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超声波对液态奶中枯草芽孢杆菌的杀菌作用


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中国乳品工业

超声波对液态奶中枯草芽孢杆菌的杀菌作用
闫坤1,吕加平1,刘鹭1,胡鲜宝1,2,谢跃杰1,孙洁1,张书文1
(1. 中国农业科学院农产品加工所,北京 100193 ; 2. 内蒙古农业大学食品科学与工程学院,呼和浩特 010018 ) 摘 要:利用超声波协同热处理对液态奶中的枯草芽孢杆菌进行杀菌实验 ,并与传统方法做比较。 研究了经不同功率、时间、温度的超

声波处理后液态奶的杀菌效果。 结果表明:经 1400 W ,180 s ,60 ℃ 条件下杀菌率达到了 97.96% ,经 1400 W ,60 s ,60 ℃ 条件下杀菌率达到 了 96.77% ,达到了巴氏杀菌的效果。 同时,该条件下 超 声 作 用 后 再 经 巴 氏 处 理 ,杀 菌 率 达 到 98.71% ,对 比 于 巴 氏 杀 菌 ,其 菌 落 数 降 低 了 60.24% 。 与热杀菌相比,超声波杀菌温度低,时间短,效率高。 关键词:超声波;杀菌;液态奶;枯草芽孢杆菌 中图分类号:TS205.9 ;TS201.3 文献标识码:A 文章编号:1001-2230 (2010 )02-0004-03

Sterilization of Ultrasound on liquid milk in Bacillus subtilis
YAN Kun1,LV Jia-ping1,LIU Lu1,HU Xian-bao1,2,XIE Yue-jie1,SUN Jie1,ZHANG Shu-wen1
(1.Institute of Agro-food Science and Techology ,Chinese Academy of Agricultural Sciences ,Beijing 100193 China ,2. Food Science and Engineering Department ,Inner Mongolia Agricultural University ,Hohhot 010018 China) Abstract: To take a sterilization experiment on subtilis in Liquid milk by ultrasound collaborated with heat treatment, which is compared with the traditional method. This experiment is based on the effect of liquid milk of efficacy under different power, time, temperature, and ultrasonic treatment. The results show that: the sterilization rate reaches 97.96 percent under the condition of 1400 W ,180 s ,60 ℃; it reaches 96.77 percent under the condition of 1400 W ,60 s ,60 ℃, which has reached the effect of pasteurization. Meanwhile, after ultrasonic treatment, then by Pakistan treatment under this condition, the sterilization rate has reached 98.71 percent. Compared with pasteurization, its colonies reduced 60.24%. Compared with the heat sterilization, ultrasonic sterilization is of low temperature, short time, and high efficiency. Key words :Ultrasonic; sterilization; liquid milk; Bacillus subtilis

0





1
1.1





超声波是指频率大于 20 kHz 的 声 波 ,它 是 一 种 有 弹性的机械振荡,超出人的听觉上限 [1]。 超声波是一种 具有较广应用前景且值得深入研究开发的新型杀菌 技术。

仪器设备与材料 “弘祥 隆 ”CTXNW-10B 超 声 循 环 提 取 机 ,DHP-

Villamiel 等 [2]发现在相同的实验条件下,超声对牛
奶的灭菌效果要好于传统灭菌效果 ,初步研究表明超 声灭菌可以应用于乳制品行业 。 王蕊等 [3] 发现超声波 处理原料乳 60 s ,杀菌率达 87 % 。 刘亚珍等 [4] 表明原料 乳经超声波结合热处理后,4 ℃ 条件下可贮藏 18 d 。 刘 飞 云 [5] 等 研 究 表 明 ,超 声 波 处 理 的 鲜 乳 杀 菌 率 达 93% , 而且在 4 ℃ 条件下可保藏 8 d 左右。 研究表明单独使用超声波杀菌效果不显著。 本实 验选取耐热的枯草芽孢杆菌为试验菌 ,使用超声协助 热处理的方法,利用不同的功率、时间、温度等条件对 液态奶进行杀菌,并与巴氏杀菌牛奶进行对比。

9082 电 热 恒 温 培 养 箱 ,DHG-9123A 电 热 恒 温 鼓 风 干 燥箱,恒温培养振荡器,LDZX-50KB 立式压力蒸汽灭 菌器,DK-S24 型电 热 恒 温 水 浴 锅 ,SC-15 数 控 超 级 恒 温槽,YP2001N 电子天平,自制水浴槽。 食品级工业脱
脂乳粉。

