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发酵制品:活菌类发酵痛点之产气、涨袋问题解决方案

时间:2019/9/29 16:40:55 点击:

  核心提示:发酵制品源远流长,很多传统食品就是直接或者间接利用微生物发酵获得的,这些产品与大家生活息息相关,例如酱油,醋,酒,酸奶,饮料,泡菜,臭豆腐,腊肉,酸菜等等。这些传统发酵食品因为微生物的后续作用,会导致...
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发酵制品源远流长,很多传统食品就是直接或者间接利用微生物发酵获得的,这些产品与大家生活息息相关,例如酱油,醋,酒,酸奶,饮料,泡菜,臭豆腐,腊肉,酸菜等等。这些传统发酵食品因为微生物的后续作用,会导致发酵食品不能长久放存,从而会引起发酵食品的涨袋、发酸、甚至是腐败的情况,严重制约工业发酵的市场占有率和长足发展。为了延长发酵食品的货架期,并且满足人们日益增长的饮食文化需求,合理的利用抑菌剂对发酵制品中后续微生物的作用进行后处理至关重要。

现代工业发酵同样会遇到类似问题,这主要发生在活菌类发酵储存期,如:农牧行业的饲料微生态添加剂、食品发酵行业的酵素类产品以及土壤改良产品等,此类发酵制品广泛存在活菌呼吸导致的涨袋、发酸发臭等状况。

解决胀气问题一般有4个思路

Ø 活菌全部杀死,该操作会彻底毁灭产品微生态系统,对于产品中的代谢产物影响不大,如酵素产品,为了防止后酵压强过大,直接巴氏杀死活菌后灌装,产品中的菌酶代谢物基本不受影响;

Ø 过滤除菌,过滤除菌操作在很多种发酵制品中都存在,其目的不单单是因为胀气,同时也可以防止菌种外泄,出于技术保密的目的;

Ø 改变产品保存状态,产品中的活菌能够产气是因为产品本身存在一定的营养且适宜自身繁殖及代谢,因而产气导致一系列存储及运输问题,通过改变产品保存状态的理化控制,如:极端pH、低温储存、冷链运输、增加盐浓度、抽真空等处理,可在一定程度上缓解活菌制品的产气问题;

Ø 添加抑菌剂,我认为这是目前最好的方案,抑菌剂在包装成品中是高浓度状态,使用时产品投放到开放环境中抑菌效果接触,此时活菌微生态功能被激活,该方案与杀菌操作、过滤除菌相比,保留了微生态体系;与改变存储理化状态相比,效果更佳!



本文就活菌抑制剂进行介绍说明,欢迎同行指正!

 

不同的微生物,对于不同的抑菌剂有不同的耐受性,不同的抑菌剂的作用微生物也各不相同

 

选择合理的抑菌剂对发酵食品工业发酵都至关重要。目前所使用的抑菌剂都是根据GB 2760-2014规定进行添加的在中国传统的发酵食品中有很多可以达到抑菌效果的工业发酵产品,并且一些传统的调味料也可以用作抑菌剂。这些抑菌剂主要是,盐、糖、酸、乙醇等,这些物质可以利用高浓度的渗透压,抑制菌类生长,或是可以破坏细胞结构达到抑菌或是杀菌的目的。

抑菌剂按来源分,有化学抑菌剂和天然抑菌剂2大类。

化学抑菌剂又分为有机抑菌剂与无机抑菌剂。前者主要包括苯甲酸、山梨酸等,后者主要包括亚硫酸盐和亚硝酸盐等。天然抑菌剂,通常是从动物、植物和微生物的代谢产物中提取的,如乳酸链球菌素等。目前,随着人们生活水平的提高,以及抑菌剂研究的深入,对于抑菌剂的要求也越来越高,因此深入的了解并熟知抑菌剂的使用情况,对发酵食品行业至关重要。下面就抑菌剂的种类、作用微生物,以及一些作用条件做详细介绍。


化学类抑菌剂

目前,我国市场上应用的大多数是化学抑菌剂,常用的主要有苯甲酸及其钠盐、山梨酸及其钾盐、丙酸及其盐、对羟基苯甲酸酯类(尼泊金酯)、脱氢醋酸及其钠盐、乳酸钠、富马酸类等。


