番茄制品熱處理過程耐熱細(xì)菌的研究

1.叢立生  丹東出入境檢驗(yàn)檢疫局  

2.王鐵龍  中國(guó)檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院

摘  要

本文對(duì)新疆番茄醬中分離出的優(yōu)勢(shì)微生物的代表菌枯草芽孢桿菌的耐熱性進(jìn)行了深入探討；并結(jié)合實(shí)際運(yùn)用過程中的要求，提出了最低殺菌值F（93,8.9）=1min，進(jìn)而從熱致死等效的角度得出了，在達(dá)到同樣效果下不同溫度轉(zhuǎn)化的表格。

關(guān)鍵詞：番茄制品，細(xì)菌，體系

第一章 緒  論

番茄（Lycopersicum esculentum Mill.），又名西紅柿,是世界各國(guó)主要蔬菜之一，在我國(guó)大部分地區(qū)均有栽培。番茄果實(shí)圓整、酸甜多汁，含可溶性糖，有機(jī)酸、蛋白質(zhì)、脂肪、纖維素、礦物質(zhì)、果膠質(zhì)等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。富含維生素 A、維生素 C，平均 100克鮮果中，含維生素 A0.27mg，維生素 C18.5~25.0mg，此外，果中還含有鈣、鐵、磷、硫、鈉、鉀、鎂等礦物鹽類^[1，2]；《新編本草綱目》第三冊(cè)中記載番茄中還含有生物堿番茄定（tomatidine）及其甙，蘆丁以及新綠原酸（neochlorogenic acid）及呋喃香豆精（marmesin）等^[3]。經(jīng)過古今醫(yī)家對(duì)番茄的研究，認(rèn)為除食用外，還是不可多得的藥用菜果。它性微寒，味甘酸，生津止渴，涼血養(yǎng)肝清熱解毒，治高血壓、壞血病、胃熱、口干舌燥，預(yù)防動(dòng)脈硬化、肝臟病、牙齦出血等^[2]。

番茄為一年四季之佳蔬。生吃，細(xì)嫩酸甜，風(fēng)味鮮美；熟食，滋味濃香宜口�？蓪⑵渑腼�，糖漬，制醬，制罐頭等。由于番茄及其制品的獨(dú)特食用、保健及輔助治療的功效，近年來已成為國(guó)內(nèi)部分地區(qū)以及西方國(guó)家餐桌上不可缺少的佐餐食品。目前，番茄出口多為加工出口。加工番茄專用品種干物質(zhì)含量很高，主要包括可溶性固形物和類胡蘿卜素等，其制品已成為西方國(guó)家人們的膳食結(jié)構(gòu)中不可缺少的部分，消費(fèi)量極大。據(jù) FAO 統(tǒng)計(jì)，全世界每年用于加工的番茄達(dá) 3000 多萬噸，產(chǎn)品以番茄醬為主，在全部番茄制品中占 70%~80%，并以平均每年 3%的速度遞增。目前，世界每年番茄醬貿(mào)易量為 100 萬~200 萬噸，主要番茄制品生產(chǎn)國(guó)分布在北美、地中海沿岸以及南美的部分地區(qū)，如美國(guó)、法國(guó)、希臘、意大利等^[4]。

第二章 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

番茄制品屬酸性罐藏食品（pH﹤4.7，Aw＞0.85）^[5]。通常情況下，罐藏食品的腐敗變質(zhì)分為嗜熱菌、嗜溫菌、不產(chǎn)芽孢菌、酵母菌和霉菌引起的腐敗。

