真空冷冻干燥过程中微生物数量变化规律的初步研究

金敬红，孙晓明，陈文华

(1.中华全国供销合作总社南京野生植物综合利用研究所，江苏 南京 211111；2.浙江师范大学行知学院，浙江 金华 321004)

冻干技术即真空冷冻干燥技术，是将真空、冷冻相结合的新型干燥技术，在冻干技术中，含水物料被冷冻成固体，在低温低压条件下利用水的升华性能，使物料低温 脱水而达到干燥目的[1, 2]。真空冻干是生产冻干食品的最佳的方法，通过这种方法生产出的食品可以保持优良的品质[3, 4]。由于冻干是依靠冻结制品中水的升华而达到脱水效 果，且干燥的过程中几乎不存在液态水、过程在低温低氧下进行，所以水分在固体状态直接被升华，食物中大多数的生物反应停止或延缓。因此，冻干能使食物的原有结构、性质等受到最小程度的破坏，从而得到优质产物[5-7]。

胡萝卜(DaucuscarotaL. var. sativa Hoffm.)，又称红萝卜或甘荀。根肉质，长圆锥形，粗肥，为红色或黄色。胡萝卜富含糖类、脂肪、胡萝卜素、维生素A、维生素B1、维生素B2、钙、铁等营养成分。胡萝卜具有养颜、保健功效，对人类的眼睛有益。胡萝卜被广泛用于各种保健食品、果蔬汁中，市场需求逐年上升[8,9]。根据唐湘玲[10]、罗瑞明[11]等人的研究，胡萝卜的冻干工艺除温度外的最优条件为：切割胡萝卜厚度4-5 mm，预冷冻-37 ℃，冷冻时间不少于4 h，100 ℃水漂烫90 s，能使胡萝卜的色泽鲜艳，保留原有味道，口感鲜脆，无明显结构变化。

香菇(Lentinusedodes(Berk.)sing),又名花菇、香信，是世界第二大食用菌，也是我国特产之一。香菇富含维生素B、铁、钾、维生素D，具有高蛋白、低脂肪的特性。香菇作为保健食品能增强免疫力，不仅可以抑制癌细胞生长，还有益于人血脂的降低。传统的风干制香菇不卫生、不美观，而且营养大量流失[12,13]，因此冻干的香菇具有良好的市场。根据张力伟[14]等人及林梅西[15]等人的研究，香菇切片厚度约为5 mm，预冷冻-35℃，冷冻时间不少于4 h，90℃水漂烫90 s，能使香菇不产生褐变、萎缩等现象，复水水能力强，保留原有味道，口感鲜美，无明显结构变化。

目前冻干果蔬产品中微生物超标是一个最大的质量问题，很多出口的产品都是因为微生物超标导致拒收和索赔。冻干过程中微生物的变化规律目前还缺乏系统的研究，缺乏准确数据的支持。本研究希望通过对冻干过程中微生物变化规律的研究，对于改进冻干工艺，精确控制微生物的生长和数量，减少因为微生物超标造成的不必要的损失。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.2.1 原料

市售的来自同一批次的新鲜、无损伤的胡萝卜、香菇。

1.2.2 仪器与试剂

LZG 型冷冻真空干燥机：上海奉贤洪宝医疗器械厂；立式高压蒸汽灭菌器：上海申安医疗器械厂；BL-410S电子分析天平：美国SETRA西特；恒温培养箱：北京市恒诺利兴科技有限公司；氯化钠：分析纯；平板技术琼脂培养基(PCA)、结晶紫中性红胆盐琼脂(VRBA)和煌绿乳糖胆盐肉汤(BGLG)。

1.2 实验方法

1.2.3 果蔬的预处理

胡萝卜：用清水洗去表面泥土，去皮，去除其中中不可食用或出现损坏的部分，用100℃沸水漂烫90 s，切成4-5 mm的圆片，沥干水，装盘。

香菇：用清水清洗，去除菌柄，用90℃水漂烫90 s，切成5 mm的切片，沥干水装盘。

1.2.4 冻干过程

将放有果蔬的盘子放入冻干机，先开启冷冻和真空功能，将果蔬预冷冻至共晶点以下5℃(约4-5 h)。在胡萝卜、香菇的共晶点分别为-35、-33.5℃。在开启干燥前取样一次作为对照，每次实验分别控制冻干的终结温度为40、45、50、55、60℃，达到终结温度后的干燥时间分别为2、4、6 h，冻干结束后，取样。

1.2.5 菌落总数的测定

实验步骤依据GB4789.2-2016食品微生物学检验中菌落总数计数的方法进行。

1.2.6 大肠菌群的测定

实验步骤依据GB4789.3-2016食品微生物学检验中大肠菌群计数的方法进行。

2 结果与分析

2.1 胡萝卜

2.1.1 冻干曲线

采用不同冻干温度进行胡萝卜的真空冷冻干燥实验，得到的不同冻干温度下的胡萝卜的冻干曲线如图 1。从图1中可以看出，冻干温度与冻干时间呈负相关，冻干温度越高，冻干周期越短。