1.2 方法 1.2.1 操作步骤
脱 脂 乳 还 原 ( 10 ∶ 0.9 ) → 液 态 奶 灭 菌 ( 115 ℃ ,

7 min )→ 冷却 → 预热(10 min )→ 添加菌种 → 超声波灭 菌 → 微生物测定。 1.2.2
菌种的制备 选用营养肉汤培养基进行菌种的活化培养 [6]。 接 种比例为 10% ,于 37 ℃ 条件下培养 16~18 h 。

1.2.3
收稿日期:2009-09-10 作者简介:闫坤(1985- ),女,硕士研究生,研究方向为乳品加工。 通讯作者:吕加平

微生物测定 微生物菌落总数的测定按照 GB4789.2-94 执行。 正交试验设计 在单因素基础上确定超声波功率 、 处理时间、温

1.3

4

2010 年第 38 卷第 2 期(总第 231 期)

Research Papers 研究报告
表1
因素

正交试验设计
时间 /min 功率 /W

温度 /℃

1 2 3

40 50 60

1 2 3
4

1000 1200 1400

度 等 因 素 ,每 个 因 素 选 取 三 水 平 , 按 L9 (3 ) 正 交 表 进 行 正交实验 , 以研究最适的超声波处理液态奶杀菌的工 艺条件 , 实验设计如表 1 所示。

2
2.1

结果与分析
温度对液态奶杀菌效果的影响 考 虑 到 温 度 不 宜 过 高 , 不 宜 超 过 65 ℃ ( 巴 氏 温 图3 处理功率对杀菌率的影响 由 图 3 可 以 看 出 ,随 着 功 率 的 增 加 ,杀 菌 率 增 加 , 在600~1000 W条件下杀菌率增加迅速,从1000~1400 W 杀菌率增加趋势平缓。

度 ),所 以 在 超 声 功 率 1000 W ,间 歇 比 5 ∶ 2 的 条 件 下 , 分别于 30 ,40 ,50 ,60 ℃ 条件下超声处理 60 s ,研究杀菌 效果与温度的关系,结果如图 1 所示。

2.4

间歇比对液态奶杀菌效果的影响 在超声 功 率 1000 W ,温 度 50 ℃ 条 件 下 ,间 歇 比 分

别为 3 ∶ 2 ,4 ∶ 2 ,5 ∶ 2 ,6 ∶ 3 条件下超 声 处 理 60 s ,研 究 杀菌效果与间歇比的关系,结果如图 4 所示。

图1

处理温度对杀菌率的影响

由图 1 可以看出,随着温度升高,杀菌率有显著的 增加,30 ℃ 条件下杀菌效果不明显。 从整个测定结果 可以看出,温度对杀菌效果影响显著。 图4 间歇比对杀菌率的影响

2.2

时间对液态奶杀菌效果的影响 在 超 声 功 率 1000W ,间 歇 比 5 ∶ 2 ,处 理 温 度 50 ℃

由图 4 可以看出, 间歇比为 3 ︰ 2 的时候杀菌 率 是 最低的,4 ∶ 2 ,5 ∶ 2 ,6 ∶ 3 杀菌率有轻微的 上 升 , 但 是 变化不明显。

条件下进行超声处理,分别处理 30 ,60 ,120 ,180 ,240 s , 研究杀菌效果与时间的关系,结果如图 2 所示。

2.5

正交试验结果 在综合前面所做单因素杀菌试验 , 选择温度、时

间、功率 3 个因素作为影响因素进行正交试验 ,实验结 果如表 2 所示。 表2
试验号 温度 /℃

正交实验结果
因 素 时间 /s 功率 /W 灭菌率 /%

1 2 3 4

40 40 40 50 50 50 60 60 60 56.0567 78.8033 97.5433 37.3656

60 120 180 60 120 180 60 120 180 68.3467 80.9367 83.1200 13.3058

1000 1200 1400 1200 1400 1000 1400 1200 1000 74.3600 72.4700 85.5733 11.8017

43.45 55.18 69.54 64.41 90.00 82.00 97.18 97.63 97.82

图2

处理时间对杀菌率的影响

5 6 7 8 9 K1 K2 K3 R

由 图 2 可 以 看 出 ,随 着 时 间 的 增 加 ,杀 菌 率 增 加 ,

30 s 到 60 s 条件下杀菌率增加迅速。 从整个测定结果可
以看出,时间对杀菌效果影响显著。

2.3

超声功率对液态奶杀菌效果的影响 在 处 理 温 度 50 ℃ , 间 歇 比 5 ∶ 2 条 件 下 , 分 别 于

600 ,800 ,1000 ,1200 ,1400 W 条 件 下 超 声 处 理 60 s , 研 究杀菌效果与超声功率的关系,结果如图 3 所示。

Vol.38 ,No.2 2010(total 231)

