冷液体食品的巴氏灭菌法使用二氧化碳密集阶段

文摘

液体食物通常是由热巴氏灭菌处理技术,它可以摧毁热敏性营养和感官属性。稠密二氧化碳(DPCD)是一个非热能的技术,可以灭活某些液体食品中的微生物在低温下,以避免传统巴氏灭菌的热影响。这项技术已经被调查在过去的50年里,尤其是在过去2年里,它已被建议作为一个冷巴氏灭菌技术对液体食品。本文回顾微生物失活的知识关于DPCD技术出版机制DPCD杀菌作用,实验和商业DPCD处理系统。此外,审查也反映了对未来范围,特别是,当前挑战DPCD用于食品工业的技术。

关键字

稠密二氧化碳非热能的,寒冷的巴氏灭菌法,微生物失活机制、治疗系统

介绍

液体食品巴氏杀菌为了消除食物中毒的风险,并提高他们的保质期。巴氏灭菌法是一个过程的液体食物被加热到特定的温度为一个特定的时间杀死或停用致病细菌。通常巴氏消毒的液体食品全蛋液(除去壳),牛奶,果汁,杏仁、苹果酒和啤酒。

通常由低温液体食物是巴氏杀菌长时间(LTLT)过程大约在145°F (63°C) 30分钟或高温短时间(HTST)过程约为162°F (72°C) 15 s或超高温(UHT)过程约为265到295°F(130到145°C) 2为45秒。尽管热处理可以提高保质期大约2到3周在制冷(低于7°C),它可导致显著的减少身体、营养、感官质量的食物也可以减少一些生物活性化合物的内容或生物利用度1- - - - - -3]。因此,有必要使用非热能的技术,如高压巴氏灭菌处理、辐照、脉冲电场,功率超声波、臭氧、振荡磁场等。

密集的使用阶段二氧化碳(DPCD)提出了一个替代巴氏灭菌的食品(非热能的技术4]。DPCD技术,食品联系(加压)子任务或超临界CO雷竞技网页版₂在批处理一定的时间,半批,或连续的设备。虽然DPCD技术研究了在各种各样的食品,它主要被用于巴氏灭菌液体食物。各种研究表明,DPCD可以使用灭活微生物液体食品中一个有效的手段。越来越多的研究兴趣在这个技术旨在发展不仅安全的食品,而且高质量的食品“fresh-like”特色。

本文旨在提供一个详细的和批判性回顾DPCD技术的应用巴氏灭菌法的液体食物,并阐明其当前食品行业未来发展的挑战和机遇。

稠密二氧化碳

密集的阶段是第四阶段(固体、液体、气体和密集),无法形容的感觉。当一个纯化合物高于临界压力和临界温度,系统通常被称为一个“密相液”或“超临界流体”区别于正常的气体和液体。术语“密集阶段”(DP)流体这里使用表示这些阶段的物质保持液体,然而是稠密的。密集阶段气体的粘度类似,但密度接近液体。由于其独特的性质,密集阶段为食品和制药加工已成为有吸引力的应用程序、运输的天然气、二氧化碳(有限公司₂)。

有限公司₂可以更有益利用密集的形式为巴氏灭菌法的液态食品由于其杀菌效果演示(5- - - - - -7]。而其他气体(N₂O, N2, Ar, tetrafluoroethane)也被评价为杀菌功效的压力高于大气,优越的效果有限₂有超过其他气体由于其低临界点:7.11 MPa, 31日ºC,这只是略高于室温,从而消除热降解吗(表1)。

表1。属性的超临界流体在临界点[8]。

此外,在密集/超临界阶段,有限公司₂低粘度(3 - 7×10⁵销售经理²)和表面张力为零,所以可以快速穿透多孔材料和复杂的食物。有限公司₂仍是最可取的气体造成食品生物由于其低毒性,nonflamability,和低成本9成为一个经济可行的选择。此外,作为添加剂,有限公司₂不会影响消费者的感知,因为他们熟悉产品,如碳酸饮料。

早期使用的二氧化碳在食品保存

因为需要保存方法是安全的,便宜,和非破坏性热敏感的化合物,使用二氧化碳作为被测试食物保存方法。使用碳化的保存食品开始早在1939年与布朗的研究等。10苹果汁是碳酸和微生物失活和口味的变化都被记录下来。的碳酸果汁酒保存显示了3个月约21°C没有味道的变化。

使用碳化还追究其在软饮料作为保存剂使用。即使在最低数量的气体压力(3卷的有限公司₂1卷= 1 L公司在哪里₂每升啤酒)不育实现大约20天根据°糖分的饮料11]。此外,自1980年以来,许多研究人员报道的抑菌作用和抑制作用有限公司₂在一些微生物的生长和新陈代谢。虽然碳酸有限公司₂已被证明是一种有效的防腐剂一些细菌不受影响。

