臭氧溶解特性及對耐熱菌非熱殺菌的研究

第20卷第4期農業(yè)工程學(xué)報Vol.20 No.42004年7月Transactions of the CSAEJuly 2004157臭氧溶解特性及對耐熱菌非熱殺菌的研究仇農學(xué)，陳穎(陜西師范大學(xué)食品工程系,西安710062)摘要:該文研究了臭氧在水中的溶解衰減特性及對蘋(píng)果表面耐熱菌的殺菌效果;分別采用通氣懸液殺菌和不同濃度臭氧水懸液殺菌進(jìn)行試驗,并用蘋(píng)果作為耐熱菌的載體進(jìn)行了模擬驗證;研究結果表明:濃度為31.1mg/L的臭氧水對耐熱菌作用15 min,其殺菌率達99. 96% ,而且通氣殺菌效果好于臭氧水殺菌。關(guān)鍵詞:臭氧;耐熱菌;非熱殺菌中圖分類(lèi)號: TS261.1+7文獻標識碼: A文章編號:1002- 6819(2004)04-0157-031.2試驗方法)引言1.2.1臭氧水制備及濃度測定.耐熱菌,即酸土環(huán)脂芽孢桿菌(Alicyclobacillus臭氧水的制備采用向水中通入臭氧氣體的方法獲acidoterrestris), 是蘋(píng)果濃縮汁生產(chǎn)中最重要的目標控得,通氣時(shí)臭氧氣體須經(jīng)過(guò)一個(gè)砂芯,以提高其溶解度。制微生物之一。其耐熱性很強,蘋(píng)果汁中的耐熱菌孢子在臭氧水濃度的測定方法執行中華人民共和國城鎮建設行殺菌溫度為90C時(shí)其D值(十進(jìn)制衰減時(shí)間，即在某-業(yè)標準《臭氧發(fā)生器臭氧濃度、產(chǎn)量、電耗的測量》(CJ/特定的溫度下,殺死給定體系微生物總量的90%所需要.T3028.2- 94)。的時(shí)間)達23minll,能夠經(jīng)受果汁加工中巴氏殺菌過(guò)程.1.2.2懸液定量殺菌試驗而存活,因此,果汁中耐熱菌的殺菌技術(shù)對傳統的熱力殺1)試驗中菌的回收方法為,分別向裝有0.5 mL耐菌方法提出了挑戰。臭氧是一-種高效、廣譜的殺菌劑,它熱菌懸液(含菌量5義10*~5X 10* cfu/mL)的試管中加具有殺菌力強,作用時(shí)間短,無(wú)殘留等特點(diǎn),已廣泛應用入4.5mL濃度為31.1mg/L和3.11mg/L的臭氧水，于飲用水和醫院等的消毒程序，但在果汁加工中尚未得混勻,作用至預定時(shí)間,各取0.5 mL菌藥混合液,分別到應用。加入盛有4.5mL中和劑(含0.5%NaS2O;的磷酸鹽緩耐熱菌最初是在熱的溫泉水中發(fā)現的,隨后該屬細沖液,pH7.2)的試管中,混勻作用10min后平板計數法菌陸續在果園土壤以及森林等非熱環(huán)境中發(fā)現(2.8。蘋(píng)果.進(jìn)行活菌計數回,計算殺滅率。汁中耐熱菌的來(lái)源主要是由于蘋(píng)果在采收貯運過(guò)程中泥2)向懸菌液中直接通入臭氧氣,懸液體積為100土對其表面的污染”,只要在加工時(shí)采取有效的清洗技mL,臭氧通氣量5g/h,室溫18~20C。從臭氧接觸菌液術(shù)，是可以從源頭上防止的。因此,根據臭氧的殺菌特點(diǎn)開(kāi)始計時(shí),分別作用1.2.3.4、5.6、7min后轉移懸菌液,和在水中的溶解特性,利用臭氧水加強對原料果的清洗，加入中和劑進(jìn)行活菌計數。以不通氣的菌液為對照,殺菌殺滅果皮表面的耐熱菌杜絕果汁后續污染，是防止蘋(píng)果率的計算方法同1)。汁耐熱菌超標的有效途徑。本文研究了臭氧在水中的溶3)計算殺菌率時(shí)的菌液濃度(efu/mL),采用稀釋解衰減特性及在常溫下對蘋(píng)果表面耐熱菌的殺菌效果，過(guò)程前的原始菌液濃度?？蔀樘O(píng)果汁生產(chǎn)中應用非熱殺菌技術(shù)提供依據。1.2.3模擬 試驗1 材料與方法以完整蘋(píng)果為原料.蘋(píng)果表皮被接種上耐熱菌后(接種量約9X 10* cefu/g,此處g為帶表皮蘋(píng)果的質(zhì)量),用通1.1主要材料與儀器有臭氧氣的水清洗蘋(píng)果。作用至預定時(shí)間,沿蘋(píng)果經(jīng)線(xiàn)縱臭氧發(fā)生器:由湖南遠超臭氧設備有限公司提供向呈桔瓣狀切取約5g帶表皮蘋(píng)果,用洗脫液洗脫,然后(YCYGC- 0005型,產(chǎn)臭氧量5 g/h)。對洗脫液進(jìn)行活菌計數”],計算殺滅率。耐熱菌(Alicyclobacillus acidoterrestris): 從陜西恒興果汁飲料有限公司蘋(píng)果汁中分離培養。2結果與討論K氏培養基:按美國庫格實(shí)驗室(Krueger Food2.1臭氧在水中的溶解特性L(fǎng)aboratories INC)的標準配制呵。