超临界CO2杀灭牛乳中细菌模型建立

李华，冀照君，王华，穆莎茉莉，袁晓霞

（内蒙古民族大学生命科学学院，内蒙古 通辽 028000）

超临界CO2杀灭牛乳中细菌模型建立

李华，冀照君，王华，穆莎茉莉，袁晓霞

（内蒙古民族大学生命科学学院，内蒙古 通辽 028000）

选用超临界CO2对牛乳中细菌进行杀菌处理。采用中心旋转组合试验设计方法，考察了不同的压力、温度和杀菌时间对牛乳中细菌的作用效果，建立了相应的杀菌模型，并利用SPSS对数据进行了相关性分析，得到实测值与预测值的相关系数为0.9980。

超临界CO2；牛乳；杀菌；模型

Kay word：supercritical CO2；milk；sterilization；model

0 引 言

超临界CO2（SC-CO2）是一种非水相溶剂，无毒无味、可循环利用，能够溶解细胞膜中各组成成分[1-2]。超临界CO2对流体食品还具有良好的杀菌效果[3-4]。并且其处理过程温和、操作简单、安全性高[5-6]。

目前，研究工作主要集中在杀菌效果和机理上。有研究表明，超临界CO2能够杀死食品中许多微生物，并使部分酶失活[7]，且能较好的保持食品中营养品质[8]。陈宇等[9]认为，超临界CO2杀菌机理在于卸压时CO2急速膨胀导致细胞破裂，而Garcia等[10]则认为CO2引起微生物新陈代谢紊乱才是主要原因。当前牛乳的杀菌方式主要是热力杀菌，这对营养物质将会产生不利影响[11-13]。

因此，本工作拟以牛乳为研究对象，考察压力、温度和杀菌时间对牛乳中细菌总数的杀菌效果，建立相应的杀菌模型。

1 实 验

1.1 材料与设备

新鲜牛乳，市售。HA221-50-06型CO2超临界萃取装置；DHP-9162型电热恒温培养箱；电热手提式压力蒸汽灭菌锅。

菌落总数的测定：参照GB/T4789.2-2010规定方法检验。

1.2 方法

实验前先用体积分数75%酒精对杀菌釜进行处理至无菌，然后用无菌水冲洗多次。将鲜奶放入无菌化处理的杀菌釜内并密闭，根据试验要求设定各参数，对牛乳进行杀菌。处理完毕后打开阀门降压，最后将杀完菌后的样品取出进行分析检验，并同时做对照组，取三次平均值作为实验结果。

1.3 模型建立

1.3.1 试验设计

在预试验的基础上，分析得到牛乳杀菌过程与压力、杀菌温度和杀菌时间有关，且影响较为显著，因此以压力、杀菌温度和杀菌时间三个因素为自变量），以细菌死亡对数值为响应值（Y），进行中心旋转组合试验设计[14]，共31个试验点。每个试验点均做三个平行样，取其平均值。因素水平编码表如表1所示。

1.3.2 统计分析

Design-Expert 7.1软件（Stat Ease,Inc,Minneapolis,USA）；SPSS（version11.5，SPSSlnc.USA）。

1.3.3 模型的验证

通过响应面分析超临界CO2对牛乳杀菌的过程，并在此基础上建立杀菌模型。通过分析预测值与试验值的相关性，来验证模型的合适性和可靠性。

表1 中心旋转组合设计因素水平编码

2 结果与分析

2.1 模型的建立

本研究采用响应面法（Response Surface Methodolog RSM）来建立一个超临界CO2对牛乳中细菌的杀菌模型。试验设计的试验条件和响应值如表2所示。

表2 中心旋转组合设计和响应值

通过分析自变量和因变量得到一个能够在给定的范围内预测响应值的回归方程，回归方程如下

中心旋转组合设计的方差分析如表3所示。本研究所得回归模型极显著 （P＜0.0001），且失拟项P=0.1066＞0.05不显著，因此，此模型能充分的表明各因素之间的关系。模型的拟合度可通过决定系数来衡量，Joglekar and May[15]建议，一个良好的模型，决定系数至少为0.80。本研究所得模型的决定系数为0.9839。这表明，98.39%的变更能够通过这个模型解释。相关系数R为0.9694，说明该模型拟合的程度良好，误差小，能够符合要求，可以用此模型来分析和预测超临界CO2对牛乳中细菌的杀菌程度。

表3 中心旋转组合设计方差分析

通过上述回归方程得出的杀菌模型预测值与实测值拟合情况见图1，可以看出预测值和实测值拟合情况良好，说明该回归方程适合用于超临界CO2对牛乳中细菌的杀菌模型。

2.2 回归模型的验证

为了进一步验证这个回归模型的适合性和有效性，进行了10组试验，其结果如表4所示。

表4 模型的验证结果

利用SPSS（version10.0，SPSSlnc.USA）对表4数据进行相关性分析，牛乳中细菌的死亡响应值Y的实测值和预测值的相关系数为0.9980，充分说明方程模式是合适有效的。

3 讨 论

通过试验确定了超临界CO2法杀灭牛乳中细菌的杀菌模型为

且通过实验验证了模型的适合性和可靠性，其预测值和实测值的相关系数为0.9980。实验中还证实了，选择合适的压力不仅能够杀灭牛乳中的细菌，而且还能起到均质的作用，防止脂肪上浮等现象。而且，少量CO2气体溶解到牛乳中生成碳酸，造成牛乳pH值出现微小变化，既抑制了微生物的生长繁殖，又提高了牛乳的质量、安全性及贮藏时间[16-17]。另外，温度和时间对牛乳的杀菌效果影响也较显著。

超临界CO2导致细菌死亡的原因很多，目前普遍认为，超临界CO2处理能抽出微生物细胞内或细胞膜上的功能性成分，使微生物细胞不能正常生长繁殖；而且进入微生物细胞内的CO2电离，细胞质中H+离子浓度增大，pH值下降，细胞内许多酶失活；另外，在高压状态下CO2进入微生物细胞内并溶解于其中，卸压时使得CO2迅速变为气体，体积瞬时膨胀，发生“爆炸”现象，导致微生物细胞破坏，内容物泄漏致使微生物细胞死亡[18]。但超临界CO2的杀菌机理还在进一步研究当中。

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Modeling the sterilization of bacterium in milk by supercritical CO2

LI Hua,JI Zhao-jun,WANG Hua,Mushamoli,YUAN Xiao-xia
（College of Life Science,Inner Mongolia University for the Nationalities,Inner Mongolia Tongliao 028000）

Supercritical CO2was used to process bacterium in milk.Recurring to the central composite rotatable experiment method design and investigating the effects of the different pressure,sterilization temperature and time on the sterilization ratio of bacterium in milk,the model of which sterilized by Supercritical CO2was built.Then SPSS was chosen to analyze the experimental data,the relative coefficient of actual value to the predicted is 0.9980.

TS252.1

A

1001-2230（2012）07-0016-03

2012-01-16

李华（1967-），女，副教授，主要从事食品科学方面的教学与科研工作。