就芽孢菌而言，嗜熱脂肪芽孢桿菌、凝結(jié)芽孢桿菌是引起罐頭產(chǎn)酸腐敗（產(chǎn)酸不產(chǎn)氣腐�。┑氖葻峋�；枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌和蠟樣芽孢桿菌是引起罐頭產(chǎn)酸腐敗的嗜溫菌；也有少數(shù)嗜溫芽孢細(xì)菌引起罐頭腐敗變質(zhì)時(shí)伴隨有氣體產(chǎn)生，如多黏芽孢桿菌、浸麻芽孢桿菌；TA 菌（如嗜熱解糖梭菌）是一種分解糖、專性嗜熱、產(chǎn)芽孢的厭氧菌；特別是厭氧的肉毒梭狀芽孢桿菌，在食品中的繁殖能產(chǎn)生肉毒毒素，且毒性很強(qiáng)，因此罐藏食品常常把能否殺死肉毒梭菌的芽孢作為滅菌標(biāo)準(zhǔn)。罐藏食品發(fā)生由芽孢桿菌引起的腐敗多是由于殺菌不徹底造成的^[6]。

無論是嗜溫耐熱性的或嗜熱性的芽孢桿菌，絕大多數(shù)菌種均屬可引起罐裝食品“平酸腐敗”的原因菌。這類細(xì)菌之所以能在殺菌后密封良好的罐裝食品中出現(xiàn)，究其原因是罐頭殺菌不足或真空度不足（對(duì)需氧性菌種而言）造成的^[7]。

而對(duì)于非芽孢細(xì)菌，一類是腸桿菌，如大腸桿菌、產(chǎn)氣桿菌、變形桿菌等；另一類是球菌，如乳鏈球菌、糞鏈球菌和嗜熱鏈球菌等，它們能分解糖類產(chǎn)酸，并產(chǎn)生氣體造成罐頭脹罐。不產(chǎn)芽孢的細(xì)菌耐熱性不如產(chǎn)芽孢細(xì)菌，如果罐頭中發(fā)現(xiàn)有不產(chǎn)芽孢的細(xì)菌，這通常是由于罐頭密封不良，漏氣而造成的，或由于殺菌溫度過低造成的^[8]。

在國(guó)內(nèi)，大家從不同方向?qū)Ψ�茄制品的工藝有一定的研究，而研究最多的就是關(guān)于番茄制品HACCP體系的建立方面，不過對(duì)于工藝反面也有一定的研究成果。楊新輝，勵(lì)建榮老師的《番茄制品加工工藝研究進(jìn)展》介紹了不同殺菌方式技術(shù)在番茄制品加工的研究情況^[9]；閆國(guó)宏老師在《論新疆番茄生產(chǎn)中的“過度加熱”》中討論了過度加熱對(duì)于番茄制品的影響，但是從另外一個(gè)角度提出了對(duì)于影響番茄制品品質(zhì)的一個(gè)重要因素，過度的熱力殺菌問題^[10]；王強(qiáng)老師在《玻璃瓶裝番茄醬罐頭殺菌條件的討論》集中討論了在保證產(chǎn)品質(zhì)量安全的基礎(chǔ)上，探索玻璃瓶番茄醬罐頭殺菌工藝條件，縮短殺菌時(shí)間，提高班產(chǎn)量為出發(fā)點(diǎn)的研究^[11]。閆國(guó)宏，傅力，肖春芳，崔賓《新疆番茄醬中枯草芽孢桿菌耐熱性的研究》是從熱力殺菌角度對(duì)細(xì)菌進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述得出了新疆番茄醬中存在的優(yōu)勢(shì)菌枯草芽孢桿菌在稀釋1O倍的番茄醬中的耐熱性值：D108℃=5.75min；D103℃=6.1min；D98℃=6.8min；D93℃=10.2min。Z=6．41℃的結(jié)論^[12]，對(duì)于指導(dǎo)我們以后殺菌公式的制定起到了重要的作用。對(duì)于實(shí)際系統(tǒng)的對(duì)于殺菌工藝方面的研究幾乎沒有。

