天然复合防腐剂在方便面料包中抑菌效果的应用

刘 齐, 杜 萍, 王铁旦, 沈 阅, 李 庆, 杨 芳,*

(1.湖北大学知行学院,湖北武汉 430011;2.昆明理工大学分析测试研究中心,云南昆明 650093;3.云南省分析测试中心,云南昆明 650093)

方便面已成为一种热门的大众食品,其消费量也在大幅度的上升.为了延长方便面面饼的保质期,目前已经有很多研究表明向其中加入天然防腐剂和天然抗氧化剂可以延长其货架期,然而对于方便面中酱包的防腐则鲜有类似研究,不少厂家会在酱包中大量添加山梨酸钾、苯甲酸钠等化学防腐剂来防腐抑菌[1].

随着人们对食品安全性的认识和要求的逐步提高,天然防腐剂是近年来国内外倡导、开发和寻求的新型产品,开发抗菌性强、安全无毒的天然防腐剂已成为各国科技工作者的研究热点[2-4].其中,乳酸链球菌素(nisin)、纳他霉素(natamycin)以及壳聚糖在食品工业中研究和应用的较多[5-8].赵华等[9]根据美国国家标准委员会制定的真菌体外药敏实验方法,测定了纳他霉素对黄曲霉菌、青霉菌、毛霉菌和白念珠菌的最小抑菌浓度,对纳他霉素的抑菌和杀菌特性进行研究.李悦潇等[10]通过对添加不同食品防腐剂红肠的微生物指标和pH值变化进行对比,研究发现nisin为主的复合食品防腐剂在红肠中的防腐应用效果最佳.不仅如此,Kristyna等[11]利用nisin与纳他霉素复合配方进行了奶酪包装生物膜的研究开发.

本研究以化学防腐剂(山梨酸钾和苯甲酸钠)作为对照,选择壳聚糖、纳他霉素和nisin等3种天然防腐剂进行抑菌效果的研究并进行筛选复配,以期找到能够替代化学防腐剂的天然防腐剂配方.

1 实验材料和方法

1.1 实验材料

本实验所用方便面酱包为实验室制作.酱包配方是 ω(精炼牛油)为 15%,ω(精炼棕榈油)为30%,ω(葱)为 2%,ω(蒜)为 2%,ω(姜)为 2%,ω(五香粉)为 6%,ω(糖)为 6%,ω(盐)为 16%,ω(咖喱)为18%,ω(芝麻油)为3%.

1.2 实验试剂

nisin,连云港友进食品添加剂技术开发有限公司;纳他霉素,连云港友进食品添加剂技术开发有限公司;壳聚糖,沂宁市瑞欣康商贸有限公司;山梨酸,上海山浦化工有限公司;苯甲酸钠,天津市东丽区泰兰德化学试剂厂;营养琼脂培养基,南京一基生化科技有限公司.

1.3 实验方法

1.3.1 酱包制作工艺

实验用方便面酱包制作工艺如图1.

图1 实验所用方便面酱包制作工艺Fig.1 Instant noodles sauce production process chart

1.3.2 样品预处理

根据国标分别配制无菌生理盐水,1×10-8mg/mL nisin溶液,1×10-8mg/mL纳他霉素溶液,5×10-7mg/mL壳聚糖溶液,1.2×10-7g/mL苯甲酸钠溶液和1.4×10-7g/mL山梨酸溶液.取样品酱包5 g用无菌水稀释为5×10-7g/mL样液,所用试剂配完后,将所用的玻璃仪器及培养基全部灭菌.

1.3.3 单因素实验

准确吸取1 mL的5×10-7g/mL样液,加入到所有待测营养琼脂培养皿中.以不加入任何防腐剂的琼脂培养皿为空白对照.向已经含有样液的培养皿中分别加入相应的nisin、纳他霉素、壳聚糖、苯甲酸钠和山梨酸溶液.根据GB 2760—2011[12]中说明的nisin、纳他霉素、壳聚糖、苯甲酸钠和山梨酸的最大使用量范围内,确定每个培养皿中所加入的防腐剂溶液的量.

