复配防腐剂结合不同物理处理对裂枣防腐效果的研究

王海云

(马鞍山师范高等专科学校 食品工程系，安徽 马鞍山 243000)

壶瓶枣营养价值很高，无论是生食还是干制或制成酒枣，都备受人们的喜爱.但是壶瓶枣在成熟期遇到阴雨天气，果实会大量开裂，一般年份裂果在10%左右，特殊年份高达90%以上.裂果会在2 d内发生霉变.这些发霉的枣即使经过烘干或晒干后，依然会有很明显的“黑缝”，严重影响枣的感官品质[1]，而且导致霉变的微生物在生长繁殖过程中很有可能产生毒素，这些毒素在烘制或晾晒过程中往往是无法去除的，被食用后会对人体的健康产生极大的危害，因此裂果的采后防腐具有重要意义.本文的研究目的在于解决壶瓶枣裂果的采后霉变问题，通过食品工业中常用的几种防腐杀菌技术(防腐剂、臭氧、微波、热风处理)，使裂枣的保存时间得以延长，为裂枣的进一步加工和利用赢得充足的时间，如制干或加工成枣粉、枣汁等，这样就能使裂枣变废为宝，为果农带来更多的经济收入，也为社会创造出更多的经济价值.

1 材料与方法

1.1 试验材料

有裂缝且已发生霉变的鲜枣和有裂缝但无霉变的鲜枣，大小均匀，成熟度一致.

1.2 试验方法

1.2.1 PDA培养基制备 马铃薯300 g，葡萄糖20 g，琼脂20 g，蒸馏水1 000 mL，加入蔗糖和琼脂，加热融化，分装灭菌.

1.2.2 裂枣病原菌悬液的制备 选取霉变果30个，制成带菌液，取0.5 mL带菌液接种于PDA平板进行恒温培养72 h，将30个平板表面菌落分别加入0.85% NaCl无菌生理盐水5 mL，将菌落刮下，无菌纱布过滤至250 mL三角瓶中，加玻璃球充分摇匀，再稀释制成104～105个/mL菌悬液.

1.2.3 防腐剂处理对病原菌的抑制效果试验 将菌悬液进行梯度稀释，取同一稀释倍数的病原菌悬液0.5 mL涂布于PDA平板.4 h后，在平板上分别加入1 mL不同浓度的脱氢醋酸钠、山梨酸钾、双乙酸钠、苯甲酸钠、丙酸钙溶液，涂布均匀，25 ℃恒温培养5 d，观察对病原菌的抑制情况.以不加入防腐剂处理的菌悬液为对照.

1.2.4 复配防腐剂的选择 根据上述单因素试验，选择影响较大的因素正交试验设计，确定最佳复配防腐剂.

1.2.5 臭氧对病原菌的杀灭效果试验 将菌悬液进行梯度稀释涂布于PDA平板.将平板放入20 L的双层加厚PE袋中，打开培养皿盖，通入臭氧，使其浓度分别达到0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mg/L，扎口，1 h后排除袋内气体，盖上平皿盖，25 ℃恒温培养5 d，观察菌落生长情况.

1.2.6 微波对病原菌的杀灭效果试验 将150 mL浓度为104～105个/ mL的菌悬液进行微波处理，微波功率为700 W，微波时间分别是0、20、40、60、80、100 s.处理后，分别取0.5 mL菌悬液涂布于PDA平板上，涂布均匀培养并对菌落进行计数.以不进行微波处理的菌悬液为对照.

1.2.7 热风处理对病原菌的杀灭效果试验 将菌悬液进行梯度稀释并涂布于PDA平板，置于鼓风干燥箱中，温度为70 ℃，处理时间为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h，处理后25 ℃恒温培养5 d，观察菌落数.以不进行热风处理的菌悬液为对照.

1.2.8 复配防腐剂结合臭氧、微波和热风处理 用蒸馏水配制成所需浓度的防腐剂溶液(0.06%脱氢醋酸钠、0.12%山梨酸钾、0.15%双乙酸钠)，浸泡有裂缝但无霉变的枣果1 min，无菌室中晾干，然后将复配防腐剂处理的裂枣装入20 L双层加厚PE袋中，每袋1 kg,再分别采用臭氧浓度为0.2、0.3、0.4 mg/L，700 W微波处理80、90、100 s，70 ℃热风处理1.0、1.5、2.0 h，处理后置于(0±1)℃下贮藏，观察裂枣0、10、20、30 d的霉变情况.

