杀菌技术在控制巴旦木中沙门氏菌的研究进展

高 亮，闫晓彤，刘斌雄，李长城，方 婷

（福建农林大学食品科学学院, 福建福州 350002）

巴旦木学名扁桃，蔷薇科李亚科桃属乔木，是世界著名的木本油料树和干果树种[1−2]。目前，巴旦木的产量居干果产量之首，2018年加州巴旦木的产量达到24亿磅。巴旦木含有极高的营养价值，是高营养的珍贵果品。巴旦木仁中脂肪含量为35%~67%，蛋白质16.5%~35.0%，其氨基酸总量高于核桃和鸡蛋，8种人体必需氨基酸占氨基酸总量的28.3%，糖10%~11%，纤维2.5%~3.8%，无机盐2.9%~5.0%，还含有大量矿物质元素及多种维生素。维生素B1、B2含量比花生和核桃高。其中维生素E的含量等于核桃的19倍。总体来说巴旦木是营养非常全面并且健康卫生的坚果食品[3]。

但是，在巴旦木采收过程中易感染果园土壤中的沙门氏菌，巴旦木类的坚果属于低水分活度的农产品，低水分活度下的沙门氏菌有更高的耐受性[4−5]。虽然沙门氏菌在水分活度低于0.83时就停止生长，但它仍能在水分活度低于0.6的条件下存活长达270 d以上[6]，这就增加了巴旦木上沙门氏菌处理的难度。在2000年~2001年[7]期间在美国及加拿大爆发的因食用生巴旦木而造成的沙门氏菌感染之后，美国农业部（U.S.Department of Agriculture, USDA）及加州巴旦木委员会（Almond Board of California,ABC）要求所有出售的巴旦木必须经过巴氏杀菌，将巴旦木中的沙门氏菌降低4 lgCFU/g以上以达到安全水平[8]。因此，工业上出现了很多种杀灭巴旦木中沙门氏菌的方法。这些方法可以分为热加工杀菌（热风、热水、热油、蒸汽、红外加热法、微波和射频加热法杀菌）和非热加工杀菌（高静水压、电子束辐射、等离子体、环氧丙烷熏蒸、有机酸喷雾和二氧化氯）。为了更好地应对工业加工中巴旦木感染沙门氏菌的情况，降低沙门氏菌感染风险，为工业杀菌提供参考，本文概述了控制巴旦木中沙门氏菌的研究进展及应用前景。

1 热杀菌

热加工杀菌包括热风、热水、热油、蒸汽、红外加热法和射频加热法杀菌等。微生物的繁殖诱发期、繁殖速度、最终细胞量、营养要求、细胞中的酶及细胞的化学组成等都要受到温度的制约。对食品原料进行加热处理过程中热会破坏微生物的蛋白质、核酸、细胞壁和细胞膜从而导致细菌死亡[9]。

巴旦木中沙门氏菌的杀菌处理主要是破坏沙门氏菌细菌蛋白质，蛋白质的灭活机制可分为干热灭菌和湿热灭菌。干燥的细菌细胞中酶无活力，升高温度并不会导致蛋白质失活，干热灭菌主要是在高温环境下，通过氧化作用而使微生物死亡。湿热灭菌是当细菌受到热力作用时，其中蛋白质分子高速运动，肽链断裂，蛋白质分子由有规律的紧密结构变为无秩序的不规则结构，大量的疏水基暴露在分子表面、并互相结合成为较大的聚合体而凝固、沉淀，从而导致细菌的死亡[10−12]。

1.1 热风、热水、热油、蒸汽杀菌

热风干燥是工业中使用非常广泛的技术，但是应用在巴旦木的杀菌中效果一般。Gokhan等[13]研究发现，在130 ℃热风条件下处理接种8.55±0.14 lg CFU/g沙门氏菌的巴旦木34 min时都无法达到4个lgCFU/g值的杀菌效果，当温度提高到140 ℃和150 ℃，时间分别为18 min及13 min时，可以达到4.62 lg CFU/g和5.39 lg CFU/g的数量级减少。该方法处理时间较长，会使巴旦木表面发生较为严重的褐变，巴旦木中的挥发性物质由原来的25种增加到50种，并且贮存3个月后巴旦木的过氧化值及脂肪醛含量显著上升，这也是造成巴旦木储存过程中酸败且产生不良气味的主要原因[14]。

