臭氧溶解特性及对耐热菌非热杀菌的研究

第20卷第4期农业工程学报Vol 202004年Transactions of the CSAF4157臭氧溶解特性及对耐热菌非热杀菌的研究仇农学,陈颖(陕西师范大学食品工程系,西安710062)摘要:该文研究了臭氧在水中的溶解衰减特性及对苹果表面耐热菌的杀菌效果;分别采用通气悬液杀菌和不同浓度臭氧水悬液杀菌进行试验,并用苹果作为耐热菌的载体进行了模拟验证;研究结果表明:浓度为31.1mg/L的臭氧水对耐热菌作15min,其杀菌率达99.96%,而且通气杀菌效果好于臭氧水杀菌。关键词:臭氧;耐热菌;非热杀菌中图分类号:TS261.1+7文献标识码:A文章编号:1002-6819(2004)04-01570引言1.2试验方法1.2.1臭氧水制备及浓度测定耐热菌,即酸土环脂芽孢杆菌( alicyclobacillus臭氧水的制备采用向水中通入臭氧气体的方法获acidoterrestris),是苹果浓缩汁生产中最重要的目标控得,通气时臭氧气体须经过一个砂芯,以提高其溶解度制微生物之—其耐热性很强,苹果汁中的耐热菌孢子在臭氧水浓度的测定方法执行中华人民共和国城镇建设行杀菌温度为90C时其D值(十进制衰减时间,即在某业标准《臭氧发生器臭氧浓度、产量、电耗的测量》(CJ/特定的温度下,杀死给定体系微生物总量的90%所需要T3028.2-94的时间)达23min,能够经受果汁加工中巴氏杀菌过程1.2.2悬液定量杀菌试验而存活,因此,果汁中耐热菌的杀菌技术对传统的热力杀1)试验中菌的回收方法为,分别向装有0.5mL耐菌方法提出了挑战。臭氧是一种高效、广谱的杀菌剂,它热菌悬液(含菌量5×104~5×10°cfu/mL)的试管中加具有杀菌力强,作用时间短,无残留等特点已广泛应用入4.5mL浓度为31.1mg/L和3.11mg/L的臭氧水,于饮用水和医院等的消毒程序,但在果汁加工中尚未得混匀,作用至预定时间,各取0.5mL菌药混合液,分别到应用加入盛有4.5mL中和剂(含0.5%NaSO3的磷酸盐缓耐热菌最初是在热的温泉水中发现的,随后该属细冲液,pH7.2)的试管中,混匀作用10min后平板计数法菌陆续在果园土壤以及森林等非热环境中发现。苹果进行活菌计数,计算杀灭率。汁中耐热菌的来源主要是由于苹果在采收贮运过程中泥2)向悬菌液中直接通入臭氧气,悬液体积为100土对其表面的污染,只要在加工时采取有效的清洗技mL,臭氧通气量5g/h,室温18~20C。从臭氧接触菌液术,是可以从源头上防止的。因此,根据臭氧的杀菌特点开始计时,分别作用1、2、3、4、5、6、7min后转移悬菌液,和在水中的溶解特性,利用臭氧水加强对原料果的清洗,加入中和剂进行活菌计数。以不通气的菌液为对照杀菌杀灭果皮表面的耐热菌,杜绝果汁后续污染是防止苹果率的计算方法同1)汁耐热菌超标的有效途径。本文研究了臭氧在水中的溶3)计算杀菌率时的菌液浓度(cfu/mL),采用稀释解衰减特性及在常温下对苹果表面耐热菌的杀菌效果,过程前的原始菌液浓度可为苹果汁生产中应用非热杀菌技术提供依据1.2.3模拟试验1材料与方法以完整苹果为原料,苹果表皮被接种上耐热菌后(接种量约9×10°cfu/g,此处g为带表皮苹果的质量),用通1.1主要材料与仪器有臭氧气的水清洗苹果。作用至预定时间,沿苹果经线纵臭氧发生器:由湖南远超臭氧设备有限公司提供向呈桔瓣状切取约5g带表皮苹果用洗脱液洗脱,然后( YCYGC-0005型,产臭氧量5g/h)。对洗脱液进行活菌计数,计算杀灭率耐热菌( Alicyclobacillus acidoterrestris):从陕西恒兴果汁饮料有限公司苹果汁中分离培养。2结果与讨论K氏培养基:按美国库格实验室( Krueger Food2.1aboratories inc)的标准配制。Y中国煤化工CNMHG定体积的水中并开始计时,定测疋昊氧孤时浓度,结果表明:臭氧浓度随通收稿日期:2003-11-27修订日期:2004-06-18气时间的延长而升高,通气25min后臭氧水中臭氧浓度基金项目:国家“十五”重大专顶“优质鲜榨苹果汁和浑浊型苹果汁加工关键技术研究”(2001BA501A21上升趋势渐渐平缓。且随着吸收液体积的增加,臭氧浓度作者简仿荧据95-),映西富平人教授,CSAE高级会员映西达到平衡的时间有所延长(图1)西安陕西师范大学食品工程系,710062出现以上结果的原因是臭氧在水中的溶解度服从158农业工程学报2004年Henry定律8。