高密度二氧化碳对牛初乳的杀菌效果及对理化性质影响（已处理）

高密度二氧化碳对牛初乳的杀菌效果及对理化性质影响（已处理） 第25卷第4期 农业工程学报 、b1(25No(4 260 2009年4月 TransactionsofthcCSAE Apr(2009 高密度二氧化碳对牛初乳的杀菌效果及对理化性质影响 廖红梅1，一，周林燕L2，廖小军1趟，张燕L2，胡小松1，2 I(农业部果蔬加工重点开放实验室，北京100083;2(中国农业大学食品与营养工程学院，北京100083 摘要:高密度二氧化碳 DPCD 杀菌技术是目前越来越受关注的非热杀菌技术之一。本文研究了20MPa、3TC条件 MPa、 下DPCD对牛初乳的杀菌效果。并探讨了经过处理后牛初乳粒度、黏度、色泽、pH值等的变化。结果表明在20 37"C的DPCD处理30 min以上条件能较好地杀灭牛初乳中的细菌，同时牛初乳发生了色泽变亮、粒度增大、黏度和pH 值均降低等变化。 关键词:高密度二氧化碳，非热杀菌，物理性质，化学性质，牛初乳 中图分类号:0521+(9，TS252(41文献标识码:A 廖红梅，周林燕，廖小军，等(高密度二氧化碳对牛初乳的杀菌效果及对理化性质影响[J](农业工程学报，2009，25 4 : 260―264( Liao a1(Effectsofdense carbondioxideonsterilizationand Hongmei，ZhouLinyan，LiaoXiaojun，et phase physical(chemical ofbovine ofthe Chinese们tlI properties colostrum[J】(TransactionsCSAE，2009,25 4 :260--264( inEnglishabstract 0引言 求，并且基本保持了鲜奶的色泽和风味【刖。DPCD杀菌技 术在牛奶的杀菌中的应用已有报道【9。1o】，对牛初乳的杀菌 PhaseCarbonDioxide， 利用高密度二氧化碳 Dense 则未见报道。采用DPCD杀菌技术对牛初乳进行杀菌能避 DPCD 在低温条件下杀菌钝酶是一种新型有效非热杀菌 免热杀菌带来的不良效应。本文分析了DPCD技术对牛初 技术。该技术通过C02的分子效应来影响杀菌和钝酶，避 乳中细菌的杀菌效果，并探讨了经DPCD处理后牛初乳的 免了热加工对食品所带来的不良效应，很好地保持了食 色泽、黏度、粒度和pH值等的变化，以期为DPCD杀菌技 品营养、风味和新鲜度等品质，是一种绿色洁净技术。 术在牛初乳中的应用提供参考。 近十几年来越来越引起各国研究者的注意，已被用于液 态食品的杀菌钝酶ll。J。 1材料与方法 牛初乳是近年来功能性乳品开发的热点，被誉为“21 1(1试验材料与仪器 世纪的保健食品”。作为一种相当有前景的生长促进剂 牛初乳:市售。 和提高免疫力的功能性食品，牛初乳被国外科学家描述 营养琼脂培养基 北京奥博星科技有限公司 ;孟加 为“大自然赐给人类的真正的白金食品”，已遍及全球 拉红培养基 北京奥博星科技有限公司 。 市场【4】。牛初乳色黄，有苦味和异臭味，其蛋白质、脂肪、 无机盐及维生素等含量丰富，均显著高于常乳。由于含 激光粒度仪 美国北克曼库尔特公司 ;SC一80C全自动 丰富的乳白蛋白和乳球蛋白，耐热性能差，加热至60"C 色差仪 北京康光仪器厂 ;868pH计 美国奥立龙 ; 以上即开始形成凝块【5】，所以加热杀菌不适合牛初乳，会 高密度二氧化碳杀菌机 中国农业大学研制，型号 产生热臭等不良反应。 采用非热杀菌技术对牛初乳杀菌成为一种发展趋 势。2003年王浩等研究了辐照对牛初乳粉中微生物的影 响，结果表明当辐照剂量达到8kGy时能够基本完全杀灭 牛初乳粉中的微牛物【6】。王丽颖等采用高压脉冲电场技术 处理牛初乳，并证明用高压脉冲电场加工牛初乳是可行 的，且提出了较为优化的处理条件参刿7】。高梦祥等采用 脉冲磁场对鲜奶进行杀菌试验，结果表明脉冲磁场杀菌 后的牛奶细菌总数和大肠菌群数能够达到商业无菌要 收稿日期:2008-05-08修订日期:2009-03-24 基金项目:国家“十一五”科技支撑计划 2006BAD05A02 ;国家自然基 1(C h气瓶2(CO:过滤器3(压力表4(低温冷却槽5(高压C02 金 30571297 :教育部新世纪优秀人才支持计划 NcET(06-o109 作者简介:廖红梅 1983一 ，女，湖南常宁人，博士研究生，主要从事食 调频泵6(压力传感器7(物料收集超净台8(处理釜9(热偶温度计 品非热加工技术方面研究。北京 中国农业大学食品科学与营养工程学院， 10(恒温水浴11(真空泵12(控制面板 100083。Ernail:hmeiliao@163(com 图l 高密度二氧化碳杀茵设备流程图 ※通讯作者:廖小军 1966一 ，男。江西新余人，教授，博士生导师，研 FlowchartofDensePhaseCarbon 究方向为食品非热加工技术和果蔬加工技术等方面。