热水杀菌即传统的水浴加热杀菌，传热效率比热风更快。Linda等[15]将接种7.7 lg CFU/g肠炎沙门氏菌PT 30的巴旦木分别置于60、70、80、88 ℃的热水中进行研究表明，前30 s内，观察到肠炎沙门氏菌PT30分别显著降低0.9、1.1、2.9和4.7 lg CFU/g的数量，可能是松散附着的细菌在水的作用下脱离巴旦木，而造成的细菌数量下降。用88 ℃热水处理接种沙门氏菌的巴旦木1.6 min及2 min，分别可以降低4 lg CFU/g和5 lgCFU/g细菌数量。85 ℃热水处理40 s，然后红外干燥70 s，处理前后巴旦木的平均水分含量值分别为5.0%（湿基）和6.4%（湿基）。对照和热水处理的巴旦木水分含量差异显著（P<0.05）。经处理的巴旦木和未处理的巴旦木在颜色评估上没有显著差异（P>0.05）。未处理的巴旦木的硬度高于热水处理的巴旦木（P<0.05）。经处理和未处理的巴旦木的整体视觉质量都在可接受范围内[16]。

除此之外热油杀菌也具有很好的杀菌效果，Du等[17]在127 ℃热油中加热接种了沙门氏菌的巴旦木90 s，沙门氏菌降低了5 lg CFU/g的数量。本方法处理后的巴旦木的含水率线性下降，在127 ℃处理2 min后，巴旦木的含水率降低到3.8%，符合行业中烘炒和油炸类巴旦木的国家标准（含水率小于8%）[18]。热油加热速度比传统的介质更快，并且能够达到更高的温度。由此，加州巴旦木委员会将这种处理方式加入到巴旦木的杀菌建议方法中[19]。

最近有研究采用热蒸汽的杀菌方式，在115 ℃蒸汽加热70 s以上即可使巴旦木表面沙门氏菌数量降低5 lgCFU/g，但是热蒸汽处理后需要增加干燥过程，且目前缺乏有关蒸汽对巴旦木品质的影响研究[20]。Lee等[21]通过(93±1) ℃蒸汽对接种了肠炎沙门氏菌的Nonpareil和Mission两个品种的巴旦木进行处理，在木糖赖氨酸脱氧胆酸盐琼脂培养基（XLD）和覆盖木糖赖氨酸脱氧胆酸盐琼脂培养基（OVXLD）培养基上观察到菌落数量级的减少分别是5 lg CFU/g、5.8 lgCFU/g以及 4.0 lg CFU/g、4.1 lgCFU/g，说明在使用蒸汽对巴旦木进行杀菌处理时，品种的差异会产生不同的实验效果，所以也要考虑品种的差异，沙门氏菌在品种的巴旦木上D值可能不同。

1.2 红外杀菌

红外杀菌和传统加热方式不同，主要以以电磁波形式传递热量，由于它不需要任何媒介，可以很大程度减少了热量损失，提高了加热效率[22]。红外线的波长范围为0.76~1000 μm。根据波长不同又分为近红外，中红外，远红外。食品中的有机成分和水能大量吸收波段3~1000 μm的红外辐射即远红外，因此常用远红外对食品杀菌。当红外辐射照到沙门氏菌上时，细菌细胞分子热运动的频率与红外辐射的频率相一致时，红外辐射很快被分子吸收转化为分子的热运动，使分子运动加剧，物料温度随之升高。红外辐射杀灭沙门氏菌杀菌就是利用电磁波产生的热使细胞内部蛋白质受热凝固，导致新陈代谢受阻使其死亡[23−24]，Sawai等[25−27]认为红外加热是通过破坏沙门氏菌细胞内的DNA、RNA、核糖体、细胞膜和蛋白质等达到杀菌目的。Yang等[10]通过小规模的红外加热试验显示，巴旦木经红外加热后在热风中保持60 min能使其表面的沙门氏菌数量降低4 lgCFU/g，但该法需将坚果的所有表面充分暴露于红外辐射下，且红外穿透力较差，可能出现杀菌不均匀的情况。工业生产中难以实现将所有的产品都平铺在红外的照射下，所以此方法来进行巴旦木杀菌较难进行大规模商业应用。

1.3 射频杀菌

射频加热属于高频交流电磁波，频率介于10~300 MHz之间。当物料置于射频或微波电磁场中时，物料与电磁波发生相互耦合作用，通过离子往复运动和偶极子高速旋转使电磁能转化为热能，使物料在整个体积内同时加热，因而射频在食品及农产品的干燥、蒸煮、解冻、杀虫和杀菌方面有着广阔的应用前景[28]。Li等[29]利用射频加热系统对带壳巴旦木和巴旦木仁进行杀菌，结果显示，热风辅助射频加热系统可使带壳巴旦木和巴旦木仁中的沙门氏菌降低5 lg CFU/g，且射频处理后的巴旦木的颜色、酸值、过氧化值都符合行业标准。与巴旦木传统加热杀菌方式不同，射频加热杀菌具有加热更均匀，能够很好保证巴旦木的品质，含水率自然平衡等优点，在食品加热及杀菌过程中有很大的发展前景。但是射频技术应用于巴旦木杀菌存在两个技术上不足：一是会出现热偏移现象，由于射频加热中，巴旦木的介电导热因子随温度升高而增大，导致某一块区域的温度不断增大，射频能量在此区域集中的现象。二是会出现尖角现象，对不规则的物体进行加热时，热量会集中在比较厚的区域[30]。所以射频杀菌技术在工业应用时还只能对一些形状比较简单规则的物体进行处理，在巴旦木等坚果上应用起来还存在一定的局限性。