2 结果与分析

2.1 防腐剂抑菌效果试验

2.1.1 不同防腐剂抑菌效果试验 供试菌种是从裂枣霉变果实上直接分离得到的混合病原菌，通过观察混合病原菌的抑制效果为下一步裂枣的防腐提供更可靠的依据.选取5种常用食品防腐剂：脱氢醋酸钠、山梨酸钾、双乙酸钠、苯甲酸钠、丙酸钙，进行不同浓度的抑菌试验，观察不同防腐剂对裂枣病原菌的抑制效果.

脱氢醋酸钠pH值适用范围较广，在pH7.5的情况下，依然有很好的抑菌效果，偏酸性环境下抑菌效果增强.考虑其他几种防腐剂均属于酸性防腐剂，一般防腐效果均随着pH值的降低而增强.如据相关资料显示，若pH值为5.5，山梨酸的最低抑菌浓度约为0.1%，若pH值为6.0～6.5，山梨酸的最低抑菌浓度约为0.2%[2].虽然pH值越低防腐效果越好，但是由于pH值过低会给枣果本身感官品质带来不良影响，例如枣皮褐变加快，出现黑色斑点等.通过多次预试验，最终将各种防腐剂溶液的pH值定为5.5.这样既能保证防腐剂发挥很好的防腐效果，也不会对枣果带来不利影响.

由表1、2、3可知，丙酸钙在所选浓度范围内没有达到完全抑菌的效果，抑菌效果较差.试验中，脱氢醋酸钠、山梨酸钾、双乙酸钠、苯甲酸钠达到100%抑菌效果的防腐剂最低浓度分别为0.20%、0.40%、0.50%、0.50%.双乙酸钠和苯甲酸钠抑菌效果比较接近，但是由于苯甲酸钠在很多国家开始被禁用，安全性不如双乙酸钠，所以最终筛选出3种防腐剂：脱氢醋酸钠、山梨酸钾和双乙酸钠，进行下一步的正交试验.

2.1.2 复配方案的选择 根据5种防腐剂抑菌试验结果，选择脱氢醋酸钠、山梨酸钾和双乙酸钠进行正交试验，试验结果分析见表4.正交试验各因素对抑菌率的影响如图1所示.

表1 脱氢醋酸钠对裂枣病原菌的抑制作用

表2 山梨酸钾对裂枣病原菌的抑制作用

表3 其他防腐剂对裂枣病原菌的抑制作用

表4 3种组分复合防腐试验结果Tab.4 Orthogonal experiment and result

图1 正交试验各因素对抑菌率的影响Fig.1 The effect of factors on inhibitory rate

表5 不同臭氧浓度对杀菌效果的影响Tab.5 The effect of different concentrations of ozone on sterilization

由表4和图1可知，影响抑菌率的主次顺序为：脱氢醋酸钠>山梨酸钾>双乙酸钠，最优水平为A3B3C3.脱氢醋酸钠、山梨酸钾、双乙酸钠的处理浓度分别为0.06%、0.12%、0.15%.采取最优处理对裂枣病原菌进行试验，该处理对病原菌的抑制率达到了100%.

2.2 臭氧处理对裂枣病原菌杀灭效果的影响

臭氧处理对香梨[3]、红富士苹果[4]、甜瓜[5]等均具有较好的贮藏效果.有关臭氧杀菌的试验表明[6]，臭氧的杀菌效果随着作用浓度的增加而增强，但达到一定浓度后，效果不会再加强，臭氧本身衰变期为30～60 min.赵家丽等[7]研究发现臭氧浓度为60 mg/m3,并密闭熏蒸1 h，可使冬枣贮存期比常规保鲜延长49 d.

本试验设定5个臭氧浓度(0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mg/L)进行试验，对病原菌处理时间确定为1 h，观察不同浓度臭氧处理对裂枣病原菌的杀灭效果.