5

研究报告 Research Papers
表3
方差来源 平方和 温度 时间 功率 误差 总和

方差分析结果
均方

菌,杀菌率达到 98.71% ,对比于巴氏杀 菌 ,其 菌 落 数 降
F值 1341.63 197.65 155.93 P值 0.0007 0.0050 0.0064

自由度

低了 60.24% 。

2589.74 381.52 301.00 1.93 3274.20

2 2 2 2 8

1294.87 190.76 150.50 0.97

3





随 着 时 间 、温 度 及 功 率 的 增 加 ,液 态 奶 中 的 枯 草 芽孢杆菌的残留率降低 ,同时液态奶的初始温度控制 在 60 ℃ 以内,整个超声过程中温度控制 在 65 ℃ 以 内 , 排除巴氏杀菌的可能性。 液 态 奶 经 功 率 为 1400W ,处 理 温 度 60 ℃ ,处 理 时 间 60 s 的超声处理条件下, 枯草芽孢杆菌的杀菌率可 达到 96.77% ,达到巴氏杀菌的效 果 。 在 该 超 声 作 用 条 件 下 结 合 巴 氏 杀 菌 ,杀 菌 率 可 达 到 98.71% ,对 比 与 巴 氏杀菌,其菌落数降低了 60.24% 。

由表 3 可以看出,温度对灭菌率影响最显著,时间 次之,功率最小。 综合试验结果得出:影响超声波对牛 奶杀菌的因素主次顺序为温度 > 时间 > 功率;最佳参数 组合为牛奶初始温度 60 ℃ ,180 s ,1400 W 。 经验证实 验可知,在 60 ℃ ,180 s ,1400 W 条件下作用,液态奶中 枯草芽孢杆菌的杀菌率为 97.96% 。 考 虑 成 本 问 题 ,处 理样品 7 ,8 ,9 之间极不显著,所以可以选择 60 ℃ ,60 s ,

1400 W 条件。 2.6
超声波及巴氏杀菌对液态奶杀菌效果的影响 在 60 ℃ ,1400 W 条 件 下 处 理 液 态 奶 60 s 后 , 将 其 于 65 ℃ 条件下进行巴氏杀菌 30 min ,同时与只进行巴 氏杀菌的液态奶进行对照,结果如表 4 所示。 表4
作用方式 原始 超声波 巴氏杀菌 超声 + 巴氏

参 考 文 献:
[1] PIYASENA P, MOHAREB E, MCKELLAR R C. Inactivation of Microbes Using Ultrasound: A Review [J]. International Journal of Food Microbiology ,2003,87:207-216. [2] VILLAMIEL M, JONG P D. Inactivation of Pseudomonas Fluorescens and Streptococcus Thermophilus in Trypticase Soy Broth and Total Bacteria in Milk by Continuous -flow Ultrasonic Treatment and Conventional Heating[J]. Journal of Food Engineering ,2000,45(3):171- 179. [3] 王 蕊 , 高 翔 . 超 声 波 在 原 料 乳 保 鲜 中 应 用 的 研 究 [J]. 中 国 乳 品 工 业 , 2004,32(6):35-37. [4] 刘亚珍 , 屠康 , 王运 . 超声波技术在 ESL 奶中的应用 [J]. 中国乳品工业, 2006,34(4):39-41. [5] 刘飞云 , 潘道东 . 鲜奶超声波除菌条件的优化 [J]. 食 品 工 业 科 技 ,2008 (11):183-185. [6] 陈 天 寿 . 微 生 物 培 养 基 的 制 造 与 应 用 [M]. 北 京 : 中 国 农 业 出 版 社 , 1995.

超声波及巴氏处理条件的杀菌效果
菌落数(×10 )
4

杀菌率 /%

对比巴氏灭菌率 /%

2560 82.8 83 33

96.77 96.76 98.71

60.24

由表 4 可以看出,在 60 ℃ (1400 W )条件下,超声波 作 用 60 s ,杀 菌 率 达 到 96.77% ,与 巴 氏 杀 菌 的 96.75% 接 近,即超声波在 60 ℃ (1400 W )条 件 下 作 用 60 s 即 可 达 到巴氏杀菌的效果。 在该超声作用条件下结合巴氏杀

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