下,单次灭菌同样能达到一周后菌落总数小于10CFU的效果,但如果存放超过一周的时间,单次灭菌和二次灭菌对莲子的卫生安全维持能力未知。

3 结论

经过研究,莲子罐头在罐汁pH4.5、温度100℃、时间40 min条件下灭菌一次可以保证一周内菌落总数达标,但若想保质更久的时间则需要对二次间歇性灭菌进一步测验与研究。为了使用塑料包装材料,可以在改变灭菌间隔时间或增多灭菌次数的情况下,试验二次灭菌的温度是否可得以降低,时间是否可以缩短。另外，二次灭菌对莲子质地的影响也具有研究价值。

二次间歇性灭菌本身可以以低温优势，即保证卫生安全、又适合低成本塑料包装,但针对莲子罐头如果找不到合适的灭菌温度和时间,则易引起莲子的营养流失与组织结构破坏。若能得到进一步的研究发现与应用,亦或脱离莲子本身性质和塑料包装的限制,该灭菌工艺还会有很大的发展前景。