不同物理杀菌技术对辣椒粉杀菌效果及品质研究

魏文莉，按扎提古丽·胡瓦尼西别克，王蓓，周存山

(江苏大学 食品与生物工程学院，江苏 镇江 212000)

红辣椒因其风味、颜色和辛辣刺激性而成为全球最受欢迎的调味品[1]。日常生活中为便于储藏，通常将鲜辣椒干制加工成颗粒状或粉末状食用[2]。然而，在收获、加工、运输、储存等环节中辣椒粉易被食源性病原体在内的各种微生物污染[3]，造成微生物指标超标。沙门氏菌、蜡状芽孢杆菌和霉菌[4]常在辣椒和胡椒粉中检测到，所以对辣椒粉中微生物的控制至关重要。

当前国内外主要采用熏蒸、60Co辐照、蒸汽灭菌技术对调味料进行灭菌处理[5]。然而，熏蒸会破坏辣椒中的挥发性化合物，且存在环境污染和试剂残留等问题[6]；高温蒸汽会破坏辣椒粉的营养成分和外观色泽，且蒸汽会增加食品原料本身的含水量，需要额外的干燥处理，增加了能耗[7]；60Co辐照存在一定的安全风险且消费者接受度低[8]。因此，亟需一种安全环保、低能耗并能保证辣椒粉产品质量的杀菌技术出现。

多种非热物理加工技术如紫外线、臭氧、脉冲强光等在食品杀菌中不仅展示出良好的杀菌效果，而且能保持食品原有的品质，显示出良好的优势。本文比较了紫外、臭氧、脉冲强光技术对辣椒粉中自然生长的总菌、霉菌、蜡样芽孢杆菌的杀菌效果，并研究经杀菌处理后辣椒粉的品质，力求寻找一种成本低、方便实用的低水分调味料灭菌工艺。

1 材料与方法

1.1 材料

辣椒粉：镇江当地市场；平板计数培养基、孟加拉红培养基、甘露醇卵黄多黏菌素琼脂(MYP)培养基：国药集团化学试剂有限公司；无水乙醇(分析纯)：中国医药集团有限公司。

1.2 仪器与设备

ODI-XDG6型紫外线消毒柜 中山市优益电器实业有限公司；OGP-S910GC型臭氧机 广州奥普发环保科技有限公司；ZW-SY型脉冲强光杀菌系统 宁波中物聚研光电设备有限公司；YM30Z型高压灭菌锅 上海三申医疗器械有限公司；JJ-CJ-2FD型超净工作台 北京德世科技有限公司；SPX-250B-Z型生化培养箱 上海博讯实业有限公司医疗设备厂；通风橱 南京科雄工贸有限公司；AS872B型非接触式红外线测温枪 深圳希玛仪表设备公司；SC-10型3nh高精度色差仪 广州三恩驰科技有限公司；T6型紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司。

1.3 实验方法

1.3.1 紫外杀菌处理

实验前20 min开启紫外灯进行预热使其稳定。称取10 g辣椒粉置于一次性培养皿中，将培养皿置于距离紫外灯8 cm处正下方，分别照射20，40，60，80，120 min。处理结束后将样品置于无菌密封袋中备用。

1.3.2 臭氧杀菌处理

称取10 g辣椒粉，置于一次性无菌密封袋(18 cm×16.5 cm)中并排出空气，将臭氧通气管插入密封袋内，开启臭氧机充臭氧，直至完全充满密封袋，迅速拔出通气管，将密封袋封口，经计算臭氧浓度为10 mg/L。将密封袋放置于通风橱内分别静置20，40，60，80，120 min。处理结束后将无菌密封袋开口充分释放臭氧，静置10 min后再将样品拿出备用。