臭氧溶解度随其在溶液中平衡压力的增大而增加,在试验过程中,随着通气时间的延长,臭氧在结果表明:高浓度的臭氧水杀灭耐热菌的效率较强,水中的平衡压力逐渐减小,溶解度也随之减小,造成浓度浓度为31.1mg/L的臭氧水对耐热菌悬液作用5min增加的幅度越来越小杀菌率可达到99.14%;低浓度的臭氧水则需延长作用时间才能得到较为理想的杀菌效果。浓度为3.11mg/L吸收液体积的臭氧水对耐热菌悬液作用5min杀菌率仅为76.3%,300mL作用15min可达到99.49%。王芳等人1研究得出,浓度为12.0mg/L的臭氧水对枯草杆菌黑色变种芽孢作用20min,杀菌率为99.91%,本研究结果与王芳等人结通气时间/min论有差异,其原因可能是菌种不同、试验条件不同所致。以上试验重复3次,结果为平均值,室温16~18C2.3.2通气悬液杀菌图1臭氧浓度随通气时间变化曲线通气悬液杀菌的试验结果如表2所示。Fig 1 Relationship between ozone concentration表2通气杀菌试验结果d blo2.2臭氧水稳定性的测定water on Alicyclobacillus新制备的臭氧水在实验室条件下放置,定时测定其通气时间消毒组菌落总数对照组菌落总数杀菌率残余臭氧浓度。臭氧水中臭氧自然降解情况如图2所示。5×104结果表明:在室温16~18C的条件下,臭氧水自然降解2.5×103的衰减方程为:y=24.98707-4.60993nx,r=0.5×1099814(其中臭氧浓度,mg/L-;x—放置时间,min),其半衰期为21min6该结果也可以用 Henry定律来解释,即臭氧在空气5×10100中的含量极低,故分压也极低,迫使水中臭氧从水和空气注:以上试验重复5次,结果为平均值的界面上逸出,使水中臭氧浓度总是处于不断降低状态结果表明:通气杀菌方法对耐热菌杀菌效果显著,通气1min,杀菌率达93.8%;通气6mn即可达到完全灭困2.3.3杀菌方法比较对悬液杀菌和通气杀菌进行对比,臭氧水浓度经检放量时间/min测为30mg/L,杀菌作用时间取1、3、5、7min,试验结果如表3所示。以上试验重复3次,结果为平均值,室温16~18C图2臭氧水自然降解曲线表3杀菌方法对杀菌率的影响Fig 2 Relationship between concentrationTable 3 Influences of different methods on sterilizing ratesof ozone water and degradation time不同作用时间的杀菌率对照组菌落总数作用方法2.3杀菌方式比较I min 3 min 57 ImlIncfu·m试验中臭氧与耐热菌的接触采用臭氧水悬液杀菌和悬液杀菌88.3.3×10通气悬液杀菌两种方式。通气杀菌94.90199.98100.003.3×1032.3.1臭氧水悬液杀菌注:以上试验重复5次,结果为平均值利用悬液杀菌方法对耐热菌进行杀菌。不同浓度结果表明:往悬菌液中直接通入臭氧气的杀菌方法的臭氧水和杀菌时间对杀菌率的影响结果见表要明显优于臭氧水杀菌。这可能是由于气液接触面的液表1臭氧水浓度对杀菌率的影响膜上的减体,而使吹入臭氧气相Table 1 Sterilizing effect of different ozone water中国煤化对于直这一结果concentration on alicvclobacillCNMHG能高的原因与Achh人…的研九后一致。因此载体试验采用臭氧水浓度不同作用时间的杀菌率%对照组菌落总数通气方式进行。101 5 min2.4载体试验结果99,601.4×1053.1193.489.491,4×10°苹果表皮被接种上耐热菌后(接种量约9×103cfu/g)注:以上试验重复5次,结果为平均值。用通有臭氧气的水(30mg/L)清洗苹果。结果如表4所示第4期仇农学等:臭氧溶解特性及对耐热菌非热杀菌的研究159表4臭氧对苹果表面的耐热菌的杀菌效果Table 4 Sterilizing effect of blowing ozone water参考文献]on Alic yclobacillus on surface of apple[1] Filipa V, Silva M, Paul Gibbs. Alicyclobacillus作用时间消毒组菌落总数对照组菌落总数杀菌率acidoterrestris spores in fruit product and design ofnitipasturization process [J]. Trends in Food Science1.9×102Technology, 2001.