臭氧主要是依靠其氧化能力破坏微生物的新陈代谢功能，将其直接杀死或使其细胞结构受到破坏达到灭菌和抑菌效果.从表5可以看出0.1 mg/L臭氧处理对病原菌即产生了明显的抑制效果，病原菌萌发个数明显小于对照.另外，0.1 mg/L臭氧处理后，平板菌落菌丝生长缓慢，菌落最大直径2.2 cm；0.3 mg/L臭氧处理后菌落数小于50，菌落最大直径仅为0.4 cm，且长出的菌丝与对照菌的菌丝相比更细且有发育不良现象；臭氧浓度达0.4、0.5 mg/L时，无菌落长出；而对照在第3天，菌丝就已布满整个平板，稀释后病原菌在平板上第4天的菌落直径达到了3.8 cm.从试验数据上可以看出，0.1 mg/L臭氧就可以杀死部分病原菌，随着臭氧浓度的增大，灭菌效果逐渐增强.0.4 mg/L臭氧可以杀灭全部病原菌.

相关臭氧的杀菌试验表明[8]，0.2 mg/L臭氧处理过的孢子在萌发后，菌丝出现了白色环形死亡的发育菌丝，而本次试验中也发现臭氧处理造成了菌丝的发育不良现象.说明臭氧对孢子的细胞结构产生了很强的破坏，致使菌丝无法正常发育，臭氧处理的菌丝生长速度明显受到了抑制，菌丝数量和菌落直径也明显小于对照.

2.3 微波处理对裂枣病原菌杀灭效果的影响

采用700 W微波功率对病原菌悬液进行不同时间的微波处理，结果见表6，在相同微波功率下，随着处理时间的增加，菌悬液温度逐渐上升，病原菌数量随之下降.当处理时间为40 s、菌悬液温度为48.9 ℃时，有30%以上的病原菌被杀死；温度升至61.6 ℃时，杀灭率迅速上升，达到85.52%；微波处理100 s，温度升至86.1 ℃，杀灭率基本达到100%，说明86.1 ℃已基本可以杀死全部裂枣病原菌.

表6 不同微波时间对杀菌效果的影响Tab.6 The effect of different microwave time on sterilization

表7 不同处理时间对杀菌效果的影响Tab.7 The effect of treatment time on sterilization

图2 不同浓度臭氧处理对裂枣菌落总数的影响 图3 不同时间微波处理对裂枣菌落总数的影响

从微波处理的试验结果来看，随着温度的上升，对病原菌的杀灭率也随之明显升高，说明病原菌对高温比较敏感，证明了微波杀菌的热效应机理[9].此外，菌悬液温度达到40 ℃，也有病原菌死亡，这可能是因为微波杀菌作用的非热效应所导致，病原菌在电磁场的作用下结构受到了破坏.

2.4 热风处理对裂枣病原菌杀灭效果的影响

每年的壶瓶枣有很大一部分要制成干枣，不论是烘箱烘制还是日晒都需要耗费大量时间，裂枣往往来不及干制就已经发生霉变.所以本试验考虑用适当温度的热风处理未霉变裂枣，在脱去部分水分的同时，又达到杀灭病原菌的目的，为裂枣的干制或进一步加工赢得充分的时间.在枣的烘制过程中，最高温度一般不宜超过70 ℃，因此将70 ℃作为最高处理温度，观察不同时间处理对裂枣病原菌的杀灭效果.

70 ℃下不同时间处理后的杀菌效果如表7所示，杀菌效果随处理时间的延长而逐渐增强，在1.5 h时，杀菌率就达到99.23%，残留活菌数仅为24，2.0 h即可杀灭所有病原菌.

2.5 复配防腐剂结合臭氧、微波、热风处理的防腐效果

防腐剂在物料原始微生物数量较高的情况下，抑菌效果会大大降低，但与其他杀菌措施结合使用，就会起到很好的协同作用.因此将其分别与臭氧、微波、热风处理结合起来，以使裂枣存放时间得到进一步延长.

2.5.1 复配防腐剂结合臭氧、微波、热风处理对裂枣微生物的影响 由图2可知，防腐剂结合臭氧处理裂枣，对裂枣菌落总数有明显的抑制效果，处理剂量越大，防腐效果也越好.随着储藏时间的增加，菌落总数均呈现上升的趋势，与对照组比较，处理组菌落总数上升缓慢.0.2 mg/L臭氧处理在第30天的菌落总数高于其他处理，达到6 600 cfu/g，菌落呈现快速上升的趋势，可能是因为臭氧分解后的少量氧气促进了残留细菌的生长繁殖.采用防腐剂结合0.3 mg/L和0.4 mg/L臭氧处理，30 d时菌落总数均为2 000 cfu/g左右,抑菌防腐效果较好.