北京中国农业大学食 Fig(1 sterilization 品科学与营养工程学院，100083(F(mail:liaoxjun@hotmail(咖 processing 万方数据 第4期 廖红梅等:高密度二氧化碳对牛初乳的杀菌效果及对理化性质影响 261 1(2方法 图2为DPCD处理对牛初乳中细菌的杀菌效果。从图 1(2(1样品前处理及DPCD处理 中可以看出，DPCD处理对牛初乳中微生物的杀菌分为两 取出储藏在4"C条件下的牛初乳 初始细菌总数达个阶段:处理时间低于30rain时，细菌总数没有显著降低 7 1(58×10cfu,mL ，无菌操作量取25mL牛初乳于已灭菌 rain时，牛初乳 效果 p O(05 ;而当处理时间超过30 mL 的50mL塑料离心管中，每个处理准备3管，一共75 中细菌总数显著下降 p O(05 。随着处理时间的延长， 牛初乳。立即将分装好的样品置于高密度二氧化碳 DPCD 处理釜中处理，在温和处理条件20MPa、37?随处理时间延长而杀菌效果提高的类似效应已有报 min 道[13,141。在20MPa、37?条件下，处理时间低于30 分别处理30、45、60、75min。处理完毕后缓慢释放C02 至完全，取出样品并立即将其置于4"C条件下暂时储藏。 每个试验重复3次。 要一个扩散过程才能进入细菌细胞内，而牛奶的黏度相 1(2(2细菌总数测定 对较大，C02的扩散需要更多时间;另一方面，由于牛初 51。 采用平板记数法测定细菌总数的变化，以评价高密 乳中脂肪含量相对较高，对细菌有一定的保护作用18’l 度二氧化碳处理的杀菌效果。分别取未处理和经过DPCD 采用一级反应动力学公式分析处理30,75min的杀 处理的牛初-孚L25mL稀释于225mL带有少量玻璃珠的 菌试验结果，得到反应速率常数k为0(0198rainl，D值为 O(85,生理盐水中，再采用lO倍稀释法进行逐级稀释，根116(5 据细菌数量选择合适的稀释度进行逐级稀释，吸取连续3 力学公式可以很好地拟合在第二个阶段DPCD对牛初乳 mL 中细菌的杀菌效果。在第二阶段，随着处理时间的延长， 个不同稀释度的稀释样1(0mL于灭菌平皿中，倒入约15 h。 营养琼脂培养基，摇匀后在 37:L-0(1 ?条件下培养72 60min和75 选择菌落个数在30,300个之间的平皿进行计数并记录。 min之间没有显著差异 p 0(05 。 杀菌效果采用残活率对数值 19 N,No 表示，其中: ?o―DPCD处理前的原始微生物数量，cfu,mL:卜 O DPCD处理后的微牛物数量，efu,rnL。 一‘O??5 杀菌效果分析采用一级反应动力学公式分析 薹。10 蚤。1??5 Ba蛆k&Ramaswamy(1996 【111 ‘2??0 lg[N,No] [,82(303]t ,9 2(303,k (2(5 式中k――在一定的压强和温度条件下反应速率常数， 0 10203040 50 60 70即 min 1:t――处理时间，min;D――指数递减时间，即 时间,rain 在设定的压强和温度条件下微生物数量降低90,所需的 注:标完全相同字母间没有显著性差异，不同字母有显著性差异 ? 0(05 时间，min。 图2 20 1(2(3黏度测定 杀菌效果 立即分别量取约10mL未处理和经DPCD处理后的样 EffectofDPCDtreatmentOllinactivationofbactedumin Fig(2 mm 品用流变仪测定其黏度变化。其中，采用2。、直径为60 bovinecolostrumat20MPaand37? 锥板，剪切速率为0(1,1001,s，25?条件下稳态流动模 式。 2(2粒度 1(2(4粒度测定 图3为20 在离心管液位中部取适量未处理和经DPCD处理的 度的影响。从图3中 可以得知，在同一压强和温度下，随 样品用激光粒度仪测其粒度的分布变化; 着处理时间 延长，粒径在0(1加左右的颗粒数目变小，而 1(2(5 色泽测定 大颗粒所占比例随着处理 时间的延长增大，整个曲线向 样品经过摇匀后用色差仪在反射模式下测定三??、矿、 大粒径方向偏移，说明经过DPCD处理后牛初乳的粒度增 6??值，并计算丝值。其中，三??、口??、6??和?剧邑观测颜色 大了。表1为DPCD处理前后牛初乳的粒度分布变化。结 变化的常用参数。三簟值为亮度指数，日??值表示红绿色， 果表明随着处理时间延长D50、Dgo、平均粒径呈增长趋势。 6??值表示黄蓝色，?E为总色差， 其计算公式如下【12】: 使牛乳中的蛋白发生变性，尤其是乳清蛋白，变性后牛 AE 【?f+一Lo+y+ 口f+-ao宰 2+ 6f+一bo+ 2】“‘ 乳凝纠91。DPCD和高压均采用高于常压处理并结合温度 式中 三o??、ao*和60L未经处理的对照样品的最初测 定值;L，??、口，宰和6，L经处理t时间后的测定值。 的影响，根据已有的高压处理牛乳的结果我们可以推测 1(2(6pH值测定 两种可能解释上述结果:DPCD处理使得牛初乳的性质发 采用pH计测定pH值。 生了改变，如乳清蛋白的变性凝结，蛋白颗粒增大从而 使得粒度增大;另外，在加压和保压过程中CO:气体渗透 2结果与分析 入牛初乳中，但在卸压过程中未完全释放出来，残留的 2(1细菌总数 气体也使得细胞颗粒膨胀变大，进一步影响了粒度。