2 非热杀菌

2.1 化学杀菌

化学处理方法也是食品行业中常见的一类灭菌方法，目前已经应用在巴旦木上的化学处理方法包括环氧丙烷熏蒸、有机酸喷雾和二氧化氯，它们均能有效减少巴旦木表面沙门氏菌的数量，但在实际生产加工中，受不同因素限制均未完全得到推广应用。

2.1.1 环氧丙烷杀菌 环氧丙烷（PPO）熏蒸法能够有效降低巴旦木中沙门氏菌的种群数量，环氧丙烷目前在美国注册为熏蒸剂，用于减少各种各类食品中的细菌，酵母和霉菌数量。Danyluk等[31]用0.5 kg/m3浓度的PPO处理巴旦木4 h后，在38~43 ℃下保持 2 d，然后在 15~18 ℃下保存 2~5 d，可以达到>5 lgCFU/g的灭菌效果。环氧丙烷气体的穿透性强，对杀灭沙门氏菌有很高的使用效率，在剂量允许范围内，使用PPO处理食品以达到杀菌目的还是很有应用前景的。我国国标中规定的食品中环氧丙烷检出限为0.1 mg/kg，定量限为0.3 mg/kg[32]。但是PPO熏蒸法使用的环氧丙烷属神经毒性化学物质，具有导致生物体基因突变、DNA链断裂和细胞转化等损害作用[33]。食用环氧丙烷处理后的食品有增加人体罹患肿瘤的潜在风险，因此已被国际癌症研究局列为潜在的致癌物质[34]。在欧盟很多国家，经PPO处理后的食品是被明令禁止的[31]。

2.1.2 酸喷雾杀菌 酸喷雾处理其原理是通过有机酸降低食品自身的pH，来抑制微生物的生长，从而达到抑菌的效果[35]。有机酸与其他的杀菌剂相比，优势在于能够参与人体正常的新陈代谢，且对人体无害[36]。乔支红等[35]发现用乳酸对金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢杆菌、埃希氏大肠杆菌三种常见的食源性致病菌有不同程度的抑制效果。谢军等[37]将虾用乳酸和乙酸浸泡，发现具有一定的杀菌效果。Steven等[38]使用10%柠檬酸喷雾处理接种了沙门氏菌的巴旦木20 min后可以达到(2.12±0.14)lg CFU/g沙门氏菌的数量减少，当使用15%的乙酸处理3次时，可以达到5 lg CFU/g以上的灭菌效果。有机酸的各种组合可以达到不同且可观的杀菌效果，但是有机酸喷洒处理巴旦木之后需要对巴旦木进行清洗及后续的干燥处理，程序较为复杂，并且干燥过程中对巴旦木的品质可能会有影响，目前关于有机酸处理后的品质及感官评价还没有相关研究。

2.1.3 气态二氧化氯杀菌 气态二氧化氯杀菌是一种已经被证明为一种能杀灭食物中各种病原体的杀菌方式。气态二氧化氯的杀菌机理主要是通过与膜蛋白和脂质反应并破坏蛋白质合成来增加细胞膜的渗透性[39]，通过与高的湿度和热结合能够有协同增强作用[40]。Wang等[40]研究了在不同温度下使用二氧化氯气体对巴旦木沙门氏菌的灭活作用。在55 ℃时，用3 g气态二氧化氯处理4 h可以达到4 lg CFU/g以上的杀菌效果。当温度上升到60 ℃，使用6 g气态二氧化氯处理4 h，可以达到7 lg CFU/g以上的数量减少。但是气态二氧化氯处理后的巴旦木的色泽发生了很大的变化，与空白对照组相比，L*值增加，a*值减少，巴旦木仁的外皮层发生了很严重的氧化[40]。并且气态二氧化氯需要在真空的环境中处理样品，设备要求较严苛。二氧化氯本身是一种强氧化剂，溶于水后会产生含氯的氯酸盐和亚氯酸盐，食用会对人体健康有一定影响[41−44]。使用气态二氧化氯对巴旦木进行灭菌处理经证实是有效的方法，但是实际应用时需要考虑应用设备成本以及对食品感官品质的影响。