1.3.3 脉冲强光杀菌处理

称取10 g辣椒粉置于一次性培养皿中，将不带盖的培养皿置于距脉冲强光灯管正下方8 cm处，设定脉冲强度为0.66 J/(cm2·pulse)，脉冲频率为1 Hz，分别照射2，4，8，12 s。处理结束后将样品置于无菌密封袋中备用。

1.3.4 菌落总数测定

菌落总数的测定参照 GB 4789.2-2016《食品微生物学检验 菌落总数测定》的方法[9]。

1.3.5 温度测定

每组实验开始和结束时用非接触式红外线测温枪进行温度测定。测定时将红外线斑点对准所测样品，快速读取显示的数字并记录，每个样品重复测定3次取平均值。

1.3.6 颜色测定

使用高精度色差仪对处理后样品进行颜色测定，记录屏幕显示的L*、a*、b*值，并利用这些数据，在Excel中制作出表格，比较杀菌前后辣椒粉颜色的变化，色差ΔE*的计算公式如下：

(1)

检测颜色标度的方法很多，国际上常用亨特(Hunter)标度来进行颜色检测，用L*=0代表黑色，L*=100代表白色，得出的数值越大，颜色越鲜亮；其中，a*值为红色对比于青绿色的程度大小，80～100是从绿色到红色的a*值，该值越大表示绿色的损失越大，黄色与蓝色相比的程度则用b*来表示，颜色从蓝到黄，说明b*值会在-80～70变化，颜色越黄，该值会越大。实验测定的颜色参数分别为L*(亮度值)、a*(红绿值)和b*(黄蓝值)表征辣椒粉在不同方法处理中颜色变化。

1.3.7 辣椒红素测定

准确称取0.25 g待测样品(精确至0.0001 g)置于100 mL的具塞三角瓶内，用丙酮分次定量提取，用滤纸过滤至100 mL容量瓶中，用丙酮定容。从中吸取1 mL萃取液，移入10 mL容量瓶内，丙酮定容后避光保存。标准比色液的配制：用1.8 mol/mL硫酸溶液配制每升中含有0.3005 g重铬酸钾和34.96 g硫酸铵钴晶体的比色液。检测时，采用丙酮做参比，用分光光度计测定滤液在460 nm波长处的吸光度(1 cm比色皿)，同时测定标准比色液在460 nm处的吸光度[10]。计算公式为：辣椒红素质量分数(ASTA值，mg/kg)。

(2)

式中： W表示辣椒素质量分数；A表示样品吸光度；164表示ASTA转换系数；Lt表示仪器校准系数，Lt=0.600/A′(A′表示标准比色液吸光度)；M表示样品质量，g。

1.4 数据处理

采用Excel 2010和SPSS 19.0软件对数据进行分析处理，所有试验均重复3次。

2 结果与分析

2.1 不同物理杀菌方法对辣椒粉的杀菌效果

2.1.1 紫外对辣椒粉总菌落数、霉菌及酵母菌和蜡样芽孢杆菌的杀菌效果

未处理的辣椒粉总菌落数为7.4×106CFU/g，霉菌及酵母菌总数为4.3×105CFU/g，蜡样芽孢杆菌数为8.5×104CFU/g。紫外对辣椒粉的总菌落数、霉菌及酵母菌和蜡样芽孢杆菌的杀菌效果见表1。

表1 紫外对辣椒粉中总菌落数、霉菌及酵母菌和蜡样芽孢杆菌的杀菌效果Table 1 Sterilization effect of ultraviolet on total colony number, molds and yeasts, and Bacillus cereus of paprika

紫外处理120 min对总菌落数和蜡样芽孢杆菌杀菌效果最好，辣椒粉带菌量分别为2.69×106，8.7×103CFU/g，紫外处理60 min对霉菌及酵母菌的杀菌效果较好，带菌量为4.11×104CFU/g，由表1可知，随着辐射时间的延长，杀菌效果呈现先上升后稳定的趋势，延长处理时间不能提高杀菌效果。紫外是一种表面杀菌技术，因而适合光滑表面的食品材料，粉状香辛料成片状互相重叠，会阻挡紫外线穿透，只能对表面一层物料进行辐射杀菌，而且总菌落较复杂，芽孢杆菌对紫外抵抗能力较强,因而杀菌效果有限[11]。