但 万方数据 262 农业工程学报 2009年 处理15 2(4色差 min的试验结果有点例外，可能是由于实验过程操 作不当引起的误差。需进一步试验来验证。 图5表示的是20 初乳,??、口??、6?? 值和色差的影响。由图可看出，在相同 2 压强、(时间的条件下， 工??、口??、6+值随着处理时间的延 O 长而增大，AE值也随 着处理时间的延长而增加。表明牛 8 初乳经过DPCD处理后颜色变亮了，并未产生褐变等反 董嘲鲻 6 应;随着处理时间的延长颜色变得更为鲜亮，与未经处 4 理的牛初乳相比，随处理时间延长这种颜色变亮的趋势 2 更为明显。但是经过处理后的牛初乳的,??、口幸、6奉及此 值变化在15min和30 O 30,75 0 I l 10 min之间变化随时间延长的变化并不显著 p 粒径lure 一步延长处理时间对 牛初乳颜色的变化影响不大。 图3 20MPa、37"C条件下DPCD处理对牛初乳的粒度的影响 An'eolaand MPa、50?、 ParticlesizeofbovinecolostrumtreatedDPCDat Fig(3 by 20MPaand37? 4h 处理橙汁的结果 表明经过处理后颜色变亮【l?;Yagiz and MPa、 表1 DPCD处理前后牛初乳的粒度分布变化 25, 45?、7,9min 处理柑橘汁得到的结果也表明L?? Table1 Particlesizedistributionofbovinecolostnans 增大，6??增大，但是 口奉降低?81。虽然处理对象不同，但 non―treatedandtreatedDPCD by 结果却十分相似，很有 可能是CO:的作用，具体机理有 待进一步研究。 -35 80 7(5 。4(0 7(0 65 毛-45 6(0 55 。5(0 注:D”――小于此值的颗粒的粒径占总体积的50,;D90_―一小于此值的颗 50 粒的粒径占总体积的90,。 -55 4(5 0 1XXXXXXXXXX07080 0 15 30 45 60 75 2(3黏度 时间, rain 时间,min 图4为20MPa、37"C条件下DPCD处理对牛初乳的黏 a(口??值 b(b??值 度的影响。由图可以看出，经过DPCD处理后牛初乳的黏 度都有不同程度降低;但各处理之间黏度变化无明显规 律性。在牛乳中蛋白质和脂肪对乳汁黏度的影响最为显 著【16l。经过20MPa、37。C条件下DPCD处理后牛初乳的黏 度降低，主要原因可能为:一方面乳蛋白结构被破坏， 虽然乳清蛋白凝结等使得颗粒增大，但是整个流体的性 质发生变化，流体的黏度降低;另一方面，在卸压过程 0 15 30 45 60 75 0 15 30 45 60 75 中，牛乳中的部分脂肪被CO:携带出来，降低了脂肪含量， 时问,min 时问,rain 从而使得黏度降低。 c(L‘值d(AE 值 2O 20 图5 MPa(37? 条件下DPCD处理对牛初乳的 l 8 拿 ,+(口??，6??，丝值的影响 I 6 EffectofDPCDtreatmentonthevalues 罨 Fig(5 ofL*,a‘(b+ 蚤 l 4 AE andofbovinecolostrmnat20MPaand37? 嘉 l 2 复 制 1 O 2(5 pH值 毒 O8 在牛乳中，pH值被认为是一种重要的描述牛乳酸度 O6 的指标，它比滴定酸度更有意义。这是因为pH值决定了 (1(0 -05 0 0(5 1(0 1(5 2(0 蛋白结构、酶的活性以及牛乳中酸的解离等【191。图6表 剪切速率对敷,5“ 示的是20 的影响。如图示，经过DPCD处理后，牛初乳的pH值都 20 图4 MPa、37" 2条件下DPCD处理对牛初乳的黏度的影响 有不同程度的降低，处理15,60 EffectofDPCDonthe ofbovinecolostrum rain后pH值显著降低 Fig(4 viscosity at20MPa and37? p 0(05 ，但处理75 万方数据 第4期 廖红梅等:高密度二氧化碳对牛初乳的杀菌效果及对理化性质影响 263 0(05 。可能是由于在DPCD处理牛初乳的过程中，由于 Lin(Irradiationhaveaeffect C02溶解渗透入牛初乳中并转化成碳酸盐等造成其pH值 WangHao，HuangLeping，Shao in onprimarilymicroorganism 降低占主导作用;在相同压强、温度的条件下，随着处 Chinese Agricultural 理时间的延长pH值降低量减少，呈缓慢回升的趋势，但 with Englishabstract 各处理之间差异不显著 p 0(05 。 