在國(guó)外，在國(guó)外，凝結(jié)芽孢桿菌通常被用來作為番茄制品熱處理殺菌過程的指示菌(NCA ,1968; York et al. , 1975; Rodrigo et al. ,1990)，多位學(xué)者報(bào)道過番茄制品中的凝結(jié)芽孢桿菌的耐熱性。Youland 和 Stumbo (1953)研究了濕熱處理下凝結(jié)芽孢桿菌ATCC8038)的耐熱性^[13]；Knock 等人(1959)測(cè)定了凝結(jié)芽孢桿菌在南非番茄汁中的 D 值^[14]；York 等人(1975)測(cè)定了凝結(jié)芽孢桿菌(ATCC 8038)在番茄汁中耐熱性^[15]；Rodrigo 等人(1990)研究了 ATCC 8038 在番茄濃湯濾液和破碎番茄濾液中的耐熱性^[16]。A.J.Sandoval 等人^[17]（1992）測(cè)定了凝結(jié)芽孢桿菌在兩倍濃縮番茄醬中的耐熱性，主要結(jié)果是：兩倍濃縮番茄醬(23℃，水分活度 = 0.95 ,pH = 4.0 , 30.3°Brix , 70.1% 濕度，酸度 1.30 克/100 克 以檸檬酸計(jì))中凝結(jié)芽孢桿菌的耐熱性。對(duì) 1.3 x 104個(gè)芽孢/毫升液采用了微量注射方法。測(cè)得 D90℃= 3.5 分鐘和 z = 9.5℃ 。

總之，國(guó)內(nèi)外對(duì)于純粹從熱力殺菌工藝規(guī)程角度出發(fā)來研究殺菌工藝的基本上很少，所以可以借鑒的實(shí)例也是很少，這就需要我們從我們新疆的實(shí)際出發(fā)來研究探討我們的殺菌工藝，來形成規(guī)范指導(dǎo)我們的實(shí)際操作。

第三章 番茄制品耐熱菌研究

3.1引起番茄制品罐頭漲罐細(xì)菌簡(jiǎn)介

B.J.O.Efiuvwevwere 等^[18]（1998）分析了尼日利亞市場(chǎng)上銷售的三種番茄醬中的微生物構(gòu)成，其中番茄醬中占優(yōu)勢(shì)的芽孢菌主要是凝結(jié)芽孢桿菌。在國(guó)外凝結(jié)芽孢桿菌通常被用來作為番茄制品熱處理殺菌過程的指示菌^[19](NCA ,1968; York et al. , 1975; Rodrigo et al. ,1990)，多位學(xué)者報(bào)道過番茄制品中的凝結(jié)芽孢桿菌的耐熱性。Youland 和 Stumbo (1953)研究了濕熱處理下凝結(jié)芽孢桿菌(ATCC8038)的耐熱性^[14]；Knock 等人(1959)測(cè)定了凝結(jié)芽孢桿菌在南非番茄汁中的 D 值^[15]；York 等人(1975)測(cè)定了凝結(jié)芽孢桿菌(ATCC 8038)在番茄汁中耐熱性^[21]；Rodrigo 等人(1990)研究了 ATCC 8038 在番茄濃湯濾液和破碎番茄濾液中的耐熱性^[20]。A.J.Sandoval 等人^[13]（1992）測(cè)定了凝結(jié)芽孢桿菌在兩倍濃縮番茄醬中的耐熱性。

新疆番茄醬中優(yōu)勢(shì)菌是嗜溫芽孢桿菌—枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)，黃忠梅等人^[22]鑒定了新疆番茄醬中厭氧菌/兼性厭氧菌，枯草芽孢桿菌被檢出；吳海文，黃玲等人都從新疆番茄醬中分離出枯草芽孢桿菌，并把其定為新疆番茄醬中的優(yōu)勢(shì)菌；枯草芽孢桿菌的芽孢能在 100℃沸水內(nèi) 1h仍可存活，是耐熱性較強(qiáng)的芽孢^[7]。

