不同模式催化式紅外輻射對香蔥殺菌效果及品質的影響

(江蘇大學食品與生物工程學院,江蘇省食品物理加工重點實驗室,江蘇鎮江 212013)

香蔥具有較高的營養價值,香蔥內的蒜辣素能刺激機體消化液的分泌,同時可抑制癌細胞的生長[1],而其所含有的大蒜素則具有殺菌、消毒的作用[2]。脫水干燥是香蔥加工的一個重要方式,脫水香蔥因其使用方便,儲存時間長,廣泛用于調味品行業,是我國重要的出口脫水蔬菜之一[3]。微生物指標是進出口果蔬嚴控的指標之一,所以生產加工過程中對微生物的控制至關重要。

脫水香蔥的生產工藝主要包括整理、清洗、切分、干燥、包裝等步驟[4],其中殺菌主要在清洗的步驟中完成,熱風干燥也能達到一定的殺菌效果。目前由于技術成熟、操作方便、處理量大,企業廣泛在清洗過程中添加次氯酸鈉溶液進行前期的減菌處理。但次氯酸鈉易與有機物發生化學反應,產生三氯甲烷、四氯化碳、二惡因等一類致癌的氯代有機化合物,對水體環境造成污染[5],還會造成香蔥表面色澤發黑,口味變淡,使香蔥質構發生變化,不利于干燥前的剪切。

催化式紅外輻射是近年來新興的蔬菜脫水干燥技術,其主要利用天然氣代替電能,利用紅外輻射對物料進行加熱以達到脫水干燥的目的。具有熱效率高、節能環保、設備簡單等優點[6-8]。在脫水香蔥加工中可利用催化式紅外輻射在清水清洗和切分步驟后對香蔥進行熱殺菌,從而避免次氯酸鈉的使用,在后續干燥過程中也可代替傳統的熱風干燥節約能源。國內外就催化式紅外輻射技術對食品殺菌干燥展開了大量實驗并取得了顯著的效果[9-15]。Wang等[9]通過催化式紅外輻射結合保溫處理,對新鮮稻谷中黃曲霉孢子進行殺菌,紅外60 ℃處理后保溫120 min能夠降低8.3 lg CFU/g并去除5.3%水分(濕基)。因此,催化式紅外輻射技術有望取代氯化物殺菌,減少環境污染,提升脫水香蔥產業的發展[16]。

目前國內外利用催化式紅外輻射對香蔥進行減菌處理的研究較少,本文的目的為研究不同模式和溫度下紅外輻射對香蔥的殺菌效果,并對不同條件處理后香蔥的品質進行分析。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

TM350手持式紅外測溫儀 Tecmen電子有限公司(香港,中國);JYL-C012果蔬榨汁機 九陽股份有限公司(杭州,浙江,中國);XH-C漩渦混合器 金壇市醫療儀器廠;TGL-16高速臺式冷凍離心機 長沙湘儀離心機儀器有限公司;WFJ 7200型可見分光光度計 尤尼柯(上海)儀器有限公司;FNH310色差儀 深圳H恩馳科技有限公司;催化式紅外設備 鎮江美博紅外科技有限公司(圖1),催化式紅外設備由上下兩塊催化式紅外加熱板(30 cm×60 cm)和處理室(長:100 cm×高:100 cm×寬:60 cm)組成。

圖1 催化式紅外設備Fig.1 CIR(catalytic infrared)dehydrator

1.2 實驗方法

1.2.1 原料預處理 實驗前將香蔥從冷藏室中取出,放至室溫(25 ℃)待用。選擇顏色鮮艷,結構規整,無機械損傷的部分,清洗,切成長度為1 cm的蔥段。

1.2.2 催化式紅外殺菌處理 紅外加熱的溫度主要是通過控制紅外輻射距離來實現。使用前先將催化式紅外發生器預熱15 min,然后通過氣體控制閥通入液化氣后點火,試驗過程通氣閥氣壓控制在1.5 kPa,工作時催化式紅外發生器的表面溫度可達到(395±5) ℃。實驗過程中采用兩種加熱模式,即只開上板或者同時開啟上下兩塊紅外加熱板進行研究,以下步驟簡稱單板、雙板,每塊板功率為0.9 kW。