開(kāi)機5min后將臭氧氣通入一定體積的水中并開(kāi)始計時(shí),定時(shí)測定臭氧水的濃度,結果表明:臭氧濃度隨通收稿日期2003-11-27修訂日期:2004-06-18氣時(shí)間的延長(cháng)而升高,通氣25min后臭氧水中臭氧濃度基金項目:國家“十五”重大專(zhuān)項“優(yōu)質(zhì)鮮榨蘋(píng)果汁和渾濁型蘋(píng)果汁加上升趨勢漸漸平緩。且隨著(zhù)吸收液體積的增加,臭氧濃度158農業(yè)工程學(xué)報.2004年Henry定律83]。臭氧溶解度隨其在溶液中平衡壓力的增大而增加,在試驗過(guò)程中，隨著(zhù)通氣時(shí)間的延長(cháng),臭氧在.結果表明:高濃度的臭氧水殺滅耐熱菌的效率較強,水中的平衡壓力逐漸減小，溶解度也隨之減小，造成濃度濃度為31. 1 mg/L的臭氧水對耐熱菌懸液作用5 min增加的幅度越來(lái)越小。殺菌率可達到99. 14%;低濃度的臭氧水則需延長(cháng)作用時(shí)間才能得到較為理想的殺菌效果。濃度為3. 11 mg/L .吸收液體積的臭氧水對耐熱菌懸液作用5min殺菌率僅為76.3%，作用15 min可達到99. 49%。王芳等人10]研究得出,濃一一300mL一一500 mL度為12.0mg/L的臭氧水對枯草桿菌黑色變種芽孢作用20 min,殺菌率為99. 91% ,本研究結果與王芳等人結30通氣時(shí)間/min論有差異,其原因可能是菌種不同、試驗條件不同所致。2.3.2 通氣懸液殺菌以上試驗重復3次.結果為平均值,室溫16~18C通氣懸液殺菌的試驗結果如表2所示。圖1臭氧濃度隨通 氣時(shí)間變化曲線(xiàn)Fig. 1 Relationship bet ween ozone concentration表2通氣殺菌試驗結果and blowing timeTable 2 Sterilizing effect of blowing ozone2.2臭氧水穩定性的測定water on Alicyelobacillus新制備的臭氧水在實(shí)驗室條件下放置,定時(shí)測定其通氣時(shí)間消毒組菌落總數 對 照組菌落總數殺菌率/min/efu●ml.-1/efu●mL/%殘余臭氧濃度。臭氧水中臭氧自然降解情況如圖2所示。1X 1035X 1093. 80結果表明:在室溫16~18C的條件下,臭氧水自然降解22.5X1035X10+99.49.的衰減方程為: y = 24. 98707 - 4. 60993Inx,r = 0.31355X 1049.7399814(其中y一臭 氧濃度,mg/L-';x放置時(shí)間,45X10*99.965105X10499. 98min)，其半衰期為21 min。60100該結果也可以用Henry定律來(lái)解釋,即臭氧在空氣75X 10+中的含量極低,故分壓也極低,迫使水中臭氧從水和空氣注:以上試驗重復5次.結果為平均值。的界面上逸出,使水中臭氧濃度總是處于不斷降低狀態(tài)。結果表明:通氣殺菌方法對耐熱菌殺菌效果顯著(zhù),通5r0F氣1min,殺菌率達93.8%;通氣6min即可達到完全滅15，菌。2.3.3殺菌 方法比較對懸液殺菌和通氣殺菌進(jìn)行對比,臭氧水濃度經(jīng)檢2080放時(shí)間/min測為30 mg/L,殺菌作用時(shí)間取1.3、5.7 min,試驗結果如表3所示。圖2臭氧水自然降解曲線(xiàn)表3殺菌方法對殺菌率的影響Fig. 2 Relationship between concentrationTable 3 Influences of different methods on sterilizing ratesof ozone water and degradation time不同作用時(shí)間的殺菌率對照組菌落總數作用方法.2.3殺菌方式比較1min.3 min5 min7 min/efu●mL-'試驗中臭氧與耐熱菌的接觸采用臭氧水懸液殺菌和懸液殺菌88. 70 :93.5799.24 99. 583.3X103通氣殺菌94.9099. 8199.98100. 00通氣懸液殺菌兩種方式。注:以上試驗重復5次,結果為平均值。2.3.1 臭氧水懸液殺菌利用懸液殺菌方法對耐熱菌進(jìn)行殺菌叼。不同濃度.結果表明:往懸菌液中直接通入臭氧氣的殺菌方法的臭氧水和殺菌時(shí)間對殺菌率的影響結果見(jiàn)表1。要明顯優(yōu)于臭氧水殺菌。這可能是由于氣液接觸面的液表1臭氧水濃度對殺菌率的影響膜上的臭氧濃度要高于周?chē)囊后w，而使吹入臭氧氣相Table 1 Sterilizing effect of different ozone water對于直接用臭氧水的處理方法效能高的原因。這一結果concentration on Alic yclobacillus與Achen等人的研究結果一致。