Molin [12)报道,有限公司₂有大约75%的抑制性影响芽孢杆菌仙人掌,Brochothrix丝菌,气单胞菌属hydrophila, 53% - 29%对大肠杆菌和粪链球菌的抑制作用。假单胞菌被发现是非常敏感的,而其他类型,如乳酸菌和梭状芽胞杆菌不敏感。厌氧细菌的抑制率更低。这证明了碳化的食物就不会灭活所有食品相关细菌,随后将需要使用有限公司₂在压力下。

Kamihira et al。13)有限公司的消毒效果进行测试₂在超临界液体和气体在潮湿和干燥大肠杆菌,金黄色葡萄球菌和分生孢子的黑曲霉利用超临界流体萃取装置。自那时以来,许多研究调查公司的影响₂在致病性和有害微生物的压力下,营养细胞和孢子,酵母菌和霉菌,酶和他们的活动和食物质量属性。最终,人们已经发现,如果有限公司₂加压,过程不再是抑菌,但杀菌(7,14,15]。因此,任何技术一样,有限的使用₂杀死细菌的压力测试也被广泛的食品材料使用不同的压力和温度条件。

此外,根据所使用的压力和温度条件下,应用有限公司₂在压力下用一些技巧。术语可以互换使用,可能有必要学习这些术语之间的区别,以避免误解。

•HPCD(高压有限公司₂)处理,利用有限公司₂高于大气压力

•SCCD(超级关键有限公司₂)处理,利用有限公司₂在超级关键阶段

•DPCD(密集阶段有限公司₂)处理,利用有限公司₂在超级关键和液体状态

稠密二氧化碳处理

稠密二氧化碳(DPCD)处理是一个非热能的处理技术,利用二氧化碳在50岁以下的压力MPa灭活微生物即。,以高热杀菌主要是液体食物。DPCD叫做冷巴氏灭菌方法因为它影响微生物通过CO分子的影响₂没有揭露食品不利热影响传统的巴氏灭菌法(热)和保留他们的fresh-like物理、营养和感官品质16]。DPCD处理是一个集体名词液体有限公司₂和超临界有限公司₂或高压二氧化碳(HPCD)。

弗雷泽(17)是第一个表明DPCD可以灭活细菌细胞。他显示99%的大肠杆菌数据呈现不可行的减压的有限公司₂从500 psi到大气压力。自那时以来,许多研究调查DPCD致病菌和酶的影响。适用于各种液体食品已经被许多研究者进行(表2)。在过去2年中,研究成果和专利的数量增加,和商业化加剧(18]。

表2。总结研究液体食品中的微生物失活的密集阶段有限公司₂。

Dpcd微生物失活的机制

虽然许多理论是解释公司的抑菌作用₂,完全失活机制仍有待解开。然而,不同的假设的微生物失活机制所涉及的步骤可以概括如下:

我)增溶密封有限公司₂在外部的液相

(二)细胞膜修改

3)细胞内pH值降低的效果

(四)关键酶失活

v)的直接影响(抑制)分子公司₂和HCO₃对新陈代谢

(六)扰乱细胞内电解质的平衡

七)去除细胞和细胞膜的重要成分。

大多数这些步骤不会连续出现,而是同时发生在一个复杂和相互关联的方式。

增溶密封有限公司₂在外部的液相

密封有限公司₂能溶于食物的水分矩阵。因此,水的一部分食物接触密封有限公司雷竞技网页版₂通常变成酸性的形成和离解H₂有限公司₃,这释放H⁺离子。

有限公司₂+ H₂O↔H₂有限公司₃

H₂有限公司₃↔H⁺+ HCO₃——pKa = 6.57

HCO₃↔H⁺+有限公司₃²pKa = 10.62

这降低了细胞外pH值可能减少微生物抗失活,因为增加的能源消耗来维持体内平衡pH值。有限公司₂显示的抑制作用大于其他酸和穿透细胞的增长速度要比其他分子在溶液中不产生酸化。pH值较低的外部有助于细胞通透性的增加和促进公司的渗透₂为微生物细胞以更高的速度(19,33]。

细胞膜修改

水有限公司₂方法细菌细胞的表面,扩散到细胞膜,并可能积聚在其亲脂性的(磷脂)内层。一般来说,公司之间有高亲和力₂和质膜。有限公司₂可以溶解细胞膜磷脂的模型,主要是phosphotidietanol胺和phosphotiliglycerol在一个很高的程度。这种积累的有限公司₂在脂质阶段可能会在结构上和功能上障碍细胞膜由于脂链的订单损失(这一过程称为“麻醉”),可能会增加流动性,然后是膜的渗透性(4]。

细胞内的ph值降低的影响

由于膜透性增加,密封有限公司₂很容易穿透细菌细胞膜和细胞质内部积累的细菌细胞。在那里,解散公司的相对浓度₂和HCO₃^{- - - - - -}在第一个实例由内部控制酸碱缓冲由于体内平衡为了保持或多或少不变细胞质内的pH值(这是必不可少的最佳细胞生存能力和细胞活动)。然而,如果太多的解散公司₂进入细胞质,内部pH值将开始减少。如果内部pH值降低太多,细胞生存能力将严重受损,细胞也可能无法保持由此产生大量的pH值差异,ΔpH(ΔpH =酸碱内部-外部的)。因此,细胞活动的障碍可能与低内部pH值和一个大型的崩溃ΔpH [34]。