2.2 高静水压杀菌

超高压巴氏杀菌法已在巴旦木中有所应用，高静水压加工作为一种非热力破坏食品中致病和腐败微生物的方法受到极大的关注，细菌细胞、酵母、霉菌对100000 Psi以下的压力相对敏感。高静水压杀菌技术中压力的大小，加压时间和温度，微生物的种类，细胞生长阶段浮液和抗菌物质的存在都会影响静水压力诱导微生物细胞死亡[45]。Goodridge等[46]发现60000 Psi压力下，温度在25 ℃时处理5 min可以使沙门氏菌悬菌液减少7.46 lg CFU/g数量级以上。接种了沙门氏菌的巴旦木在70000 Psi静水压压力下，温度在55 ℃时处理10 min可以减少沙门氏菌减少0.51 lg CFU/g。但是在此压力下，巴旦木表面变得较为油腻，可能是里面的油脂成分在高压下被释放出来。接种沙门氏菌的巴旦木在60000 Psi静水压压力下，50 ℃加压处理，得到的D值为9.78 min。Goodridge[46]指出可以通过增大巴旦木的水分活度，再进行静水压杀菌处理，会使生巴旦木表面的肠炎沙门氏菌有较大的降低。该法使用成本较高，相关处理参数仍待开发，处理后的巴旦木需要再进行干燥，这样就会增加生产成本并且对巴旦木营养品质会有一定影响，难以进行大规模商业化应用。

2.3 电子束辐照杀菌

辐照杀菌是是以辐射加工技术为基础，运用x射线、γ射线或电子束等电离辐射产生的高能射线对食品进行加工处理，在能量的传递和转移过程中，产生高能电子束流，高能电子可以杀虫、杀菌、抑制细胞生理过程、提高食品卫生质量、保持营养品质及风味和延长货架期的目的[47]。食品中沙门氏菌对热不太敏感，但是对辐照比较敏感。Prakash等[48]用电子束杀菌法处理接种肠炎沙门氏菌的巴旦木样品，得出其D值为1.25 kGy，这表明表明4 lg CFU/g的减少需要5.0 kGy的剂量。在2.98和5.25 kGy的辐射下，巴旦木的风味发生了明显的变化，在5.25 kGy的辐射剂量照射下降低了巴旦木中蔗糖和葡萄糖含量，影响了巴旦木品质，达不到消费者的要求。所以电子辐射辐照杀菌目前来说可能不太适宜应用于巴旦木杀菌上。

2.4 等离子体杀菌

等离子体是不同成分的复杂混合物，例如带电粒子(电子和离子)和中性物质(原子和分子)，以及自由基、紫外光子和辐射热。一般来说，等离子体可以根据其温度分为热等离子体和非热等离子体[49]。等离子体杀菌法作用的机制主要包括 UV、pH、电场、高速电子和活性氧、活性氮等杀菌物质的作用[50]。一般情况下这些杀菌机制不是单独存在的，而是多种效应的协同作用[51]。等离子体灭菌机制是通过将沙门氏菌细胞壁上肽聚糖的共价键断裂[52]，通过让沙门氏菌细胞渗漏死亡来达到杀菌目的[53−54]。Deng等[55]用等离子体杀菌法对用大肠杆菌替代沙门氏菌接种巴旦木进行杀菌处理，在30 kV和2000 Hz下处理30 s后，可降低巴旦木仁中5 lg CFU/g大肠杆菌，对接种在巴旦木上的大肠杆菌的杀菌效果随着施加电压和频率的增加而增加。不过对于巴旦木的品质及感官评价等目前还没有报道，总体来说，等离子体作为一种新型的杀菌技术杀菌效果明显，在未来可以说是非常具有前景的一种杀菌方式。

3 结语与展望

目前大多数可用的技术可以满足最低4 lg CFU/g沙门氏菌减少的要求，从而确保巴旦木的微生物安全性。然而，消费者不仅要求更安全的巴旦木，还要求产品具有良好的感官质量，如外观、质地和风味。本文综述可知，在热和非热技术中，环氧丙烷熏蒸、射频和红外辐射处理在满足杀菌要求的同时保持了巴旦木的原始感官质量。虽然非热技术，如高静水压和非热等离子体很有前途，可以减少4 lg CFU/g以上的沙门氏菌，但巴旦木的最终感官质量没有报道或者是受到了严重影响。巴旦木的质量取决于从果园到消费者的每一步。因此，为了向顾客提供高质量的巴氏杀菌产品，需要采用一种不仅能达到巴氏杀菌要求，而且能产生具有可接受感官特性的产品的技术。食品工业加工中还有一些热技术：如欧姆加热、微波加热、过热蒸汽；非热技术：如高压脉冲电场、紫外线辐射、脉冲光和超声波等，以及多种技术联合使用在未来的巴旦木杀菌中都有很大的应用潜力。尤其是非热杀菌技术，大多数的食品在热加工中都会损失一定的风味与营养物质，大多数非热杀菌技术能够在保证微生物安全的情况下很好保留食品本来的风味，这些杀菌技术的研究开发与应用能够保证未来食品行业安全。