【7】 王 丽颖，刘秋丽，周庆祥，等(高压脉冲电场加工牛初乳 的研究[J](食品工 业科技，2005，26 1 :49―51( 5 5 WangLiying， LiuQiuli，ZhouQinxiang，et onthe of 5 investigationapplicationhighvoltagepulsed fieldinthe ofbovine 5 electric processing 5 Scienceand ofFood 遥 A Technology 4 --5 Chine?with abstract 1( in English 4 【8】 高梦祥，马海乐，郭康权(强脉冲磁场对牛奶的杀菌效果 4 4加?加竹?鳄如黔如 及其营 养成分的影响研究【J】(农业上程学报，2005，2l 3 : 0 15 30 45 60 75 18l―184( Gao Haile，Guo 时闻,min Mengxiang， Ma effectof fieldanditsinfluenceonnlilk pulsedmagnetic 图6 20 nutrient oftheChinese MPa、37"C条件下DPCD处理对牛初乳pH值的影响 components[J](TransactionsSociety EffectofDPCDtreatmentonthe valueofbovine of Fig(6 pH Agricultural colostrumat20MPaand37? with Chinese Englishabstract 【9】9 SpilimbergoS， MantoanD，DalscrA(Supercriticalgases of of pasteurizationapplejuice[J](Journal 3结论与讨论 Fluids， 2007，40 3 :485--489( P A treatmentof 1 20 【10】HuppertzT，FoxF， KellyL(Highpressure MPa、37?条件下DPCD处理30min以上能较 bovinemilk: effectsofcaseinmiceilesand wheyproteins[J]( 好的杀灭牛初乳中的细菌，防止其腐败变质。DPCD技术 Journal ofDairy 主要是通过CO:的分子效应来实现杀菌的，但具体的杀菌 HS(Ultra treatmentof 【11】Basak high S，Ramaswamy pressure 机理需要通过试验进一步解释; kineticoninactivationof orangejuice:a study pectinmethyl Research 2 经过DPCD处理后牛初乳未发生褐变，色泽稍有 esterase[J](Food 变亮，解决了传统热杀菌对牛奶产生的褐变效应;但粒 --607( 【12】李里特(食品物 性学【M】(北京:中国农业出版社，1998: 度增大、黏度降低、口H值降低，对其悬浮稳定性和口感 323--325( 等会造成一定影响。但综合各方面影响，可以得出DPCD Li of Lite(PhysicalProperties 处理能够较好保留牛初乳的品质和安全，需要进一步试 AgriculturePress， 1998:323--325( inChinese 验以优化处理条件。 Rin Suk Chul a1( Kim,Min KiIll，et 【13】Soo Rhee，Byoung oftheinactivationofSalmonella Modeling typhimuriumby carbondioxidein salineand [参考文献] supercritical physiological of taraman carbondioxide phosphate-bufferedsaline[J](Journal H，Erkmen O(High pressure inactivationkineticsofEscherichiacoliinbroth[J](FoodMethods， 2007，70 1 :132―141( O(Antimirobialeffectof carbondioxide l―16( 【14】Erkmen pressurized Microbiology，2001，18 1 :l on allr纠$inbrothand A(Inactivationof Staphylococcus milk[J]( S，ElvassoreN，Bertucco 【2】2 Spilimbergo inasemi―continuous by C02 microorganismssupercritical Lifu(Antimicrobialeffectof JournalofFood 【15】Linhomu，CaoNingjun，Chen process[J](Italy Science，2003，15 1 :115 carbondioxideonListeria ―124( pressurized Balaban A M eta1( JournalofFood MO，Arreola [3】 G，MarshallR of in Inactivation 【16】曹劲松(初乳功 能性食品[M】(北京:中国轻工业出版社， pectinesteraseorangejuicebysupercritical ofFood 