前期預實驗,將切好的香蔥單層平鋪在金屬網上,打開催化式紅外加熱設備,選擇紅外加熱模式(單板或雙板),將金屬網放入樣品架上,用手持紅外測溫儀測定香蔥表面溫度。由于香蔥葉片薄,表面積大,測量過程中發現輻照距離一定時,在加熱過程中香蔥表面溫度快速升至一定數值后趨于穩定,故認定加熱過程中,輻射距離一定,香蔥表面溫度不變。通過預實驗發現,采用單板紅外加熱時,只開啟上方加熱板,當加熱板與樣品距離為35、25、15、8、4 cm時,對應香蔥表面溫度分別為50、60、70、80、90 ℃;采用雙板加熱時,同時開啟上下兩塊加熱板,當上下兩塊加熱板與樣品距離均為36、30、26、20 cm時,所對應香蔥表面溫度分別為60、70、80、90 ℃。

將切好的香蔥均勻單層平鋪在金屬網上,開啟催化式紅外設備,加熱板溫度穩定后,將金屬網放入紅外發生器上進行殺菌實驗。實驗分別采用單板(上板)和雙板(上下兩塊紅外板)兩種紅外輻射模式對香蔥進行殺菌研究,單板采用50、60、70、80、90 ℃五個溫度梯度,每隔1 min取樣一次;雙板采用60、70、80、90 ℃四個溫度梯度,每隔30 s取樣一次。所有實驗結果重復三次,取平均值。預實驗中由于單板50 ℃處理對大腸菌群減菌效果達不到要求,故在微生物測定后未對此溫度下處理樣品的水分含量、顏色和維生素C含量進行測定。

1.2.3 微生物測定 對處理前后的香蔥進行微生物含量測定。香蔥菌落總數測定方法參照GB/T 4789.2-2016[17],其中細菌總數的對數值用lg CFU/g表示;大腸菌群測定方法參照GB/T 4789.3-2016[18],采用最可能數計數法(MPN),根據復發酵實驗確證的大腸菌群LST陽性管數,檢索MPN表。

NY5184-2002《無公害脫水蔬菜標準》[19]中規定了脫水蔬菜的微生物指標為細菌總數≤100000 CFU/g,即lg CFU/g≤5,大腸菌群數≤100 CFU/g。

作為教育產品的提供者，對高職院校來說品牌象征著綜合競爭力和社會影響力。在日趨激烈的教育市場競爭環境中，在國家政策的引導下，公辦職業院校正經歷著中等學?！盃幣谱印?、心系升本“升牌子”、評估等級“保牌子”、示范院?！皠撆谱印钡哪ゾ?。部分公辦高職院校被傳統的觀念束縛，認為只有民辦院校才需要進行品牌建設、廣告公關傳播、宣傳推廣，即使有些公辦高職院校領導已經意識到品牌建設的重要性，但學校中并沒有成立專業的團隊對院校的品牌進行建設，更沒有成立專門的機構對品牌進行建設與維護，相對于企業而言，品牌建設在高職院校中還處于摸索階段。

1.2.4 水分含量測定 參照GB/T 5009.3-2010[20]用直接干燥法對處理前后香蔥水分含量進行測定。處理前對樣品稱重,不同條件處理后將樣品取出置于105 ℃烘箱干燥3 h,取出放入干燥器中冷卻0.5 h測定樣品中干燥減失的重量,再通過干燥前后稱量數值計算出水分含量。

式(1)