斯普里姆伯格et al。8暴露了暂停枯草芽孢杆菌在8.0 MPa和30°C DPCD 5分钟。内部的酸度和外部悬挂被确定为3.3和3.2分别提出5-decimal减少枯草芽孢杆菌细胞。虽然内部酸碱和外部的价值观非常相似,这些发现似乎支持了假设DPCD曝光后,微生物细胞无法保持有利的细胞质pH稳态和细胞结构和功能的许多方面受到内部pH值的影响。

关键酶失活

酶,占大多数的蛋白质在细胞溶质,在最佳pH值有最大的活动,他们的活动大幅下降的最优。降低胞质内的pH值可能会导致抑制和/或代谢所必需的关键酶的失活和监管流程,如糖酵解、氨基酸和肽运输、主动运输的离子,和质子移位34]。因此损失超过生物控制的细胞内部的pH值可能有害的中间代谢和细胞功能的各个方面。

直接(抑制)效应的分子公司₂和HCO₃对新陈代谢

每个酶反应的反应速率是不仅pH值的函数,而且细胞内浓度的基质,产品,和代数余子式调节酶活性的主要元素。

羧化作用的反应尤为重要的糖质新生和特定的生物合成的前体氨基酸和核酸的合成。有限公司₂实现角色的羧化作用的生物合成的底物反应或代谢产物的脱羧反应。脱羧反应而言,他们都似乎生产有限公司₂在溶解(未水化)有限公司₂的形式。

公司的各种物种的最终效果₂可能对微生物代谢可能将一个函数的相对重要性不同的羧化作用和脱羧反应[35]。

无序化的细胞内电解质平衡

当应用有限公司₂压力积累在细菌细胞的胞质内,致命的损害可能发生细胞的生物系统。这可能将HCO₃^{- - - - - -}到公司₃^{2 -},这可能引发细胞内无机电解质(如Ca^{2 +}、镁^{2 +}从细胞和细胞膜和类似的离子)33]。因为这些无机电解质(除了大量的其他细胞活动的重要监管机构)帮助维持渗透细胞和周围的媒体之间的关系,这可能会产生有害的影响细胞的体积。

去除细胞和细胞膜的重要成分

一些作者认为,积累有限公司₂由于其相对较高的受拉的力量,“提取”细胞或细胞膜的重要成分。密封有限公司₂第一次渗透进入细胞建立密度细胞内的临界水平。还有的外加压力突然释放扰乱或改变bio-membrane的结构,导致清除细胞内成分的快速转移,如磷脂和疏水性化合物的生物系统到细胞外环境中。这个提取影响生物系统的平衡,促进失活(13,33,36]。林等。36)还指出,失活率可以提高通过重复的释放和充电密封有限公司₂在治疗期间压力容器。

中村et al。7)使用SEM酵母细胞作为机械破裂的证据。他们观察到一些细胞完全破裂而有皱纹或孔表面。这也证实了Ballestra et al。37]表明,一些大肠杆菌细胞治疗DPCD 5.0 MPa和35°C显示出一些细胞壁变形的迹象。研究由香港和Pyun38],民间[23)和Bertoloni et al。39]在l .杆菌,大肠杆菌和酿酒酵母显示DPCD治疗导致不可逆转的细胞膜损伤包括细胞内泄漏等材料紫外吸收物质,酶和释放细胞内的离子(如毫克^{2 +}和K⁺)。

当前的挑战和未来的范围

经过全面审查之前密集阶段研究有限公司₂处理方法以高热杀菌液体食物,它可以观察到,有一些挑战仍然存在。

•只有营养细菌都进行了广泛的研究和容易密集阶段有限公司₂治疗

•不同的影响因素,如温度、压力和设备可以大量微生物的失活,但尚未有清晰的理解这些影响

•DPCD治疗液体食品的营养属性一般不检查

•DPCD治疗液体食品的保质期和稳定性在不同储存条件没有足够的研究

未来研究DPCD治疗液体食品可能会指向以下的动作:

•公司的数学模型₂巴氏灭菌需要加强,因为它是重要的对于阐明机制,以及流程优化

•治疗的密集相结合二氧化碳和其他潜在的非热处理技术高的静水压力(水马力)可以提高安全研究和液体食品的货架寿命

结论

有兴趣增加应用程序的非热技术来保存液体食物。同时也有对fresh-like和营养食品的需求。DPCD冷巴氏杀菌技术是合算的,环境友好的和可靠的方法来保存液体食品的质量。此外,几批,半连续和连续系统DPCD应用程序开发。然而,这项技术的适用性在工业规模尚未广泛传播将上面提到的挑战。必须更好地理解复杂的挑战和发现的方法,将有助于提高应用DPCD巴氏灭菌的液体食品。

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