2.1.2 臭氧对辣椒粉表面总菌落数、霉菌及酵母菌和蜡样芽孢杆菌的杀菌效果

臭氧对辣椒粉表面总菌落数、霉菌及酵母菌和蜡样芽孢杆菌的杀菌效果见表2。

表2 臭氧对辣椒粉中总菌落数、霉菌及酵母菌和蜡样芽孢杆菌的杀菌效果Table 2 Sterilization effect of ozone on total colony number, molds and yeasts, and Bacillus cereus of paprika

臭氧处理120 min可使总菌落数和霉菌及酵母菌菌落数带菌量分别降低至9.1×105，4.8×103CFU/g。处理80 min可使蜡样芽孢杆菌带菌量降低到1.90×104CFU/g。由表2可知，随着接触臭氧时间的延长，杀菌效果增加，由于臭氧是一种强氧化剂，在相对封闭的环境中具有良好的分散性、浓度均匀性和包容性，可实现全面、快速、高效的杀菌目的[12]。随着接触时间的延长，更多的辣椒粉能够被臭氧环境包围，杀菌效果与微生物和臭氧接触的时间成正比。芽孢杆菌处理时间达到80 min后其带菌量不再变化，这主要是由于芽孢杆菌较球菌和其他菌对臭氧灭菌抵抗作用强。

2.1.3 脉冲强光对辣椒粉表面总菌落数、霉菌及酵母菌和蜡样芽孢杆菌的杀菌效果

脉冲强光对辣椒粉表面总菌落数、霉菌及酵母菌和蜡样芽孢杆菌的杀菌效果见表3。

表3 脉冲强光对辣椒粉中总菌落数、霉菌及酵母菌和蜡样芽孢杆菌的杀菌效果Table 3 Sterilization effect of intensive pulse light on total colony number, molds and yeasts, and Bacillus cereus of paprika

在辐射强度为7.92 J/cm2时，总菌落数、霉菌及酵母菌和蜡样芽孢杆菌带菌量分别为1.78×106，4.82×104，3.8×103CFU/g。可以看出，脉冲强光对辣椒粉的菌落总数、霉菌及酵母菌没有显著的杀菌效果，可能是由于脉冲强光处理只能杀死辣椒粉表面的一些菌落，对复杂的、对脉冲不敏感的菌落和辣椒粉之间相互堆积遮蔽，使杀菌效果不显著[13]。脉冲强光杀菌对蜡样芽孢杆菌的杀菌效果较好，随着处理时间的延长，脉冲强光对蜡样芽孢杆菌的杀菌效果逐渐提高。Hierro等研究了脉冲强光对火腿和腊肠片以及对它们货架期的影响，当能量为8.4 J/cm2时，枯草芽孢杆菌的数量分别减少了1.78 log CFU/cm2和1.11 log CFU/cm2，与本文研究结果接近[14]。

2.2 不同物理杀菌方法对辣椒粉温度的影响

2.2.1 辣椒在紫外灯下杀菌处理不同时间的温度变化

辣椒粉在紫外灯下处理不同时间的温度变化见图1。随着处理时间的延长，杀菌温度有一定的变化。经过20～120 min辐射处理后，辣椒粉的表面温度从25.76 ℃升高到35.5 ℃。长时间的紫外照射会使辣椒粉表面温度升高，这是由于紫外杀菌主要是UVC波段(200～275 nm)，其波长较短，能量较高，因此当携带能量的光子照射到辣椒粉表面时这部分能量使得辣椒粉温度升高。但由于温度升高的程度较低，因此不足以杀死微生物或影响辣椒粉的品质。