苯甲酸及其钠盐

苯甲酸及其钠盐是目前我国食品加工业中最常用的抑菌剂之一,主要用于饮料等液体食品(如:汽水、果汁、酱油、罐头、酒类等)的防腐。苯甲酸又名安息香酸,分子式C7H6O2。苯甲酸为一元芳香羧酸。苯甲酸亲油性大,易透过细胞膜,进入细胞体内,从而干扰了微生物细胞膜的通透性,抑制细胞膜对氨基酸的吸收。进入细胞体内的苯甲酸分子,电离酸化细胞内的碱性物质,并能抑制细胞呼吸酶系的活性,对乙酰辅酶A缩合反应有很强的阻止作用,从而起到对食品的防腐作用。苯甲酸在偏酸性的环境中具有广泛的抗菌谱,其对细菌的抑制力较强,对酵母、霉菌抑制力较弱,防腐的最适pH值为2.54.0。因苯甲酸难溶于水,实际应用中常以苯甲酸钠代替之。苯甲酸钠只有在游离出苯甲酸的条件下才能发挥防腐作用,在较强酸性的食品中,苯甲酸钠的防腐效果好。但是,苯甲酸会与氯化钙有拮抗作用,与氯化钠、异丁酸、葡萄糖酸、半胱氨酸盐等也有类似作用。苯甲酸添加后还会使食品产生涩味,甚至会破坏肉制品的风味。因此并不提倡肉制品加工中使用苯甲酸和苯甲酸钠作为抑菌剂添加

苯甲酸及其钠盐是比较安全的食品化学抑菌剂,按食品添加剂使用卫生标准使用,目前还未发现任何有毒副作用。但是研究表明,山梨酸和山梨酸钾的毒性比苯甲酸小,防腐效果比苯甲酸钠好,更加安全。因此,许多国家已经开始逐渐采用山梨酸和山梨酸钾替代苯甲酸和苯甲酸钠。

山梨酸及其钾盐

山梨酸为24-己二烯酸,亦称花楸酸,分子式C6H8O2。山梨酸山梨酸钾是使用最多的抑菌剂,大多数国家都使用。山梨酸是不饱和脂肪酸,其抑菌机理是利用自身的双键与微生物细胞中的酶的巯基结合形成共价键,使其丧失活性,破坏酶系。此外山梨酸还能干扰传递机能,如细胞色素C对氧的传递,以及细胞膜能量传递的功能,抑制微生物的增殖,从而达到防腐的目的。山梨酸及其钾盐能有效抑制霉菌、酵母和好气性腐败菌,但对厌氧性细菌与乳酸菌几乎无效。山梨酸的防腐效果随pH值的升高而降低,但其适宜的pH值范围比苯甲酸广,在 pH值为56以下为宜,也属于酸性抑菌剂。山梨酸可以参与人体的正常代谢,并最终被氧化成CO2和水,对人体基本无害,且对食品风味无不良影响,是目前国际上公认的最安全的食品化学抑菌剂之一。但是由于山梨酸的价格比苯甲酸高,使其应用受到限制,目前仅在高端食品中应用。

丙酸及其盐

丙酸是一元酸,无色油状液体。它是以抑制微生物合成β-丙氨酸而起抗菌作用的。丙酸盐主要有丙酸钠和丙酸钙,它们的抑菌机理相同,都是在人体内转变为丙酸,单体丙酸分子可以在霉菌细胞外形成高渗透压,使霉菌细胞内脱水,失去繁殖力,且还可以穿透霉菌细胞壁,抑制细胞内的活性。其中丙酸是人体正常代谢的中间产物,可以被代谢和利用,安全无毒。丙酸盐是酸型抑菌剂,要酸性环境中才能产生抑菌作用,目前主要用于面包、糕点类食品,可起到较好的防霉效果。

对羟基苯甲酸酯类(尼泊金酯)

对羟基苯甲酸酯类有对羟基苯甲酸甲酯、对羟基苯甲酸乙酯、对羟基苯甲酸丙酯、对羟基苯甲酸异丙酯、对羟基苯甲酸丁酯、对羟基苯甲酸异丁酯、对羟基苯甲酸庚酯等。对羟基苯甲酸酯类的抑菌机理是:使微生物细胞呼吸系统和电子传递酶系的活性受到抑制,并能破坏微生物细胞膜的结构,从而起到防腐的作用。对羟基苯甲酸酯类防腐效果不随pH值变化而变化,在pH值为48范围内均有较好效果,霉菌、酵母、细菌有广谱的抗菌作用,但对革兰氏阴性杆菌及乳酸菌的作用较差。对羟基苯甲酸酯类的抗菌性与烷链的长短有关,烷链越长,抗菌作用越强。对羟基苯甲酸酯类的抗菌作用比苯甲酸和山梨酸强,毒性低于苯甲酸但高于山梨酸。最大缺点是有特殊气味,且难溶于水,所以通常是将它们先溶于氢氧化钠、酸、乙醇中,然后使用。为了更好地发挥防腐作用,最好是将2种或2种以上的该酯类混合使用。

脱氢醋酸及其钠盐

脱氢醋酸,分子式C8H8O4它和它的钠盐均为白色或浅黄色结晶状粉末,有较强的抗细菌能力,对霉菌酵母的抗菌能力尤强是酸性抑菌剂,中性食品基本无效。对光和热稳定,在水溶液中降解为醋酸,对人体无毒。是一种广谱型抑菌剂,广泛用于肉类、鱼类、蔬菜、水果、饮料类、糕点类等的防腐保鲜。