式中:MC為香蔥濕基水分含量,%;m1為香蔥初始質量,g;m2為香蔥烘干后質量,g。

1.2.5 顏色測定 采用色差儀測定香蔥表面顏色。測量時隨機選取托盤內的香蔥葉片部分,將色差儀的光孔垂直壓在香蔥表面上輕壓、讀數,每組重復10次。取每個部分的色差平均值記為香蔥表面的色值,實驗選用Lab表色系統[21],其中L*值表示亮度,數值越大顏色越亮;a*值表示紅色/綠色值,負值絕對值越大顏色越綠;b*值表示黃色/藍色值,正值越大,顏色越接近黃色。下標0代表新鮮香蔥的顏色值。顏色變化值ΔE通過公式(1)計算所得,ΔE值越大,表示產品的顏色變化越大。

式(2)

1.2.6 維生素C含量測定 本實驗參照馬宏飛[22]的方法,利用維生素C對紫外產生吸收和對堿不穩定的特點,用紫外分光光度計測量維生素C含量。稱取10.0 g香蔥樣品于研缽中,加入10 mL 1% HCl,勻漿后轉移到50 mL容量瓶中,定容后移至離心管中4000 r/min離心10 min得到上清液為待測提取液。取1.0 mL提取液放入盛有2 mL 10% HCl的50 mL容量瓶中定容,以蒸餾水為空白,在最大吸收波長處測定其吸光度。吸取1.0 mL提取液、10 mL蒸餾水和4 mL 1 mol/L NaOH溶液放入50 mL容量瓶中,搖勻靜置20 min后加入4 mL 10% HCl,混勻定容,以蒸餾水為空白,在最大吸收波長243.4 nm處測定其吸光度。待測香蔥提取液與堿處理香蔥提取液的吸光度之差即為香蔥樣品吸光度。測得香蔥樣品的吸光度后,依據標準曲線方程,計算香蔥中維生素C的含量:

式(3)

式中:VC為維生素C的含量,mg/100 g;c為由香蔥吸光度從標準曲線方程計算得到的維生素C濃度,μg/mL;V1為測吸光度時吸取樣品溶液的體積,mL;V2為吸取樣品定容總體積,mL;V3為待測樣品總體積,mL;W為香蔥質量,g;100為100 g香蔥。

1.3 數據處理

數據處理和統計分析采用SPSS 17.0統計分析軟件。

2 結果與分析

2.1 單板和雙板不同溫度條件下對總菌落的殺菌效果

單板和雙板紅外輻射在不同溫度條件下對香蔥殺菌效果如圖2所示。

圖2 單雙板模式下不同溫度紅外處理后的菌落總數Fig.2 Number of colonies at different temperatures usingsingle-and double-plate modes of infrared treatment 注:A:單板;B:雙板。

圖2(A)中,香蔥表面菌落總數隨著處理時間的延長而減少,在50、60、70、80、90 ℃條件下處理5 min后,菌落總數趨于平穩,殺菌效果增加緩慢,時香蔥表面剩余菌落總數分別為4.94、4.46、4.15、4.11、3.80 lg CFU/g,低于《無公害脫水蔬菜標準》規定的5 lg CFU/g。其中,60 ℃以上處理3 min即可達到菌落總數的減菌標準。在3 min時殺菌速率達到最大值,此時50、60、70、80、90 ℃殺菌速率為0.36、0.65、0.65、0.79、0.87(lg CFU/g)/min。在只考慮殺菌效果的情況下,溫度越高,殺菌效果越好,殺菌效率越高。

在圖2(B)中,雙板模式下因為加熱強度大于單板,在相同溫度條件下,短時間內可以達到快速殺菌效果。從圖2(B)中可以看出,在雙板條件下,因為紅外熱輻射強度大,不同溫度的殺菌效果無顯著性差異。雙板60、70、80、90 ℃殺菌2 min后剩殘留落總數分別為4.40、4.32、4.15、4.14 lg CFU/g。其中,60 ℃以上處理1 min即可達到菌落總數的減菌標準。在1 min殺菌速率達到最大值,此時60、70、80、90 ℃殺菌速率為2.26、2.48、2.54、2.65(lg CFU/g)/min,菌速率顯著高于單板條件。主要是由于上下同時加熱樣品受熱均勻溫度快速升高,微生物尚未產生熱適應性而迅速失活。