2.2.2 辣椒粉在臭氧下杀菌处理不同时间的温度变化

经测定，臭氧对辣椒粉表面温度没有影响。这是由于臭氧杀菌属于非热杀菌，在杀菌过程中食品的温度并不升高或降低。

2.2.3 辣椒粉在脉冲强光下杀菌处理不同时间的温度变化

由图1可知，脉冲强光杀菌处理的时间长短对温度起到了至关重要的作用。脉冲强光处理12 s后，辣椒粉温度从25.6 ℃升高到45.7 ℃。脉冲强光虽然是非热杀菌，但是在极短的时间内，以辐射形式释放出高能量，会产生一定的热效应。升高的温度可能会影响辣椒粉中挥发油成分的损失，所以操作过程中需要控制杀菌时间[15]。

2.3 不同杀菌方法对辣椒粉颜色的影响

由表4可知，紫外杀菌、臭氧杀菌、脉冲强光杀菌处理对辣椒粉的颜色有一定的影响。L*表示亮度，紫外杀菌在40 min时亮度值最高，为55.32。a*表示红度，在120 min时，a*=21.12。b*表示黄度，在120 min时黄度值最大，为22.23。随着杀菌时间的延长，辣椒粉颜色亮度逐渐降低，而红度值和黄度值增大，色差(ΔE*)无显著性差异。随臭氧处理时间的延长辣椒粉的亮度(L*)和红色(a*)逐渐增加，黄色(b*)无显著性差异，总色差(ΔE*)逐渐降低。脉冲强光处理不同时间辣椒粉的亮度(L*)无显著性差异，红色(a*)、黄色(b*)都不断地降低，总色差(ΔE*)增加。但视觉上没有产生可见性的差异，因此，得出结论：紫外、臭氧、脉冲强光杀菌使辣椒粉的颜色发生一定程度的改变，但是总体上来说，没有显著性差异。

表4 3种杀菌方式处理不同时间对辣椒粉颜色的影响

续 表

2.4 不同物理杀菌方法对辣椒粉中辣椒红素的影响

紫外、臭氧和脉冲强光处理不同时间对辣椒粉辣椒红素的影响见表5。

表5 3种杀菌方式处理不同时间对辣椒粉辣椒红素的影响Table 5 Effects of three sterilization treatments on capsaicin of paprika at different time

由表5可知，3种杀菌处理方法对辣椒红素的ASTA值无显著影响，紫外处理60 min、臭氧处理80 min、脉冲强光处理2 s有最大ASTA值，且都高于未处理辣椒粉的ASTA值。目前研究显示：总体上看辣椒红素的稳定性较强，除了耐光性稍差外，在自然光照下可能发生较快的分解，辣椒红素在较高的温度、微波处理下都能保持稳定，但杀菌处理后导致干辣椒中辣椒红素的含量下降，可能是由于长时间辐射的直接作用及其后效应破坏了干辣椒中辣椒红素的化学结构，辣椒红素含量降低[16]。其引起辣椒红素含量增加的机理还有待于进一步研究。

3 结论

本文研究了紫外、臭氧和脉冲强光3种不同物理杀菌方式对辣椒粉的杀菌效果及对辣椒粉品质的影响。确定了紫外和臭氧对霉菌及酵母菌有较好的杀菌效果，120 min处理分别能够降低1.02，1.95 log CFU/g。脉冲强光杀菌对蜡样芽孢杆菌的杀菌效果较好，在单脉冲输出能量为0.66 J/(cm2·pulse)，脉冲强光处理12 s时可使蜡样芽孢杆菌数降低1.35 log CFU/g。紫外、臭氧、脉冲强光杀菌对辣椒粉的颜色发生一定程度的改变，但总体来说，没有显著性差异。综上所述，3种方法对辣椒粉杀菌各有优势，并且不影响辣椒粉的总体品质，具有应用前景。实际生产中可借助联合杀菌方法进一步研究并加以推广。