根据1.3.2实验数据,分别向样品中添加质量分数为0.006%,0.009%,0.012%,0.015%,0.018%,0.020%的nisin;质量分数为0.005 5%,0.006 0%,0.006 5%,0.007 0%,0.007 5%,0.008 0%的纳他霉素;0.20%,0.25%,0.30%,0.35%,0.40%,0.45%的壳聚糖;质量分数为0.075%的山梨酸钾和质量分数为0.030%的苯甲酸钠.每次实验3个平行,所有培养皿接种完后放入37℃培养48 h后计菌落总数.

1.3.4 复配实验

对天然复合防腐剂进行全实验,水平编排表见表1.

表1 天然复合防腐剂全实验水平编排表Tab.1 Full experiment of natural complex preservative

分别按照表1中的复配配方添加到样品中,在破坏性温度下(37℃)进行连续培养5 d.以不加任何防腐剂的样品作为空白,以加入质量分数为0.075%的山梨酸钾和质量分数为0.030%的苯甲酸钠的样品作为对照,研究在贮存过程中,复配配方的抑菌效果.

2 结果与分析

2.1 不同天然防腐剂溶液对样品溶液的抑菌效果

根据1.3.2方法,培养皿在培养48 h后,对比菌落数.由于加入壳聚糖的培养皿空白的培养皿菌落在此数量级范围内多的不能计数,故认为壳聚糖在本次实验中的抑菌效果不理想,本实验不做后续实验,nisin和纳他霉素的抑菌效果如图2.

图2 天然防腐剂与化学防腐剂抑菌效果对比Fig.2 Comparing about preservative effects between native preservative and chemical preservative

从图 2可以看出,当添加量 ω(nisin)为0.006%～0.015%时,其抑菌效果没有明显区别,48 h后菌落总数均在8×1010cfu/mL以上,但是低于空白样品水平(4.2×1011cfu/mL);而当添加量ω(nisin)为0.018% ～0.02%时,48 h之后菌落总数在3×1010cfu/mL左右,明显低于前4个剂量.纳他霉素的抑菌效果随着添加比例的增大时先增大后减小,其最佳抑菌比例在0.0065% ～0.0075%,在该添加比例范围内,48 h之后菌落总数在5×1010cfu/mL左右,显著低于其他添加比例.

按照上述所得结果,将质量分数为0.018% ～0.020%时不同添加比例的nisin以及质量分数在0.006 5%～0.007 5%纳他霉素的抑菌效果与国标允许添加的化学防腐剂山梨酸钾、苯甲酸钠的抑菌效果做比较发现,在国家标准允许添加的范围内,天然防腐剂中添加量ω(nisin)在0.018%以上时的防腐效果与化学防腐剂山梨酸钾或苯甲酸钠的效果相当,纳他霉素抑菌效果相对较差一些[13-15].综合实验结果确定nisin与纳他霉素复配的添加量进行全部实验.

2.2 复配后天然防腐剂与化学防腐剂的抑菌效果比较

按照2.1结果以及表1中的数据组成天然防腐剂复配组合并测定其抑菌效果.并将该结果与国标允许添加的化学防腐剂山梨酸钾、苯甲酸钠的抑菌效果做比较,见表2.

表2 不同配方连续培养5 d菌落数Tab.2 Mixed colony of training 5 days in a row log10(cfu/mL)

由表2中各复配配方48 h以后数据可以看出在9个复配配方中所有样品的菌落总数比空白中的菌落总数要低,说明9中复配配方都有抑菌效果.其中1,4,5,6,8,9号复配配方样品中的菌落总数高于山梨酸钾和苯甲酸钠,说明其抑菌效果不如化学防腐剂.而2,3号复配配方的样品菌落总数与加入山梨酸钾和苯甲酸钠的样品相当,说明2,3号复配配方的抑菌效果与化学防腐剂相当.同时值得注意的是7号配方样品的菌落总数明显低于加入山梨酸钾和苯甲酸钠样品,初步推断添加量ω(nisin)为0.020%,添加量ω(纳他霉素)为0.006 5%复配时,其抑菌效果要优于化学防腐剂.

2.3 复合天然防腐剂时间效应的研究

2.3.1 第1号复配防腐剂

第1号复配组连续5 d的菌落数如表2中1号实验组所示.在破坏型温度(37℃)贮藏下,1号复配组前3 d对酱液的抑菌效果较明显,与化学防腐剂组(即添加山梨酸和苯甲酸钠)相比效果较差.从第4 d开始,1号复配组防腐效果已经不明显了且超过了空白组,而化学防腐剂组效果依旧较好.但是第5 d时,复配组中菌落数比空白组略有下降.

