臭氧处理小麦生产低菌粉的研究

周建新 张杜鹃 林 姣 包月红 吴萌萌

（南京财经大学粮食储运国家工程实验室，南京 210046）

小麦粉作为人们的主食和食品工业的重要原料，对保证人民身体健康和食品等工业制品的质量安全至关重要。但由于小麦粉中含有碳水化合物、蛋白质、无机盐等丰富的营养成分，因而它们为微生物的生长繁殖提供了良好的营养条件。一旦条件适宜，微生物即生长繁殖，造成小麦粉的发热霉变，甚至会产生真菌毒素，对品质和食用安全造成严重的影响［1］。但我国以往的小麦制粉重点放在原料的可见杂质清理、加工成品的“细”、“白”等外观及谷物自身品质特性上，没有对微生物污染作任何处理，而且小麦粉标准中没有微生物的限量指标。基于对小麦粉储藏安全和消费者食用安全保障的需求，衍生出低菌小麦粉的概念，即在传统的小麦制粉过程中增加“去除携带的微生物、抑制过程繁殖、杜绝新增污染”等功能，保证加工出的小麦粉中微生物指标达到要求［2］（如澳大利亚小麦粉微生物限量指标：菌落总数≤104CFU／g，大肠菌群≤102CFU／g，蜡样芽孢杆菌≤10 CFU／g，嗜温芽孢菌≤102CFU／g，酵母菌与霉菌≤103CFU／g［3］）。由于我国小麦的带菌量高，在目前国内尚无低菌小麦制粉技术与装备的情况下，难以用国产小麦加工出满足低菌要求的小麦粉。研究人员通过对小麦制粉过程中微生物污染及其变化规律的研究，明确了影响小麦粉微生物数量的主要因素为原料小麦和润麦过程［4－5］。因此，降低小麦微生物含量，控制润麦环节的微生物增殖，是生产低菌小麦粉的关键。而臭氧作为一种广谱高效消毒剂，可快速杀灭各种细菌繁殖体和芽孢、真菌等，且由于其稳定性差，很快会自行分解为氧气，不存在任何残留［6］。近年来，臭氧在食品行业的应用得到快速发展［7－8］。因此对国产小麦采用臭氧处理以减少原料小麦表面的微生物数量，并控制润麦环节的温度生产低菌小麦粉，对我国小麦粉及其制品的储藏和食用安全具有重要的现实意义。

1 材料与方法

1.1 材料

小麦：白硬麦，二等，2011年收获，常规储藏3个月，含水量为12.5%，南京铁心桥国家粮食储备库石埠桥库区。

1.2 仪器与设备

JR－Y10氧化灭菌箱：南京金仁环保科技有限公司；101－3AS电热鼓风干燥箱：上海苏进仪器设备厂；Quadrumat Junior磨粉机：德国 Brabender公司；JJ－2B组织捣碎匀浆机：江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司；SW－CJ－1F单人双面净化工作台：苏州净化设备有限公司；SYQ－DSX－280B不锈钢压力蒸汽灭菌器：上海申安医疗器械厂；GNP－9160隔水式恒温培养箱：上海三发科学仪器有限公司；HY－4调速多用振荡器、HH－4数显恒温水浴锅：国华电器有限公司；TP－214电子天平（精度0.000 1 g）：丹佛仪器（北京）有限公司。

1.3 试验设计与方法

1.3.1 臭氧处理小麦对小麦粉微生物量与脂肪酸值影响的因素分析

1.3.1.1 臭氧处理浓度的影响

经清理的小麦1 kg，每份分别用臭氧浓度55、75、95 mg／kg处理 15 min，以未用臭氧处理小麦对照，放入1 000 mL的无菌烧杯中，添加规定量的无菌水进行润麦［9］，要求边喷洒边搅拌，使水和小麦充分混合均匀，无菌保鲜膜密封烧杯口，放置于避光处。每隔一段时间颠动烧杯使润麦均匀，室温润麦24 h后，制粉过筛80目，小麦粉置于无菌袋中，进行指标检测。

1.3.1.2 臭氧处理时间的影响

经清理的小麦1 kg，每份分别用臭氧浓度75 mg／kg处理10、15、25、35 min，以未用臭氧处理小麦对照，以下操作同1.3.1.1。

1.3.1.3 润麦温度的影响

经清理的小麦1 kg，每份分别用75 mg／kg臭氧气体经15 min处理，以未用臭氧处理小麦对照，放入1 000 mL的无菌烧杯中，添加无菌水混匀，无菌保鲜膜密封烧杯口，分别置于10、20、30、40℃恒温培养箱中润麦，以下操作同1.3.1.1。

1.3.2 臭氧处理小麦生产低菌粉的工艺条件优化

在单因素试验的基础上，按表1选取3因素3水平，对臭氧处理小麦生产低菌粉的工艺条件进行优化。

表1 正交试验因素水平表

1.4 测定指标与方法

小麦粉的测定指标包括：菌落总数、需氧芽孢菌数、蜡样芽孢杆菌、霉菌量、大肠菌群和脂肪酸值。菌落总数的测定按照GB 4789.2—2010；需氧芽孢菌数的测定按照NY／T1331—2007；蜡样芽孢杆菌的测定按照SN 0176—1992；霉菌量的测定按照GB 4789.15—2010；大肠菌群的测定按照GB 4789.3—2010平板计数法；脂肪酸值的测定按照GB／T 15684—1995。

1.5 数据处理方法

每个试验重复3次，每个指标测定重复3次，测定数据通过Excel处理，结果报告采用平均数±标准差，并用SPSS软件进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1臭氧处理小麦对小麦粉微生物量与脂肪酸值影响的因素分析