表1 不同紅外熱輻射模式不同溫度下處理后大腸菌群數Table 1 Count numbers of E. coli treated at different modes and temperatures of infrared radiation

綜上,催化式紅外輻射對香蔥表面菌落總數的殺菌效果隨著殺菌時間、溫度和強度增加而增加,隨后趨于穩定。單板模式50、60、70、80、90 ℃輻射5 min,雙板模式60、70、80、90 ℃輻射1 min,樣品表面剩余菌落總數<5 lg CFU/g,可以滿足對總菌落的減菌要求。楊繼紅[23]利用紅外輻射結合保溫處理對巴旦木進行殺菌處理,紅外加熱100 s后在90 ℃保溫10 min,片球菌減少了5.68 lg CFU/g,而在70 ℃保溫60 min僅降低3.23 lg CFU/g。這說明紅外熱輻射能夠在短時間內達到足夠高的溫度,通過干擾微生物的熱適應性來能得到滿意的殺菌效果。

2.2 單板和雙板不同溫度條件下對大腸桿菌的殺菌效果

不同溫度條件下大腸菌群數如表1所示。

大腸桿菌作為一種常見的菌種,是作為評價食品污染程度的重要指標,是國際上公認的衛生監測指示菌[24]。溫度越高,強度越大,紅外對大腸桿菌的殺菌效果越好。由表1可知,相同時間內,溫度越高,大腸桿菌殘存菌落數量越少。表1中單板50 ℃條件下殺菌3 min,大腸桿菌的菌落總數為15000 MPN/g,而70 ℃條件下殺菌3 min,大腸菌群數約降低十倍,80 ℃和90 ℃條件下,大腸桿菌的菌落總數約縮小1000倍。時間對殺菌效果影響相對較小,在60 ℃條件下處理3～6 min,大腸桿菌數量均處于一個數量級。在單板80、90 ℃條件下處理3 min可達到《無公害脫水蔬菜標準》所規定的低于100 MPN/g。雙板加熱條件下,催化式紅外對香蔥表面大腸桿菌的殺菌效果明顯,60 ℃以上條件下處理1 min時香蔥表面的大腸菌群數已達到《無公害脫水蔬菜標準》的規定。綜上所述,單板模式下香蔥溫度80、90 ℃殺菌3 min,雙板模式下香蔥溫度60、70、80、90 ℃殺菌1 min,大腸菌群<100 MPN/g,可以滿足減菌要求。

2.3 殺菌同步干燥過程研究

單板和雙板兩種模式下殺菌過程中香蔥濕基含水率變化如圖3所示。

圖3 單雙板模式下不同距離處理后香蔥含水率變化Fig.3 Moisture content of chives treated by single-anddouble-plate modes of infrared at different distances 注:A:單板;B:雙板。

由圖3可知,在殺菌同步干燥過程中,濕基含水率隨著時間的增加而減少,溫度越高,濕基含水率越低。圖3(A)中,單板模式處理過程中的水分含量變化隨著溫度的不同變化不同。單板加熱5 min時,60、70、80、90 ℃的濕基含水率分別為87.84%、86.82%、83.47%、74.21%。60和90 ℃水分減少量差異顯著,分別為12.16%和25.79%。圖3(B)中,雙板模式處理過程中,60和70 ℃的干燥曲線較為一致,80和90 ℃的干燥情況相近。雙板加熱1.5 min,60和90 ℃水分減少量分別為13.48%和17.24%。