图1 胡萝卜真空冷冻干燥温度变化曲线Fig.1 Vacuum freeze drying temperature curve of carrots

2.1.2 菌落总数数量变化

冻干温度、干燥时间对于冻干过程中微生物的生长具有不同的影响，采用常见的果蔬冻干温度对冻干过程中的细菌总数的变化进行比较，可以得出细菌总数在冻干过程中的变化规律。

不同冻干终结温度、干燥时间下的菌落总数见表1。

不同冻干终结温度、干燥时间下的样品菌落总数的清除率见表2，清除率的变化情况见图2。

表1 菌落总数Table 1 Total number of colonies

表2 菌落总数的清除率Table 2 Clearancerate of total colonies

图2 胡萝卜菌落总数的变化Fig.2 Changes in the total colonies of carrot

2.1.3 大肠菌群数量变化

不同冻干终结温度、干燥时间下的大肠菌群数量见表3。

表3 大肠菌群数量Table 3 Number of coliform colonies

不同冻干终结温度、干燥时间下的样品大肠菌群的清除率见表4，清除率的变化情况见图3。

表4 大肠菌群的清除率Table 4 Clearancerate of coliform colonies

图3 胡萝卜大肠菌群数量的变化Fig.3 Changes of the coliform colonies population in carrot

由以上数据分析可知，胡萝卜在冻干终结温度为40、45、50、55、60 ℃所获得的冻干曲线以及微生物数量的数据。从相同干燥时间、不同冻干终结温度下冻干的胡萝卜的微生物数量来看，在温度较低的冻干过程中(45℃)的微生物在冻干过程的大部分时间还在生长，细菌总数略有升高。当冻干终结温度为50℃以上时，由于最终温度的升高，微生物的生长受到抑制，部分微生物在高温下死亡，细菌总数开始下降，其中以冻干最终温度60℃胡萝卜的细菌总数、大肠菌群的数目最佳。从相同冻干终结温度、高温干燥时间不同的冻干胡萝卜的微生物数量来看，可以随着高温干燥时间的加长，微生物数量不断减少。因此，在冻干终结温度为60℃，高温干燥时间为6 h时，微生物的数量最为理想。

2.2 香菇

2.2.1 冻干曲线

不同的冻干温度对香菇的真空冷冻干燥曲线具有不同的影响，并影响到冻干的速度及成品品质。采用不同的冻干温度对香菇冻干曲线进行比较研究，可以得出最佳的香菇冻干温度。

香菇的冻干曲线如图4。

图4 香菇真空冷冻干燥温度变化曲线Fig.4 Vacuum freeze drying temperature curve of mushroom

2.2.2 菌落总数数量变化

不同的果蔬由于生产环境不同，自身携带微生物的数量及种类也不同。冻干温度、干燥时间对于香菇冻干过程中微生物的生长具有不同的影响，采用常见的果蔬冻干温度对香菇冻干过程中的细菌总数的变化进行比较，可以得出细菌总数在香菇冻干过程中的变化规律。

不同冻干终结温度、干燥时间下的菌落总数见表5。

不同冻干终结温度、干燥时间下的样品菌落总数的清除率见表6，清除率的变化情况见图5。

表5 菌落总数Table 5 Totalnumber of colonies

表6 菌落总数的清除率Table 6 Clearancerate of total colonies

图5 香菇菌落总数的变化Fig. 5 Changes in the total colonies of mushroom

2.2.3 大肠菌群数量变化

不同冻干终结温度、干燥时间下的大肠菌群数量见表7。

表7 大肠菌群数量Table 7 Number of coliform colonies

香菇的大肠菌群数量较少，在平板技术检测大肠杆菌的方法中，大部分批次的冻干样品均未检出大肠杆菌，只能得出表7的结果，无法计算大肠杆菌数量的清除率，仅在冻干终结温度为60℃，干燥2 h的批次中检出大肠杆菌，大肠菌群的清除率为85%，数量为6 CFU/g。食品的大肠杆菌标准在最终温度为45、50、55、60℃，高温干燥时间为2、4、6 h所得出的菌群总数、大肠菌群数量均符合国家食品标准。综合考虑菌落总数和大肠菌群数量，对于香菇来说最合适的冻干终结温度为60℃，最合适的干燥时间为6 h。

3 结论

3.1 从胡萝卜、香菇的冻干过程中细菌总数、大肠杆菌的变化情况看，微生物减少的数量与冻干的终结温度和冻干时间呈正相关，温度越高、时间越长，微生物减少的幅度越大，杀菌效果越好。但是在较低的冻干温度下(45℃、50℃)，微生物的数量减少不明显，甚至数量还会出现增长，显然是在较低温度的冻干过程中，适宜的温度、适度和丰富的营养导致微生物的生长，数量增加，后续的冻干终结温度不足以杀死增加的微生物，导致最终的微生物总数的增加。

3.2 从单纯的微生物控制的角度出发，高的冻干温度和较长的冻干时间有利于微生物数量的减少，但是过高的温度和过长的冻干时间会导致冻干产品的形态开始裂化，以最终冻干温度为55℃的产品形态最佳，60℃的产品形态稍次，尚可接受。从产品的最终形态和微生物的控制两方面综合考虑，最终冻干温度为55℃、高温干燥时间为6 h为最佳。