由图3可知，防腐剂结合微波处理后菌落总数明显低于对照组，在第10天，对照组菌落总数达到12 000 cfu/g，而处理组菌落总数仅达到500～660 cfu/g，说明防腐剂结合微波处理有明显的防腐效果.微波处理时间为90 s和100 s时，对微生物的抑制效果较好,存放时间均可达到30 d.

由图4可知，随着贮藏天数的延长，经过复配防腐剂结合热风处理后的各试验组的细菌总数都受到了一定程度的抑制，与对照组有显著性差异.在第20天时，热风处理1h菌落总是明显高于另外两组处理，热风处理1.5 h和2 h对微生物生长繁殖的抑制效果较好.

由此可见，在整个贮藏期间，各个处理的微生物数量均上升缓慢，说明复配防腐剂结合臭氧、微波和热风处理，对裂枣微生物有明显的抑制效果，而且在一定范围内随着处理剂量的增大，防腐效果也逐渐增强.

2.5.2 各处理抑菌效果比较 各处理对微生物的生长抑制效果基本是一致的，如图5所示.2 h热风处理的裂枣在第20天的菌落总数均小于其他处理，其次是微波处理100 s、热风处理1.5 h、臭氧处理0.3 mg/L、0.4 mg/L.0.2 mg/L臭氧处理、80 s微波处理和1 h热风处理效果较差，菌落总数均明显高于其他处理.

图4 不同时间热风处理对裂枣菌落总数的影响 图5 第20天各处理裂果的菌落总数比较

表8 不同处理对裂枣存放天数的影响Tab.8 The effect of different treatments on the days of storage

0.CK；1.臭氧0.2 mg/L；2.臭氧0.3 mg/L；3.臭氧0.4 mg/L；4.微波80 s；5.微波90 s；6.微波100 s；7.热风1 h；8.热风1.5 h；9.热风2 h.图6 冷藏条件下不同处理对裂枣VC含量的影响Fig.6 The effect of different treatments on the content of VC under refrigeration

2.5.3 复配防腐剂结合臭氧、微波、热风处理对裂枣存放时间的影响 复配防腐剂结合不同处理对裂枣存放时间的影响结果见表8，对照裂枣在第9天就开始发生霉变，第15天霉变率达100%.裂枣经过以上处理存放时间均超过了25 d，0.3、0.4 mg/L臭氧处理，90 s、100 s微波处理，以及1.5、2 h热风处理均使裂枣的存放时间达到30 d以上.

2.5.4 复配防腐剂结合不同处理对裂枣品质的影响 复配防腐剂结合不同处理对裂枣VC含量的影响结果如图6所示，随着贮藏时间的增加，VC呈现下降的趋势.臭氧处理的VC含量明显高于微波和热风处理.这可能是因为臭氧钝化了VC氧化酶等相关酶类，延缓了VC含量的下降[8].在贮藏15 d后，臭氧各处理VC含量下降速度才开始加快，贮藏30 d后，枣果没有发生霉变，VC含量依然在2 mg/g以上.对于微波和热风处理，由于加热会对VC有一定的破坏作用[10-11]，热风处理破坏程度要高于微波处理，这可能是热风处理时间较长的缘故.尤其是在贮藏期间，随着贮藏天数的增加，VC含量下降速度逐渐加快.

3 结论

从常用防腐剂中筛选出3种效果较好的防腐剂：脱氢醋酸钠、山梨酸钾和双乙酸钠，当复配防腐剂脱氢醋酸钠、山梨酸钾、双乙酸钠的浓度分别为0.06%、0.12%、0.15%时，抑菌率达到100%.臭氧、微波和热风处理对裂枣病原菌有着很好的杀灭效果，对病原菌的杀灭效果均随着剂量的增加而增强.将3种处理分别结合防腐剂处理，进一步增强了防腐效果，延长了保存时间.从各个处理对枣果本身品质的影响考虑，剂量不宜过大，达到所需存放时间即可.在裂枣的防腐应用试验中，使裂枣存放时间达到30 d的较优处理是：防腐剂结合0.3 mg/L臭氧处理、防腐剂结合90 s微波处理、防腐剂结合1.5 h热风处理，其中防腐剂结合0.3 mg/L臭氧处理对裂枣的VC保持效果最好，且存放时间达到了30 d.