2.1.1 臭氧处理浓度的影响

臭氧处理浓度对小麦粉微生物量与脂肪酸值影响的测定结果如表2所示。由表2可知，小麦经臭氧处理、加工后小麦粉中的微生物量均有所下降，当臭氧浓度达到75 mg／kg时，小麦粉中菌落总数、需氧芽孢菌数、蜡样芽孢杆菌、霉菌量和大肠菌群达到最低水平，分别比对照下降了17.7%、14.4%、28.1%、25.0%和100%，均有显著降低。而脂肪酸值比对照有所增加，增加程度与臭氧处理浓度呈正相关，这是因为臭氧对有机物以及无机物具有极强的氧化能力，从而导致脂肪酸值升高，且浓度越高，氧化作用越明显［10］。

表2 臭氧处理小麦浓度对小麦粉微生物量和脂肪酸值的影响

2.1.2 臭氧处理时间的影响

臭氧处理时间对小麦粉微生物量与脂肪酸值影响的测定结果如表3所示。由表3可知，小麦经臭氧处理，加工后小麦粉中的微生物量均有所下降。当臭氧处理小麦15 min时，小麦粉中菌落总数、需氧芽孢菌数、蜡样芽孢杆菌、霉菌量和大肠菌群基本达到最低水平，与对照小麦粉相比，这些指标显著降低。但臭氧处理小麦时间达到25 min，微生物量比处理15 min时有所增加，35 min时，微生物含量又有所下降，这可能与臭氧气体的不稳定性有关。臭氧在常温下即可分解为氧气，半衰期17～23 min［11］。在臭氧杀菌时间较短时，由于臭氧氧原子的氧化作用可以抑制微生物的生长，但随着臭氧杀菌时间的延长，臭氧转变的氧气又会促进微生物的生长［12］，从而使得微生物含量出现波动的状况。同时随着臭氧处理时间的延长，小麦粉的脂肪酸值显著增高。脂肪酸对小麦粉的气味、口味以及熟制食品的品质影响较大，当臭氧处理35 min时，脂肪酸值已经超出了小麦粉国家标准的规定［13］。

表3 臭氧处理小麦时间对小麦粉微生物量和脂肪酸值的影响

2.1.3 润麦温度的影响

润麦温度对小麦粉微生物量与脂肪酸值的影响结果如表4所示。由表4可知，随着温度的升高，对照组和处理组的菌落总数均呈上升趋势，40℃时的细菌含量与10℃时的相比有显著增加；对照组的需氧芽孢总数和蜡样芽孢杆菌含量均在20℃时达到最大值，而在处理组中，芽孢杆菌和蜡样芽孢杆菌则分别在30℃和40℃时含量最多；对照组的大肠菌群含量随着润麦温度的升高直线上升，尤其是由10℃上升至20℃时，差异显著，而处理组中的大肠菌群在10、20、30℃条件下未检出，说明臭氧处理确能抑制其生长繁殖；对照组和处理组的霉菌量在10℃和40℃时较少，分别在20℃和30℃时含量最高，这与微生物最适生长温度基本一致。因此润麦温度对小麦粉中的微生物含量有显著影响。而在30℃和40℃润麦温度下，小麦粉的脂肪酸值有一定增加。

2.2 正交试验

选取3因素3水平对臭氧处理小麦生产低菌粉工艺条件进行优化。结果与分析如表5、表6所示［14］。正交试验结果分析表明，对于A（臭氧浓度）因素，菌落总数、大肠菌群、霉菌总数均在75mg／kg时最少，而需氧芽孢菌数和蜡样芽孢杆菌在95mg／kg时最少，但对于需氧芽孢菌数和蜡样芽孢杆菌含量，A因素不是最主要影响因素，而且经75mg／kg和95mg／kg臭氧处理后，两者数量相差不大，但对于脂肪酸值，A因素是最主要影响因素，A1与A2时相差3，因此选取A为（臭氧浓度）75mg／kg；对于B（臭氧处理时间）因素，菌落总数、需氧芽孢菌数、大肠菌群、霉菌总数均在20 min时最少，而对于蜡样芽孢杆菌量和脂肪酸值指标，B因素是次要因素，因此选取B（臭氧处理时间）20 min；对于C（润麦温度）因素，菌落总数、需氧芽孢菌数、蜡样芽孢杆菌、大肠菌群含量在10℃时达到最低，而霉菌总数在10℃和20℃润麦相差并不大，对于脂肪酸值，C为较次要因素，因此选取C（润麦温度）为10℃；综合上述分析，优方案为A2B3C1，即臭氧浓度75mg／kg、处理时间20min、润麦温度10℃。

表4 臭氧处理原料小麦后润麦温度对小麦粉微生物量和脂肪酸值的影响

表5 试验方案及试验结果

表6 正交试验结果分析

3 结论

为了保障小麦粉及其制品的食用安全，以菌落总数、需氧芽孢菌数、蜡样芽孢杆菌、大肠菌群和霉菌量以及脂肪酸值为指标，研究了臭氧处理国产小麦生产低菌粉的影响因素，并对工艺条件进行了优化。结果表明，臭氧浓度、处理时间和润麦温度对小麦粉带菌量均有显著性影响。臭氧处理小麦生产低菌粉的优化工艺条件为臭氧处理浓度75mg／kg、时间20min、润麦温度10℃，在此工艺条件下，小麦粉中菌落总数、需氧芽孢菌数、霉菌量分别为：470、180、340CFU／g，蜡样芽孢杆菌和大肠菌群均 ＜10 CFU／g，比对照小麦粉的带菌量明显下降。本研究成果为利用国产小麦生产低菌小麦粉、制定我国小麦粉微生物限量指标提供了科学依据。

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