(江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,江蘇省食品物理加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇鎮(zhèn)江 212013)

香蔥具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,香蔥內(nèi)的蒜辣素能刺激機(jī)體消化液的分泌,同時(shí)可抑制癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[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(gè)重要方式,脫水香蔥因其使用方便,儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng),廣泛用于調(diào)味品行業(yè),是我國(guó)重要的出口脫水蔬菜之一[3]。微生物指標(biāo)是進(jìn)出口果蔬嚴(yán)控的指標(biāo)之一,所以生產(chǎn)加工過程中對(duì)微生物的控制至關(guān)重要。

脫水香蔥的生產(chǎn)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(fēng)干燥也能達(dá)到一定的殺菌效果。目前由于技術(shù)成熟、操作方便、處理量大,企業(yè)廣泛在清洗過程中添加次氯酸鈉溶液進(jìn)行前期的減菌處理。但次氯酸鈉易與有機(jī)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生三氯甲烷、四氯化碳、二惡因等一類致癌的氯代有機(jī)化合物,對(duì)水體環(huán)境造成污染[5],還會(huì)造成香蔥表面色澤發(fā)黑,口味變淡,使香蔥質(zhì)構(gòu)發(fā)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(shù),其主要利用天然氣代替電能,利用紅外輻射對(duì)物料進(jìn)行加熱以達(dá)到脫水干燥的目的。具有熱效率高、節(jié)能環(huán)保、設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[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(duì)香蔥進(jìn)行熱殺菌,從而避免次氯酸鈉的使用,在后續(xù)干燥過程中也可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱風(fēng)干燥節(jié)約能源。國(guó)內(nèi)外就催化式紅外輻射技術(shù)對(duì)食品殺菌干燥展開了大量實(shí)驗(yàn)并取得了顯著的效果[9-15]。Wang等[9]通過催化式紅外輻射結(jié)合保溫處理,對(duì)新鮮稻谷中黃曲霉孢子進(jìn)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(shù)有望取代氯化物殺菌,減少環(huán)境污染,提升脫水香蔥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[16]。

目前國(guó)內(nèi)外利用催化式紅外輻射對(duì)香蔥進(jìn)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(duì)香蔥的殺菌效果,并對(duì)不同條件處理后香蔥的品質(zhì)進(jìn)行分析。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

TM350手持式紅外測(cè)溫儀 Tecmen電子有限公司(香港,中國(guó));JYL-C012果蔬榨汁機(jī) 九陽(yáng)股份有限公司(杭州,浙江,中國(guó));XH-C漩渦混合器 金壇市醫(yī)療儀器廠;TGL-16高速臺(tái)式冷凍離心機(jī) 長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司;WFJ 7200型可見分光光度計(jì) 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(shè)備 鎮(zhèn)江美博紅外科技有限公司(圖1),催化式紅外設(shè)備由上下兩塊催化式紅外加熱板(30 cm×60 cm)和處理室(長(zhǎng):100 cm×高:100 cm×寬:60 cm)組成。

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

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 原料預(yù)處理 實(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)規(guī)整,無機(jī)械損傷的部分,清洗,切成長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)。使用前先將催化式紅外發(fā)生器預(yù)熱15 min,然后通過氣體控制閥通入液化氣后點(diǎn)火,試驗(yàn)過程通氣閥氣壓控制在1.5 kPa,工作時(shí)催化式紅外發(fā)生器的表面溫度可達(dá)到(395±5) ℃。實(shí)驗(yàn)過程中采用兩種加熱模式,即只開上板或者同時(shí)開啟上下兩塊紅外加熱板進(jìn)行研究,以下步驟簡(jiǎn)稱單板、雙板,每塊板功率為0.9 kW。

前期預(yù)實(shí)驗(yàn),將切好的香蔥單層平鋪在金屬網(wǎng)上,打開催化式紅外加熱設(shè)備,選擇紅外加熱模式(單板或雙板),將金屬網(wǎng)放入樣品架上,用手持紅外測(cè)溫儀測(cè)定香蔥表面溫度。由于香蔥葉片薄,表面積大,測(cè)量過程中發(fā)現(xiàn)輻照距離一定時(shí),在加熱過程中香蔥表面溫度快速升至一定數(shù)值后趨于穩(wěn)定,故認(rèn)定加熱過程中,輻射距離一定,香蔥表面溫度不變。通過預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),采用單板紅外加熱時(shí),只開啟上方加熱板,當(dāng)加熱板與樣品距離為35、25、15、8、4 cm時(shí),對(duì)應(yīng)香蔥表面溫度分別為50、60、70、80、90 ℃;采用雙板加熱時(shí),同時(shí)開啟上下兩塊加熱板,當(dāng)上下兩塊加熱板與樣品距離均為36、30、26、20 cm時(shí),所對(duì)應(yīng)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(wǎng)上,開啟催化式紅外設(shè)備,加熱板溫度穩(wěn)定后,將金屬網(wǎng)放入紅外發(fā)生器上進(jìn)行殺菌實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)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(duì)香蔥進(jìn)行殺菌研究,單板采用50、60、70、80、90 ℃五個(gè)溫度梯度,每隔1 min取樣一次;雙板采用60、70、80、90 ℃四個(gè)溫度梯度,每隔30 s取樣一次。所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果重復(fù)三次,取平均值。預(yù)實(shí)驗(yàn)中由于單板50 ℃處理對(duì)大腸菌群減菌效果達(dá)不到要求,故在微生物測(cè)定后未對(duì)此溫度下處理樣品的水分含量、顏色和維生素C含量進(jìn)行測(cè)定。

