脉冲强光结合姜黄素技术对干红辣椒杀菌效果及品质研究

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干辣椒作为日常生活中最常用的香辛料之一,以其独特的辛辣味和诱人的色泽,备受欢迎。然而我国对于干辣椒加工技术不完善,储藏期间极易发生品质劣变、菌落总数超标等食品安全问题。目前常用的杀菌方法由于杀菌时间长、能耗高、不环保、辐照残留等问题受到消费者的抵触,因此亟需一种安全、高效、环保的方式对干辣椒进行杀菌处理,以达到企业和消费者对高质量产品日益增加的需求。脉冲强光技术作为绿色环保、杀菌高效、易进行连续化作业的物理杀菌方法,在食品加工业中受到广泛的关注。然而作为一种光照形式的杀菌技术,穿透力弱、仅能对光覆盖的表面杀菌的不足使其在处理复杂物料时具有一定的局限性,需要与其他技术结合取长补短。姜黄素是一种天然光敏剂,能够通过光照射激发进行光动力杀菌,实现对周边环境的杀菌效果。本文将能量强度极高的脉冲强光和姜黄素光敏剂两种杀菌技术结合,通过对比单一处理方法及结合处理方法的杀菌效果,比较不同杀菌处理后样品的理化品质,揭示结合处理方式的杀菌机理及杀菌动力学,以及验证结合方式中试规模杀菌的可行性和保藏试验等几个方面,深入探索脉冲强光结合姜黄素对干辣椒杀菌的适用性,为工业推广提供理论依据和实践参考。主要研究工作及结论如下:(1)干辣椒中优势细菌及真菌的分离与鉴定。为了针对性地研究杀菌技术对干辣椒中微生物灭活效果,本文收集中国7个主产地干辣椒样品,利用高通量测序的方法对其优势菌群进行测定,结果表明:7个主产地干辣椒中的细菌及真菌多样性相似,干辣椒中细菌在门水平上,所有样品中变形杆菌门(Proteobacteria)占比最高,γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)和肠杆菌科(Enterobacteriaceae)分别在纲、科水平上占主导地位。在属水平上,干辣椒中存在大肠埃希氏菌属(Escherichia)这一致病菌属,且Escherichia是干辣椒中的优势细菌属。对干辣椒中真菌多样性分析中,子囊菌门(Ascomycota)在门水平上占主导地位,散囊菌纲(Eurotiomycetes)在所有样品中占比最高,曲霉属(Aspergillaceae)在属水平上占主导地位,其中,黑曲霉菌(Aspergillus niger)是干辣椒中的优势菌种。这些细菌及真菌在土壤、水和农作物中普遍存在,由此说明干辣椒在采收及加工过程中易被外界环境所污染。(2)采用实验室小型脉冲强光设备进行小试规模实验,探讨单一脉冲强光、姜黄素介导的光动力技术及脉冲强光结合姜黄素杀菌技术对干辣椒表面接染的大肠杆菌、黑曲霉菌及自然生长的总菌落的杀菌效果;以干辣椒色泽、辣椒红色素含量、辣椒素类物质含量、挥发性成分含量为干辣椒品质的考察指标,评价和比较不同杀菌方式对干辣椒品质的影响。结果表明:姜黄素介导的光动力技术对干辣椒杀菌效果最差,在姜黄素浓度6 mmol/L,避光孵育30 min,LED光照20 min的最优杀菌条件下处理,杀菌量小于2 log CFU/g。单一脉冲强光杀菌次之,在脉冲强度为0.66 J/cm~2/pulse,闪照60次条件下,干辣椒中大肠杆菌、总菌落、黑曲霉菌分别减少了3.60 log CFU/g,2.29 log CFU/g和2.18 log CFU/g。干辣椒一些凹陷部分无法照射到,杀菌不彻底,残存菌量较大。脉冲强光结合姜黄素杀菌效果最好,在脉冲强度为0.66 J/cm~2/pulse,闪照60次条件下,大肠杆菌、总菌落、黑曲霉菌分别降低5.64、3.65、3.82 log CFU/g。将未处理干辣椒与脉冲强光结合姜黄素处理以及单一脉冲强光处理的干辣椒品质对比分析发现,在保证杀菌效果的同时,干辣椒的色泽、辣椒素类物质含量和挥发性成分含量均与未处理样品无显著性差异(P>0.05)。总体上,脉冲强光结合姜黄素处理能够在保证干辣椒品质的同时达到较好杀菌效果。(3)脉冲强光及脉冲强光结合姜黄素对大肠杆菌和黑曲霉孢子的致死机理研究以及杀菌动力模型的建立。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、流式细胞仪及荧光分光光度计观察了处理前后大肠杆菌和黑曲霉孢子细胞结构,从细胞水平初步探究致死原因。结果表明:大肠杆菌及黑曲霉孢子表观形态发生凹陷,大肠杆菌出现穿孔现象,细胞内容物外漏,黑曲霉孢子细胞内部结构被破坏,细胞器退化,细胞膜变得透明,出现质壁分离的现象。大肠杆菌及黑曲霉孢子DNA双链结构解旋变性,细胞内活性氧水平增加,破坏了细胞完整性,干扰菌体正常生理活动,导致失活。大肠杆菌及黑曲霉孢子凋亡是光化学效应、光热效应、光敏化效应协同作用的结果。利用Weibull模型和Weibull+Tail模型研究脉冲强光与脉冲强光结合姜黄素对干辣椒中微生物的杀菌动力学特征。结果表明:Weibull+Tail模型的拟合度较高,能更好的描述单一脉冲强光和脉冲强光结合姜黄素杀菌方式下干辣椒中微生物失活特征。(4)采用中试规模脉冲强光设备验证脉冲强光结合姜黄素技术对干辣椒杀菌的工业化生产可行性。结果表明:中试规模脉冲强光设备可使干辣椒中总菌落降低2.71±0.34 log CFU/g。35℃的加速储藏实验中,以企业干辣椒菌落总数不得超过4.7 log CFU/g为标准,脉冲强光结合姜黄素杀菌处理后的干辣椒可在35℃,相对湿度为30%条件下储藏大约8 d,相当于25℃下储藏27 d,4℃条件下储藏一年。对比储藏期间干辣椒品质发现,随着储藏天数的增加,未处理和经脉冲强光结合姜黄素处理的的干辣椒颜色未有显著性差异(p>0.05),两组干辣椒水分含量都随着储藏时间的增长逐渐上升,储藏期结束时均处在14%的安全水分以下,未处理组的水分含量稍高于杀菌处理组。两组样品水分活度都随着储藏时间的延长逐渐上升,未处理组的水分活度高于杀菌处理组。综上所述,与单一处理方法相比,脉冲强光结合姜黄素技术在光化学、光热、光敏化效应的协同作用下对干辣椒实现了有效杀菌并很好的保留食品品质,明显延长储藏时间,具有工业化生产潜力。
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