2000:17―19( C02[J】(JournalScience，1991，56 3 :743-750( Cao FoodofBovine [4】 王威，方志权(牛初乳产品标准的建立与管理叨(上海 Jingsong(Functional 标准化月刊，2006， 5 :24--25( Beijing: ChinaLightIndustry and of Chinese WangWei，FangZhiquan(Establishmentmanagement A M M standardsfor Standarization G， BalabanO，MarshallR，et products colostrums[J](Shanghai[17】Arreola effectsonsome attributesof Chinesewith C02 quality singlestrength Monthly，2006， 5 :24―25( inEnglish ofFood abstract orangejuice[J](Journal 【5】5 陆东林(我国牛初乳开发利用的现状、问与对策叨(新 一1033( S MO(Continuous 【18】YagizY，LiraL， Balaban high 疆农业科学，2004， 3 : 190--196( pressure ofmandarin annual of C02 juice[R](In:IFTmeeting Lu status andcountermeasures processing Donglin(Thequo，issues bookof l5―20:NewOrielsLa( and in abstracts; 2005July colostrum utilization development China[J](Xinjiang I Food II(: hast(of nr54F一 Chme辩with Chicago AgriculturalSciences，2004， 3 :190,196( in abstract 16( English 【6】6 王浩，黄乐平，邵琳(辐照对牛初乳中主要微生物的 【19】贾健辉，于国萍(高压脉冲电场杀菌对牛乳理化性质影响 万方数据 农业工程学报 2009焦 of ofChina 的研究等[J】(中国乳品工业，2006，34 4 -29― 31(propertymilk[J](Journal Jia Ontheeffectsof with Jianhui，YuGuoping(Study high 29―31( inChinese Englishabstract electricfieldsOilthe intensitypulsed physico-chemical 0fdense dioxideon Effects carbon sterilizationand phase ? ? ??? nl ’ ? l ? l ? olDOVlnecolostrum DnVSlCal-CnemlCalorooerttes kiao Zhou HongmeiL2jLinyanL2，LiaoXiaojunl2※，ZhangYanl，2， Hu Xiaoson91，2 1(KeyLaboratoryofFruitand 100083，China; ScienceandNutritional Agricultural 100083，China 2(CollegeofFood Engineering，ChinaUniversity， Beo'ing Abstract:Dense PhaseCarbon isoneofthemoreandmore Dioxide DPCD sterilizationtechnology popular non-thermalsterilization effectof of colostrumwas MPa，37? onsterilizationbovine technologies(TheDPCD 20 valueof of and bovinecolostrumwerealsobeendiscussed( investigated(Thechangesparticlesize，viscosity，colourpH neresultsindicatedthatthebacteriainthebovinecolostrumcouldbe sterilizedDPCDat20MPaand effectivelyby 37"Cformore than30 bovinecolostrumbecame its size its and min，the increased，but brighter，andparticle viscositypH valuedecreased( words:densecarbon Key dioxide，non-thermalsterilization，physical phase properties，chemical colostnma 万方数据