2.3.2 第2号复配防腐剂

第2号复配组连续5 d的菌落数监测结果如表2中2号实验组所示.在37℃培养下,2号复配组和化学防腐剂组的防腐效果较空白对照组在前3 d好.到第4 d复配组中的菌落数剧增,明显超过了空白组;化学防腐剂组的抑菌效果持续很好,十分的明显.

2.3.3 第3号复配防腐剂

第3号复配组连续5 d的菌落数监测结果如表2中3号实验组所示.由表2可知,3号复配组的抑菌效果十分的好.前3 d的抑菌效果与化学防腐剂组不相上下,而第4 d时效果明显比化学防腐剂组要好很多;但是第5 d后其菌落数急剧增多,数目远超过了对照组.

2.3.4 第4号复配防腐剂

第4号复配组连续5 d的菌落数监测结果见表2中4号实验组.由表2可知防腐剂组在3 d中均有一定的抑菌效果.但在第4 d开始有了明显的效果差异,4号复配组的抑菌能力开始减弱,其中的菌落生长数与空白组不相上下;而化学防腐剂组抑菌能力依旧较好.

2.3.5 第5号复配防腐剂

第5号复配组连续5 d的菌落数连续监测结果如年表2中5号实验组所示.由表可知5号抑菌组的防腐效果并不十分明显,其菌落总数与化学防腐剂组存在显著性差异.由此可知5号复配组抑菌能力不是很高.

2.3.6 第6号复配防腐剂

第6号复配组连续5 d的菌落数连续监测结果如表2中6号实验组所示.由表可知前3 d 6号复配组中的菌落生长数比空白组中的要少,培养至第4 d时菌落数快速增长,在此之后,6号和空白中的菌落数相接近.相对而言,化学防腐剂组的防腐能力相对较稳定,5 d内连续有效.6号组的防腐效果明显低于化学防腐剂的效果.

2.3.7 第7号复配防腐剂

第7号复配组连续5 d的菌落数如表2中7号实验组所示.由表可知7号复配组的效果不错,5 d连续监测数据显示其抑菌效果与化学防腐剂(山梨酸钾和苯甲酸钠)没有显著性差异.因此作为天然复配防腐剂组而言,7号复配组防腐效果很好.

2.3.8 第8号复配防腐剂

第8号复配组连续5 d的菌落数如表2中8号实验组所示,由表可以看出8号复配组的抑菌效果与苯甲酸钠在培养的前4 d内相近,却都比山梨酸要差.到培养第5 d时,8号复配组中的菌落数有所上升,超过了空白组;而山梨酸组和苯甲酸钠组的防腐效果还是很明显.

2.3.9 第9号复配防腐剂

第9号复配组连续5 d的菌落数如表中9号实验组所示.表显示9号复配组的防腐效果就整体而言是十分不错的,9号复配防腐剂的抑菌能力是介于苯甲酸钠和山梨酸.

根据2.2和2.3的结果可以看出,7号复配配方的天然防腐剂综合抑菌效果接近于化学防腐剂,可以用于替代化学防腐剂作为安全的食品添加剂添加到方便面料包中.

3 结 论

本文以菌落数为衡量指标,通过单因素实验发现nisin与纳他霉素能够有效地作为方便面料包防腐剂.通过2因素3水平全实验得到两种天然防腐剂的最优配比添加量为ω(nisin)为0.020%,添加量ω(纳他霉素)为0.006 5%.该配比下方便面料包中的菌落总数明显低于空白组,且与化学防腐剂组(山梨酸钾和苯甲酸钠)相当.时间效应实验显示在破坏性温度(37℃)下跟空白组对比,复配组中3号,7号至9号的抑菌效果较好.其中3号抑菌效果甚至在前4 d超过了化学防腐剂组,但是第5 d后其抑菌效果下降较快;而复配组7号至9号的抑菌效果和苯甲酸钠与山梨酸相比没有显著性差异.综上所述,7号复配配方(ω(nisin)0.020%,ω(纳他霉素)0.0065%)能有效抑制方便面酱包中微生物的生长.

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