乳酸钠

无色或微黄色透明液体,无异味,略有咸苦味,混溶于水、乙醇、甘油。一般浓度为60%-80%60%的浓度最大使用限量为30g/KG。乳酸钠是一种新型的防腐保鲜剂,主要应用到肉、禽类制品中,对肉食品细菌有很强的抑制作用。如大肠杆菌、肉毒梭菌、李斯特菌。通过对食品致病菌的抑制,从而增强食品的安全。增强和改善肉的风味,延长货架期。乳酸钠在原料肉中具有良好的分散性,且对水分有良好的吸附性,从而有效地防止原料肉脱水,达到保鲜、保润作用。主要适用于烤肉、火腿、香肠、鸡鸭禽类制品和酱卤制品等。在肉制品中保鲜的参考配方:乳酸钠:2%,脱氢醋酸钠0.2%

富马酸二甲酯

是当前国内外大力发展的新型防霉保鲜剂,能抑制30多种霉菌和酵母菌,且其抗菌性能不受pH值的影响,具有高效广谱、安全性高、价格低廉等优点。其综合抗菌防腐性能优越,具有很强的生物活性。因升华而具有熏蒸性,因而具有接触杀菌与熏蒸杀菌双重作用。毒性低,进入人体后很快变成人体代谢的正常成分富马酸,应用重复性好。

富马酸二甲酯在蔬菜、水果、中草药、烟草、化妆品、纺织品、胶卷、磁带、软盘、皮革、纸张图书资料的防腐、防霉、防虫方面也有广泛的应用。富马酸二甲酯在食品保鲜中具有极大的应用价值和良好的经济效益。尤其是在高温高湿的条件下,可避免食品的变质腐化及外观上出现干裂老化口感差等严重影响生产和市场销售的情况发生。

无机盐抑菌剂

主要包括含氮的硝酸盐和亚硝酸盐以及含硫的。硝酸盐的毒性主要是在食物、水中或体内被还原成亚硝酸盐所致。亚硝酸盐是食品添加剂中毒性最强的物质之一,人体摄入后,可与血红蛋白结合,形成高铁血红蛋白而失去携氧功能,严重时可窒息。对人体的致死量为4~6g/kg体重。一定条件下可转化为强致癌性的亚硝胺。这类抑菌剂主要用于肉类食品的防腐和护色。含硫的亚硫酸盐和焦亚硫酸盐等其有效成分是亚硫酸分子,亚硫酸的杀菌作用机理主要是消耗食品中O2使好气性微生物因缺氧而致死,并能抑制某些微生物生理活动中酶的活性。由于使用这些盐后残留的二氧化硫能引起过敏反应,尤其是对哮喘病人,因此现在一般只将其列入特殊的抑菌剂中。例如,广西地方标准DB45/319- 2007《鲜湿米粉质量安全要求》中就规定米粉中SO2的残留量要低于方法检出限。


天然抑菌剂

天然抑菌剂一般是指从动植物体中直接分离出来的,或从它们的代谢物中分离的具有防腐作用的一类物质。天然抑菌剂具有抗菌性强、安全无毒、水溶性好及作用范围广等合成抑菌剂没有的优点。随着人们生活水平的提高和科学技术的进步,人们越来越关注天然抑菌剂。


天然抑菌剂按来源可分源于植物、源于动物和源于微生物三类:


天然植物中提取的抑菌剂


1、果胶分解物

果胶主要存在于苹果、葡萄、柑桔等水果和蔬菜中。果胶的酶分解产物有很强的抗菌作用,特别适用于大肠杆菌的抑制。果胶分解物在酸性条件下有效,在PH小于6时抗菌性最强。目前,国外将其配合其他天然抑菌剂,广泛用于酸菜、咸鱼等食品的防腐

2、琼脂低聚糖

从海藻中提取的琼脂,主要成分是琼脂糖,其酶分解物即为琼脂低聚糖,它具有较强的抑菌和防止淀粉回生老化的作用,在浓度达3.11%时,能有效地减少菌落产生。目前普遍用于挂面、面包和糕点等食晶中。

3、中草药提取物

大蒜中的大蒜辣素和大蒜新素能有效抗萄球菌紫苏叶提取物则具有广谱抗菌作用,对各种球菌、杆菌均有良好的抑制作用连翘提取物中的连翘酚能有效的抑制多种革兰氏阳性菌、阴性,延长食品的保质此外,茶多酚、魔芋提取物甘露聚糖、玉米须提取物等均有良好的抗菌作用。