而國(guó)外文獻(xiàn)中凝結(jié)芽孢桿菌通常被用來作為番茄制品熱處理殺菌過程的指示菌(NCA , 1968; York et al. , 1975; Rodrigo et al. ,1990) 。凝結(jié)芽孢桿菌是嗜熱菌而枯草芽孢桿菌是嗜溫菌，通常情況下凝結(jié)芽孢桿菌的耐熱性會(huì)高于枯草芽孢桿菌，若照搬照用從國(guó)外引進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備和殺菌工藝參數(shù)等勢(shì)必會(huì)造成新疆番茄醬生產(chǎn)的“過度加熱”現(xiàn)象^[10]，造成產(chǎn)品品質(zhì)的下降和許多不必要的資源浪費(fèi)。如：降低了番茄醬成品質(zhì)量；設(shè)備耗能、負(fù)荷徒增；縮短了設(shè)備清洗周期，增加了設(shè)備清洗成本；高設(shè)備投資；高環(huán)保壓力等。亟需新疆番茄產(chǎn)業(yè)加大這方面的研究，從而做好殺菌工藝參數(shù)的優(yōu)化及設(shè)備匹配。

3.2引起漲罐細(xì)菌熱致死時(shí)間與致死率研究

根據(jù)前人研究的成果，我們參照閆國(guó)宏，傅力，肖春芳，崔賓《新疆番茄醬中枯草芽孢桿菌耐熱性的研究》中對(duì)枯草芽孢桿菌在稀釋1O倍的番茄醬中的耐熱性研究得出其耐熱值：D108℃=5.75min；D103℃=6.1min；D98℃=6.8min；D93℃=10.2min。Z=6.41℃的結(jié)論^[17]。 根據(jù)一般的F值與D值的關(guān)系可用F=nD來表示，n數(shù)是不固定的，隨工廠衛(wèi)生條件、食品污染微生物種類及其程度而變化，對(duì)于酸化產(chǎn)品一般用6D值來殺死嗜熱性芽孢桿菌。如果是按照這樣計(jì)算的話，合理的殺菌致死值應(yīng)該是F=61.2min(其中T=93，Z=6.41)。還有就是在閆國(guó)宏老師的《新疆番茄醬中嗜溫微生物的分離鑒定及枯草芽孢桿菌耐熱性的研究中》^[23]提到其枯草芽孢的殺菌F值 F(103,6.41) = 97.36 min，這兩組數(shù)值與美國(guó)FDA的對(duì)熱力殺菌的要求。美國(guó) FDA 一般對(duì)于酸性食品的要求為 F（93，8.9）=1的要求相距甚遠(yuǎn)，主要是由于番茄醬是由大桶醬經(jīng)過殺菌后包裝的，基本上都已經(jīng)達(dá)到商業(yè)無菌了，另外番茄醬的pH值在3.8-4.2之間，一般情況下，芽孢桿菌沒有極強(qiáng)的耐酸能力基本無法存活的。即使像國(guó)外一樣熱力殺菌的目標(biāo)菌群是凝結(jié)芽孢桿菌的話，它能夠在pH值4.0或是更酸的介質(zhì)中生長(zhǎng)，但是其最高的生長(zhǎng)溫度是54~60℃，所以在高溫條件下是很難生存的。這也是我們常見的過度殺菌或是過度加熱的一個(gè)主要的問題。

按照美國(guó)FDA和IFTPS對(duì)殺菌值的要求F（93，8.9）=1,所以我們只要達(dá)到這個(gè)要求就可以殺滅上述細(xì)菌了，為了更好地理解和掌握在實(shí)際殺菌過程的操作，我們需要掌握在產(chǎn)品中心溫度在不同條件下相當(dāng)于上述殺菌值的一個(gè)時(shí)間，見下表：