因此,載體試驗采用臭氧水濃度不同作用時(shí)間的殺菌率/%通氣方式進(jìn)行。/mg* L- !10 min5min:/efu●ml.-I2.4載體試驗結果001 111105第4期仇農學(xué)等:臭氧溶解特性及對耐熱菌非熱殺菌的研究159表4臭氧對蘋(píng) 果表面的耐熱菌的殺菌效果Table 4 Sterilizing effect of blowing ozone water[參考文獻on Alicyclobacillus on surface of apple[1] Filipa V， Silva M， Paul Gibbs. Alicyclobacillus作用時(shí)間消毒組菌落 總數對照組菌落總數殺菌率ucidoterrestris spores in fruit product and design of/min/cfu.g-!/%pasturization process [J]. Trends in Food Science &1.9X 1028.6X 1097.8Technology, 2001.(12):68-74.21.5X1028.6X10*98.3[2] Jensen N. Alicyclobacillus -a new challenge for the food31.0X102 .8.6X 10398.898.6X10898.9industryU]. Food Australia. 1999.51(1.2):33- 36.799. 1[3] Pontius AJ，Rushing J E， Foe geding P M. Heat注:以上試驗重復5次.結果為平均值。resistance of Alic yclobacillus acidoterrstris spores asaffected by various pH values and organic acids[J]. J Food通過(guò)試驗我們發(fā)現:臭氧對蘋(píng)果表面的耐熱菌有較Prot .1998.61:41- 46.好的殺滅效果,在洗蘋(píng)果水中通入臭氧氣5 min可使耐[4]王思新.焦中高,王曉燕.濃縮蘋(píng)果汁加工中耐熱菌的分析熱菌殘存率下降99.1%,這和孔凡生等人128的研究結果與控制J].食品科學(xué),2000.21(9):54- 56.基本一致。由于耐熱菌只存在于蘋(píng)果表面,所以利用臭氧[5] http://www. kfl. com/ index. html加強清洗效果,可大大減輕后續工序果汁殺菌的壓力,同[6] 趙斌,何紹江.微生物學(xué)實(shí)驗[M].北京:科學(xué)出版社，2002,69- 72時(shí)能防止設備被耐熱菌污染。[7]林愛(ài)紅，黃惠英.多功能臭氧果菜解毒機殺菌效果的試驗觀(guān)3結論察[J].現代預防醫學(xué), 2002.29(3>:361-362.[8]韓德剛.高執棣,高盤(pán)良.物理化學(xué)[M].北京:高等教育出版1)臭氧與水接觸最初10min水中臭氧濃度增加很社.2001.快,20min后臭氧濃度增加非常緩慢。[9] 薛廣波.實(shí)用消毒學(xué)[M].北京:人民軍醫出版社,1986.2)臭氧水在室溫16~18C條件下的半衰期為21[10] 王芳,劉育京,張文福.臭氧水穩定性及殺菌性能的試驗min,所以在利用臭氧水進(jìn)行殺菌時(shí),應考慮其半衰期的觀(guān)察[].中國消毒學(xué)雜志,1999.16(2):69- 73.[11] Achen M，Yousef A E. Efficacy of ozone against影響。3)臭氧濃度為31.1 mg/L的臭氧水對耐熱菌作用escherichia coli O157:H7 on apples[J]. Journal of FoodScience, 2001 .66(9):1380- 1384.15min,殺菌率達99.96%。4)研究發(fā)現,在本試驗條件下,臭氧通氣的殺菌效[12] 孔凡生,徐延斌，段 偉,等.臭氧水殺菌效果與穩定性的試驗觀(guān)察[J].現代預防醫學(xué)，2002 ,29<4):543- 547.果要好于臭氧水的殺菌效果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 Alic yclobacillus 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 usingAlic yclobacillus 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 water.Key words: ozone; Alicyclobacillus; non-thermal sterilization