来源于动物的天然抑菌剂


1、蜂胶

蜂胶具有较强的抑菌作用,其制剂抑菌效果同各种化学抑菌剂的抑菌效果相当。一般认为蜂胶的防腐保鲜机制首先是蜂胶能杀灭多种细菌、真菌、病毒和原虫,其次是蜂胶具有良好的成膜作用,形成的薄膜能减少微生物的污染,还可以降低食物与外界气体交换。将蜂胶浸提物直接加人牛奶、保健口服液及饮料中均有良好的防腐保鲜作用。目前,蜂胶原料粉的价格在300元左右每千克。

2、壳聚糖

壳聚糟又叫甲壳索,是从蟹壳、虾壳中提取的一种多糖类物质。壳聚糖及其衍生物用作防腐保鲜剂原理与蜂胶类似,主要是利用其良好的成膜性和较强的抗菌能力。壳聚糖对细菌、酵母菌、霉菌都有效。研究表明其可以用于饮料、酱类、果蔬等食的防腐,是目前天然抗菌抑菌剂的最佳候选者。

3、溶菌酶

一般蛋白质含溶菌酶0—3%左右,所以可从蛋白质中提取。目前投入商业化生产的是鸡蛋蛋清溶菌酶,在pH值为7,温度在50℃条件下,溶菌酶革兰氏阳性细菌、枯草杆菌、芽孢杆菌、好气性孢子形成菌等,有较强的溶菌作用。由于食品中的羟基和酸会影响溶菌酶的活性,因此,它一般与酒、植酸、甘氨酸等物质配合使用。已经广泛应用于水产品、肉制品、新鲜海产品、糕点和酒及其他饮料的防腐保鲜,但价格高,2400元左右每公斤。

4、鱼精蛋白

鱼精蛋白是一种在鱼类精核中发现的聚阳离子肽,具有广谱抑菌活性,能抑制枯草杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣形芽孢杆菌等的生长,对革兰氏阳性菌、酵母和霉菌也有明显的抑制作用。鱼精蛋白的作用机制破坏微生物的细胞壁,溶解细胞膜,引起细胞渗漏,鱼精蛋白与其他天然添加剂、甘氨酸、醋酸钠等配合使用,抗菌效果更好,适用的食品防腐范围也更广,目前食品级鱼精蛋白的价格在600元左右每公斤。


来源于微生物的天然抑菌剂


1、乳酸链球菌(Nisin)

Nisin对革兰氏阳性菌有较强抑制作用,尤其是可形成芽孢的细菌,但对革兰氏阳性菌、酵母和霉菌没有作用能抑制葡萄球菌属链球菌属小球菌属,及大部分梭菌属和芽孢杆菌属的芽孢。Nisin在酸性条件下有较强的活性pH<4.5时达到最大活性Nisin和乳酸合用能抑制肉中的金黄色葡萄球菌和沙门氏菌Nisin与柠檬酸盐、磷酸盐合用也能提高其对革兰氏阴性菌的抑制效果。Nisin的这种抗菌作用使它作为抑菌剂应用在乳制品、啤酒等酒精饮料、酸性罐头食品肉制品等的防腐工作中,其制剂市场价格在650元左右每公斤。

2、那他霉素

那他霉素几乎能杀死和抑制所有的酵母菌和霉菌对细菌和原生动物无效。那他霉的抗菌谱正好与Nisin形成互补,二者可以共同使用。那他霉素的抗菌效果比常用的山梨酸强50~300倍,1.0~6.0mg·L-1能够抑制大多数的霉菌。那他霉素常用于干酪,干香肠的表面处理,也应用于酸奶、酒和果汁的防腐。

目前,许多天然食品抑菌剂已经投入市场,但较高的价格阻碍了其的进一步应用。相信在不久的将来,随着科学技术的进步,天然抑菌剂的生产成本必定大大降低,在食品等方面的应用必定完全取代化学合成抑菌剂。

 

号评:

无论食品发酵或是工业发酵,后处理工艺直接关系到产品质量、运输成本及用户感官体验。活菌类发酵的抑菌效果研究是工业发酵必须重视的课题。

深入的研究抑菌剂的使用情况,可以降低产品涨袋、发酸、发霉、腐坏、变质的情况,可以延长产品保质期,提高产品质量,降低损耗成本等等。但是,任何一种抑菌剂都不能达到100%的抑菌效果,为了达到最优的防腐效果,根据各种抑菌剂的不同抑菌效果和生产成本。通常要保证抑菌剂的作用效果,要保证较低的pH值和低氧的环境,已达到抑制乳酸菌和好氧微生物对食品的后续影响。除此之外,所有添加剂的添加量一定要符合GB 2760—2014中的规定,绝对不能超过规定的添加范围。目前市面上更多的发酵食品(或食品)采用大多是复配抑菌剂,在文末的结尾,本公众号赠送几款复配抑菌剂的配方,具体如下:

 


作者:云海奇石 来源:发酵工程
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