                                表1

3.3番茄制品罐頭熱加工評(píng)價(jià)體系建立

熱殺菌后的番茄制品罐頭并不是絕對(duì)無菌，而是在罐頭內(nèi)不含有致病的微生物，但允許罐內(nèi)殘存某些微生物和芽孢，它們?cè)诠揞^的真空、密封等條件下處于休眠狀態(tài)，外界微生物難以侵入，番茄制品在正常室溫條件下貯藏和銷售過程中，這些非致病性微生物不活動(dòng)（不生長(zhǎng)、不繁殖），使罐頭番茄制品能夠長(zhǎng)期保存不變質(zhì)，且不會(huì)影響人體健康。番茄制品罐頭產(chǎn)品在熱殺菌過程中，必然導(dǎo)致番茄制品表面層具有較高的溫度和較多的熱量積聚，如果受熱部位超過了番茄制品忍受限度，番茄制品品質(zhì)就會(huì)急劇下降，其色、香、味、功能性及營(yíng)養(yǎng)成分等會(huì)遭到不同程度的破壞，經(jīng)過熱殺菌后番茄制品的新鮮產(chǎn)品失去了原有的新鮮度，甚至還會(huì)產(chǎn)生異味，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。

以殺菌為目的的番茄制品熱殺菌工藝是番茄制品企業(yè)食品安全的最核心的關(guān)鍵控制點(diǎn)，是番茄制品企業(yè)體系運(yùn)行的基礎(chǔ)，日常檢驗(yàn)監(jiān)管的主要內(nèi)容，熱殺菌工藝的好壞直接關(guān)系到番茄制品的質(zhì)量。為了能夠建立一套適宜的番茄制品熱殺菌工藝，必然需要一套合理、安全的熱殺菌工藝評(píng)價(jià)體系，綜合以上分析，整個(gè)評(píng)價(jià)體系應(yīng)該至少包含以下幾個(gè)內(nèi)容:

1.對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)，做到持證上崗。使得重要崗位、關(guān)鍵工序崗位人員具有專業(yè)的知識(shí)，從而能夠勝任本職工作，這樣就做到了“崗位責(zé)任制”,使工作規(guī)范化。比如殺菌操作工，需要懂得法規(guī)對(duì)于殺菌鍋的基本要求，懂得操作的基本程序，懂得如何處理應(yīng)急預(yù)案和防護(hù)。

2. 對(duì)于熱加工設(shè)備的評(píng)估。首先熱加工設(shè)備需要按照SN0400.6-2005^[36]和美國(guó)FDA  21 CFR 113^[37]對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和法規(guī)要求的有出入的話，建議進(jìn)行改造，并且進(jìn)行記錄。其次對(duì)熱加工相關(guān)的原件需要專業(yè)技術(shù)機(jī)構(gòu)定期進(jìn)行檢測(cè)，并有相應(yīng)記錄。殺菌設(shè)備定期檢測(cè)能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握其各種性能指標(biāo)是否滿足番茄制品熱殺菌工藝要求，并掌握設(shè)備各種性能指標(biāo)的變化。比如對(duì)熱殺菌設(shè)備的系統(tǒng)溫度傳感器及溫度計(jì)每年定期行校準(zhǔn)，在校準(zhǔn)周期內(nèi)用已校準(zhǔn)的水銀溫度計(jì)監(jiān)測(cè)，保證設(shè)備穩(wěn)定且經(jīng)校準(zhǔn)，才能使得番茄制品熱殺菌工藝可調(diào)可控。

3. 熱加工設(shè)備的熱分布檢測(cè)。熱分布檢測(cè)是番茄制品熱殺菌工藝評(píng)價(jià)體系的基礎(chǔ)，主要考察熱殺菌設(shè)備在番茄制品殺菌過程中產(chǎn)品受熱是否均勻。在進(jìn)行熱分布檢測(cè)時(shí)，殺熱菌設(shè)備一定要按照正常的生產(chǎn)過程加工產(chǎn)品，對(duì)單一空載的熱殺菌設(shè)備熱分布檢測(cè)是沒有意義的。由于番茄制品熱殺菌過程中對(duì)殺菌設(shè)備的要求比較高，一般番茄制品企業(yè)殺菌設(shè)備常年使用，缺乏維護(hù)、保養(yǎng)，容易產(chǎn)生安全隱患，推薦番茄制品企業(yè)每年對(duì)熱殺菌設(shè)備進(jìn)行一次熱分布檢測(cè)。