綜上所述,使用催化式紅外熱輻射對香蔥殺菌的同時,可以同步去除12.16%～25.76%的水分,節省了后續干燥時間和能耗,省去了工業中清洗次氯酸鈉溶液的工藝,減少了水資源的消耗。

2.4 香蔥色澤變化

催化式紅外在單、雙板兩種模式下不同溫度殺菌后香蔥的色澤變化如表2所示。

表2 單雙板模式處理后香蔥色澤變化Table 2 Color changes of chives with single-and double-plate modes of treatment

注:同列數據中不同字母代表差異顯著(P<0.05)。

表3 單雙板模式處理后香蔥維生素C含量變化(mg/100 g)Table 3 Changes of vitamin C content of chives with single-and double-plate modes of treatment(mg/100 g)

注:同行數據中不同字母代表差異顯著(P<0.05)。從表2顯示的結果看,兩種模式下L*隨處理溫度的升高而有增大的趨勢,即亮度稍有增大,這是由于水分含量逐漸降低,顏色變得鮮亮,但差異不顯著(P>0.05);單板模式下,由a*和b*的測定結果可知,紅外輻射處理后,樣品顏色變綠;雙板模式下a*和b*無顯著性變化。ΔE變化不大,感官上未出現樣品發黃的現象,這與張鑫[13]利用催化式紅外輻射對菠菜進行殺菌的色澤結果接近,顏色變化遠遠低于高溫蒸汽滅菌(ΔE=21.61)。且本研究中經紅外熱輻射處理的香蔥色澤更為青綠,這是由于紅外輻射能夠同步進行殺青,阻止過氧化物酶導致的褐變[25-26]。綜上所述,紅外輻射殺菌有利于保持香蔥的原色澤。

2.5 香蔥維生素C含量變化

在同一模式下,溫度越高,維生素C的損失率越大。維生素C的保留率為初始的40.7%～79.7%。單板70 ℃處理或雙板60 ℃處理開始出現顯著性降低(P<0.05)。單板模式殺菌后維生素C含量在12.95～16.06 mg/100 g之間,60 ℃香蔥維生素C含量最高,為16.06 mg/100 g。雙板模式殺菌后維生素C含量在8.21～11.23 mg/100 g之間。維生素C是熱敏性水溶性維生素,且易隨水溶液流失[27],相較于傳統的蒸汽殺菌或次氯酸鈉溶液浸泡式殺菌,紅外熱輻射處理無需使用水等溶劑、處理溫度較低、處理時間短,因此能夠保留更多的維生素C。綜合所得減菌效果、色澤和VC含量可以得出,不同模式下,使香蔥達到減菌要求且保持好的品質的適宜溫度和時間為:單板模式下80、90 ℃處理3 min,雙板模式下60、70、80、90 ℃處理1 min。

3 結論

研究了催化式紅外設備在單板和雙板兩種模式不同溫度下對香蔥的殺菌效果。溫度越高、強度越大,殺菌效果越好。確定了殺菌時間,單板模式50、60、70、80、90 ℃輻射5 min,雙板模式60、70、80、90 ℃輻射1 min可以滿足減菌要求。在單板模式下,殺菌速率在3 min時達到最大值;雙板模式下,在1 min時殺菌速率達到最大值。殺菌過程中,香蔥水分含量隨著殺菌時間的增加而減少,溫度越高,去除的水分越快。不同溫度下殺菌后可去除香蔥內部12.16%～25.76%的水分。單板模式處理后樣品顏色變鮮綠;雙板模式處理后,顏色在感官上未出現樣品發黃的現象。維生素C本身較不穩定,單板模式殺菌后維生素C含量在12.95～16.06 mg/100 g之間,雙板模式殺菌后維生素C含量在8.21～11.23 mg/100 g之間。綜上所述,不同模式下,使香蔥達到減菌要求且保持好的品質的適宜溫度和時間為:單板模式下80、90 ℃處理3 min,雙板模式下60、70、80、90 ℃處理1 min。