(12):68-74.1.5×108.6×10398.31.0×108.6×103[2] Jensen N. Alicyclobacillus-a new challenge for the fooddustry [J], Food Australia,1999,51(1.2)8.6×103[3 Pontius A J, Rushing J E, Foe geding P M. Heat注:以上试验重复5次,结果为平均值。esistance of Alicyclobacillus acidoterrestris spores asaffected by various pH values and organic acids[J]. J Food通过试验我们发现:臭氧对苹果表面的耐热菌有较Prot,1998,61:41-46好的杀灭效果,在洗苹果水中通入臭氧气5min可使耐4]王思新,焦中高,王晓燕.浓缩苹果汁加工中耐热菌的分析热菌残存率下降99.1%,这和孔凡生等人2的研究结果与控制[J.食品科学,2000,21(9):54-56基本一致。由于耐热菌只存在于苹果表面,所以利用臭氧[5]http://www.kfl.com/index.html加强清洗效果,可大大减轻后续工序果汁杀菌的压力,同[6]赵斌,何绍江.微生物学实验[M].北京:科学出版社2002,69-72时能防止设备被耐热菌污染。7]林爱红,黄惠英.多功能臭氧果菜解毒机杀菌效果的试验观3结论察[].现代预防医学,2002,29(3):361-3628]韩德刚,高执棣,高盘良.物理化学[M].北京:高等教育出版1)臭氧与水接触最初10min水中臭氧浓度增加很社,2001快,20min后臭氧浓度增加非常缓慢。[9]薛广波.实用消毒学[M].北京:人民军医出版社2)臭氧水在室温16~18C条件下的半衰期为21[10]王芳,刘育京,张文福.臭氧水稳定性及杀菌性能的试验min,所以在利用臭氧水进行杀菌时,应考虑其半衰期的观察[].中国消毒学杂志,1999,16(2)影响。[11] Achen M, Yousef A E. Efficacy of ozone against3)臭氧浓度为31.1mg/L的臭氧水对耐热菌作用escherichia coli O157: H7 on apples [J]. Journal of Foo15min,杀菌率达99.96%Science,2001,66(9):1380-1384[12]孔凡生,徐延伟,等.臭氧水杀菌效果与稳定性的4)研究发现,在本试验条件下,臭氧通气的杀菌效试验观察「].现代预防医学,2002,29(4):543-547果要好于臭氧水的杀菌效果。Solution properties of ozone in water and its non-thermalsterilizing effect on AlicyclobacillusQiu Nongxue, Chen Ying( Department of Food Engineering, Shaanxi Normal University, Xi'an 710062, China)Abstract The study on the solution and attenuation properties of ozone in water and the lethal effect of ozone wateron Alicyclobacillus on apple surface was conducted. The emphases were put on sterilizing tests by using blowingozone water and ozonized water of different concentrations. The results were validated by simulated sterilizing usingAlicyclobacillus inoculated apples. The results showed that ozone water with concentration of 31 mg/L could kill99.96% of Alicyclobacillus in 15 min, and sterilizing effect was better by using blowing ozone water than by usingozonized waterKey words: ozone; Alic yclobacillus: non-thermal sterilizationH中国煤化工CNMHG