1.2.3 微生物測(cè)定 對(duì)處理前后的香蔥進(jìn)行微生物含量測(cè)定。香蔥菌落總數(shù)測(cè)定方法參照GB/T 4789.2-2016[17],其中細(xì)菌總數(shù)的對(duì)數(shù)值用lg CFU/g表示;大腸菌群測(cè)定方法參照GB/T 4789.3-2016[18],采用最可能數(shù)計(jì)數(shù)法(MPN),根據(jù)復(fù)發(fā)酵實(shí)驗(yàn)確證的大腸菌群LST陽(yáng)性管數(shù),檢索MPN表。

NY5184-2002《無公害脫水蔬菜標(biāo)準(zhǔn)》[19]中規(guī)定了脫水蔬菜的微生物指標(biāo)為細(xì)菌總數(shù)≤100000 CFU/g,即lg CFU/g≤5,大腸菌群數(shù)≤100 CFU/g。

作為教育產(chǎn)品的提供者，對(duì)高職院校來說品牌象征著綜合競(jìng)爭(zhēng)力和社會(huì)影響力。在日趨激烈的教育市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中，在國(guó)家政策的引導(dǎo)下，公辦職業(yè)院校正經(jīng)歷著中等學(xué)校“爭(zhēng)牌子”、心系升本“升牌子”、評(píng)估等級(jí)“保牌子”、示范院?！皠?chuàng)牌子”的磨練。部分公辦高職院校被傳統(tǒng)的觀念束縛，認(rèn)為只有民辦院校才需要進(jìn)行品牌建設(shè)、廣告公關(guān)傳播、宣傳推廣，即使有些公辦高職院校領(lǐng)導(dǎo)已經(jīng)意識(shí)到品牌建設(shè)的重要性，但學(xué)校中并沒有成立專業(yè)的團(tuán)隊(duì)對(duì)院校的品牌進(jìn)行建設(shè)，更沒有成立專門的機(jī)構(gòu)對(duì)品牌進(jìn)行建設(shè)與維護(hù)，相對(duì)于企業(yè)而言，品牌建設(shè)在高職院校中還處于摸索階段。

1.2.4 水分含量測(cè)定 參照GB/T 5009.3-2010[20]用直接干燥法對(duì)處理前后香蔥水分含量進(jìn)行測(cè)定。處理前對(duì)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(cè)定樣品中干燥減失的重量,再通過干燥前后稱量數(shù)值計(jì)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(zhì)量,g;m2為香蔥烘干后質(zhì)量,g。

1.2.5 顏色測(cè)定 采用色差儀測(cè)定香蔥表面顏色。測(cè)量時(shí)隨機(jī)選取托盤內(nèi)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(shù),每組重復(fù)10次。取每個(gè)部分的色差平均值記為香蔥表面的色值,實(shí)驗(yàn)選用Lab表色系統(tǒng)[21],其中L*值表示亮度,數(shù)值越大顏色越亮;a*值表示紅色/綠色值,負(fù)值絕對(duì)值越大顏色越綠;b*值表示黃色/藍(lán)色值,正值越大,顏色越接近黃色。下標(biāo)0代表新鮮香蔥的顏色值。顏色變化值ΔE通過公式(1)計(jì)算所得,ΔE值越大,表示產(chǎn)品的顏色變化越大。

式(2)