4. 對(duì)番茄制品的熱穿透情況進(jìn)行檢測(cè)。熱穿透檢測(cè)的目的主要是考察在殺菌過程中番茄制品內(nèi)部所受傳熱能量是否可以滿足產(chǎn)品的安全性要求，是番茄制品熱殺菌工藝評(píng)價(jià)體系的重要內(nèi)容。通過熱穿透試驗(yàn)記錄番茄制品在殺菌過程中溫度的變化情況，再通過專業(yè)軟件，如ELLAB的ValsuiteBasic軟件，計(jì)算出產(chǎn)品的殺菌值，又稱F值，是否能夠滿足實(shí)際的要求。

5. 對(duì)結(jié)果的確認(rèn)，按照設(shè)定的殺菌公式、殺菌規(guī)程實(shí)際生產(chǎn)，檢測(cè)番茄制品目標(biāo)菌群熱致死時(shí)間與致死率等參數(shù)。殺菌公式并不是生搬硬套所謂的“經(jīng)驗(yàn)公式”，而是需要系統(tǒng)地考慮各關(guān)鍵因子對(duì)殺菌效果的影響，對(duì)各種條件綜合考慮，如番茄制品初溫、真空度、罐型、水活度、工廠衛(wèi)生條件等，特別需要將熱分布檢測(cè)結(jié)果同番茄制品熱穿透檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，才能確定合理的升溫、排氣、恒溫的溫度和時(shí)間，得出一個(gè)適宜的殺菌公式。而且當(dāng)熱殺菌工藝條件或參數(shù)變化時(shí)，應(yīng)重新對(duì)熱殺菌設(shè)備的熱分布和番茄制品熱穿透情況進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)實(shí)際情況修正或重新制定殺菌公式、殺菌規(guī)程，而不是盲目提高或降低殺菌溫度、時(shí)間。通過檢測(cè)目標(biāo)菌群熱致死時(shí)間與致死率驗(yàn)證熱殺菌公式、殺菌規(guī)程適宜與否，從而有效評(píng)價(jià)番茄制品熱殺菌工藝，控制番茄制品食品安全。

6. 設(shè)備的維護(hù)、保養(yǎng)。良好的保養(yǎng)是設(shè)備的良好運(yùn)行的前提，設(shè)備在長(zhǎng)期、不同環(huán)境中的使用過程中，機(jī)械的部件磨損，間隙增大，水垢等增多，影響傳熱，因此良好的保養(yǎng)是設(shè)備穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的必要條件。因此，建立科學(xué)的、有效的設(shè)備日常管理機(jī)制，加大設(shè)備日常管理力度，理論與實(shí)際相結(jié)合，科學(xué)合理的制定設(shè)備的維護(hù)、保養(yǎng)計(jì)。簡(jiǎn)而言之可以用“清潔、潤(rùn)滑、緊固、調(diào)整、防腐”十字來概括。

隨著番茄制品熱殺菌工藝的改進(jìn)與提高，熱殺菌工藝條件或參數(shù)的不斷變化，對(duì)番茄制品熱殺菌工藝的評(píng)價(jià)不是一勞永逸的，評(píng)價(jià)體系亦并不是一成不變的，要注重日常監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)體系的不斷更新。只有經(jīng)過嚴(yán)格、合理、安全的番茄制品熱殺菌工藝評(píng)價(jià)，再按照設(shè)定的殺菌公式、殺菌規(guī)程進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)，才能有效的保證番茄制品的產(chǎn)品質(zhì)量。

第四章 總結(jié)

通過對(duì)番茄制品耐熱菌的研究，我們明晰了該細(xì)菌的特性，對(duì)于我們下一步進(jìn)行合理熱處理，建立良好操作規(guī)范，建立合理的熱加工操作及關(guān)鍵限值提供一個(gè)有意義的參考。

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第一作者簡(jiǎn)歷：

姓名：叢立生 性別：男  工作單位：丹東市出入境檢驗(yàn)檢疫局  職務(wù)：食品科科長(zhǎng) 研究方向：罐頭等食品企業(yè)評(píng)審及監(jiān)管