1.2.6 維生素C含量測(cè)定 本實(shí)驗(yàn)參照馬宏飛[22]的方法,利用維生素C對(duì)紫外產(chǎn)生吸收和對(duì)堿不穩(wěn)定的特點(diǎn),用紫外分光光度計(jì)測(cè)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(zhuǎn)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(cè)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(zhǎng)處測(cè)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(zhǎng)243.4 nm處測(cè)定其吸光度。待測(cè)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(cè)得香蔥樣品的吸光度后,依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線方程,計(jì)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(biāo)準(zhǔn)曲線方程計(jì)算得到的維生素C濃度,μg/mL;V1為測(cè)吸光度時(shí)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(cè)樣品總體積,mL;W為香蔥質(zhì)量,g;100為100 g香蔥。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 單板和雙板不同溫度條件下對(duì)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(duì)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(shù)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(shù)隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)而減少,在50、60、70、80、90 ℃條件下處理5 min后,菌落總數(shù)趨于平穩(wěn),殺菌效果增加緩慢,時(shí)香蔥表面剩余菌落總數(shù)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(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的5 lg CFU/g。其中,60 ℃以上處理3 min即可達(dá)到菌落總數(shù)的減菌標(biāo)準(zhǔn)。在3 min時(shí)殺菌速率達(dá)到最大值,此時(shí)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?yàn)榧訜釓?qiáng)度大于單板,在相同溫度條件下,短時(shí)間內(nèi)可以達(dá)到快速殺菌效果。從圖2(B)中可以看出,在雙板條件下,因?yàn)榧t外熱輻射強(qiáng)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(shù)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(dá)到菌落總數(shù)的減菌標(biāo)準(zhǔn)。在1 min殺菌速率達(dá)到最大值,此時(shí)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(shí)加熱樣品受熱均勻溫度快速升高,微生物尚未產(chǎn)生熱適應(yīng)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(shù)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(duì)香蔥表面菌落總數(shù)的殺菌效果隨著殺菌時(shí)間、溫度和強(qiáng)度增加而增加,隨后趨于穩(wěn)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(shù)<5 lg CFU/g,可以滿足對(duì)總菌落的減菌要求。楊繼紅[23]利用紅外輻射結(jié)合保溫處理對(duì)巴旦木進(jìn)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(shí)間內(nèi)達(dá)到足夠高的溫度,通過干擾微生物的熱適應(yīng)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(duì)大腸桿菌的殺菌效果

不同溫度條件下大腸菌群數(shù)如表1所示。

大腸桿菌作為一種常見的菌種,是作為評(píng)價(jià)食品污染程度的重要指標(biāo),是國(guó)際上公認(rèn)的衛(wèi)生監(jiān)測(cè)指示菌[24]。溫度越高,強(qiáng)度越大,紅外對(duì)大腸桿菌的殺菌效果越好。由表1可知,相同時(shí)間內(nèi),溫度越高,大腸桿菌殘存菌落數(shù)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(shù)為15000 MPN/g,而70 ℃條件下殺菌3 min,大腸菌群數(shù)約降低十倍,80 ℃和90 ℃條件下,大腸桿菌的菌落總數(shù)約縮小1000倍。時(shí)間對(duì)殺菌效果影響相對(duì)較小,在60 ℃條件下處理3～6 min,大腸桿菌數(shù)量均處于一個(gè)數(shù)量級(jí)。在單板80、90 ℃條件下處理3 min可達(dá)到《無公害脫水蔬菜標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定的低于100 MPN/g。雙板加熱條件下,催化式紅外對(duì)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(shí)香蔥表面的大腸菌群數(shù)已達(dá)到《無公害脫水蔬菜標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)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(shí)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(shí),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(duì)香蔥殺菌的同時(shí),可以同步去除12.16%～25.76%的水分,節(jié)省了后續(xù)干燥時(shí)間和能耗,省去了工業(yè)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中不同字母代表差異顯著(P<0.05)。從表2顯示的結(jié)果看,兩種模式下L*隨處理溫度的升高而有增大的趨勢(shì),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(cè)定結(jié)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(xiàn)樣品發(fā)黃的現(xiàn)象,這與張?chǎng)蝃13]利用催化式紅外輻射對(duì)菠菜進(jìn)行殺菌的色澤結(jié)果接近,顏色變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高溫蒸汽滅菌(ΔE=21.61)。且本研究中經(jīng)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(jìn)行殺青,阻止過氧化物酶導(dǎo)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(xiàn)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(tǒng)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(shí)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(dá)到減菌要求且保持好的品質(zhì)的適宜溫度和時(shí)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(jié)論

研究了催化式紅外設(shè)備在單板和雙板兩種模式不同溫度下對(duì)香蔥的殺菌效果。溫度越高、強(qiáng)度越大,殺菌效果越好。確定了殺菌時(shí)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(shí)達(dá)到最大值;雙板模式下,在1 min時(shí)殺菌速率達(dá)到最大值。殺菌過程中,香蔥水分含量隨著殺菌時(shí)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(nèi)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(xiàn)樣品發(fā)黃的現(xiàn)象。維生素C本身較不穩(wěn)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(dá)到減菌要求且保持好的品質(zhì)的適宜溫度和時(shí)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。