番茄制品热处理过程耐热细菌的研究

1.丛立生  丹东出入境检验检疫局  

2.王铁龙  中国检验检疫科学研究院

摘  要

本文对新疆番茄酱中分离出的优势微生物的代表菌枯草芽孢杆菌的耐热性进行了深入探讨；并结合实际运用过程中的要求，提出了最低杀菌值F（93,8.9）=1min，进而从热致死等效的角度得出了，在达到同样效果下不同温度转化的表格。

关键词：番茄制品，细菌，体系

第一章 绪  论

番茄（Lycopersicum esculentum Mill.），又名西红柿,是世界各国主要蔬菜之一，在我国大部分地区均有栽培。番茄果实圆整、酸甜多汁，含可溶性糖，有机酸、蛋白质、脂肪、纤维素、矿物质、果胶质等多种营养物质。富含维生素 A、维生素 C，平均 100克鲜果中，含维生素 A0.27mg，维生素 C18.5~25.0mg，此外，果中还含有钙、铁、磷、硫、钠、钾、镁等矿物盐类^[1，2]；《新编本草纲目》第三册中记载番茄中还含有生物碱番茄定（tomatidine）及其甙，芦丁以及新绿原酸（neochlorogenic acid）及呋喃香豆精（marmesin）等^[3]。经过古今医家对番茄的研究，认为除食用外，还是不可多得的药用菜果。它性微寒，味甘酸，生津止渴，凉血养肝清热解毒，治高血压、坏血病、胃热、口干舌燥，预防动脉硬化、肝脏病、牙龈出血等^[2]。

番茄为一年四季之佳蔬。生吃，细嫩酸甜，风味鲜美；熟食，滋味浓香宜口。可将其烹饪，糖渍，制酱，制罐头等。由于番茄及其制品的独特食用、保健及辅助治疗的功效，近年来已成为国内部分地区以及西方国家餐桌上不可缺少的佐餐食品。目前，番茄出口多为加工出口。加工番茄专用品种干物质含量很高，主要包括可溶性固形物和类胡萝卜素等，其制品已成为西方国家人们的膳食结构中不可缺少的部分，消费量极大。据 FAO 统计，全世界每年用于加工的番茄达 3000 多万吨，产品以番茄酱为主，在全部番茄制品中占 70%~80%，并以平均每年 3%的速度递增。目前，世界每年番茄酱贸易量为 100 万~200 万吨，主要番茄制品生产国分布在北美、地中海沿岸以及南美的部分地区，如美国、法国、希腊、意大利等^[4]。

第二章 国内外研究现状

番茄制品属酸性罐藏食品（pH﹤4.7，Aw＞0.85）^[5]。通常情况下，罐藏食品的腐败变质分为嗜热菌、嗜温菌、不产芽孢菌、酵母菌和霉菌引起的腐败。

就芽孢菌而言，嗜热脂肪芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌是引起罐头产酸腐败（产酸不产气腐败）的嗜热菌；枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和蜡样芽孢杆菌是引起罐头产酸腐败的嗜温菌；也有少数嗜温芽孢细菌引起罐头腐败变质时伴随有气体产生，如多黏芽孢杆菌、浸麻芽孢杆菌；TA 菌（如嗜热解糖梭菌）是一种分解糖、专性嗜热、产芽孢的厌氧菌；特别是厌氧的肉毒梭状芽孢杆菌，在食品中的繁殖能产生肉毒毒素，且毒性很强，因此罐藏食品常常把能否杀死肉毒梭菌的芽孢作为灭菌标准。罐藏食品发生由芽孢杆菌引起的腐败多是由于杀菌不彻底造成的^[6]。

无论是嗜温耐热性的或嗜热性的芽孢杆菌，绝大多数菌种均属可引起罐装食品“平酸腐败”的原因菌。这类细菌之所以能在杀菌后密封良好的罐装食品中出现，究其原因是罐头杀菌不足或真空度不足（对需氧性菌种而言）造成的^[7]。

而对于非芽孢细菌，一类是肠杆菌，如大肠杆菌、产气杆菌、变形杆菌等；另一类是球菌，如乳链球菌、粪链球菌和嗜热链球菌等，它们能分解糖类产酸，并产生气体造成罐头胀罐。不产芽孢的细菌耐热性不如产芽孢细菌，如果罐头中发现有不产芽孢的细菌，这通常是由于罐头密封不良，漏气而造成的，或由于杀菌温度过低造成的^[8]。

在国内，大家从不同方向对番茄制品的工艺有一定的研究，而研究最多的就是关于番茄制品HACCP体系的建立方面，不过对于工艺反面也有一定的研究成果。杨新辉，励建荣老师的《番茄制品加工工艺研究进展》介绍了不同杀菌方式技术在番茄制品加工的研究情况^[9]；闫国宏老师在《论新疆番茄生产中的“过度加热”》中讨论了过度加热对于番茄制品的影响，但是从另外一个角度提出了对于影响番茄制品品质的一个重要因素，过度的热力杀菌问题^[10]；王强老师在《玻璃瓶装番茄酱罐头杀菌条件的讨论》集中讨论了在保证产品质量安全的基础上，探索玻璃瓶番茄酱罐头杀菌工艺条件，缩短杀菌时间，提高班产量为出发点的研究^[11]。闫国宏，傅力，肖春芳，崔宾《新疆番茄酱中枯草芽孢杆菌耐热性的研究》是从热力杀菌角度对细菌进行了系统的阐述得出了新疆番茄酱中存在的优势菌枯草芽孢杆菌在稀释1O倍的番茄酱中的耐热性值：D108℃=5.75min；D103℃=6.1min；D98℃=6.8min；D93℃=10.2min。Z=6．41℃的结论^[12]，对于指导我们以后杀菌公式的制定起到了重要的作用。对于实际系统的对于杀菌工艺方面的研究几乎没有。

在国外，在国外，凝结芽孢杆菌通常被用来作为番茄制品热处理杀菌过程的指示菌(NCA ,1968; York et al. , 1975; Rodrigo et al. ,1990)，多位学者报道过番茄制品中的凝结芽孢杆菌的耐热性。Youland 和 Stumbo (1953)研究了湿热处理下凝结芽孢杆菌ATCC8038)的耐热性^[13]；Knock 等人(1959)测定了凝结芽孢杆菌在南非番茄汁中的 D 值^[14]；York 等人(1975)测定了凝结芽孢杆菌(ATCC 8038)在番茄汁中耐热性^[15]；Rodrigo 等人(1990)研究了 ATCC 8038 在番茄浓汤滤液和破碎番茄滤液中的耐热性^[16]。A.J.Sandoval 等人^[17]（1992）测定了凝结芽孢杆菌在两倍浓缩番茄酱中的耐热性，主要结果是：两倍浓缩番茄酱(23℃，水分活度 = 0.95 ,pH = 4.0 , 30.3°Brix , 70.1% 湿度，酸度 1.30 克/100 克 以柠檬酸计)中凝结芽孢杆菌的耐热性。对 1.3 x 104个芽孢/毫升液采用了微量注射方法。测得 D90℃= 3.5 分钟和 z = 9.5℃ 。

总之，国内外对于纯粹从热力杀菌工艺规程角度出发来研究杀菌工艺的基本上很少，所以可以借鉴的实例也是很少，这就需要我们从我们新疆的实际出发来研究探讨我们的杀菌工艺，来形成规范指导我们的实际操作。

第三章 番茄制品耐热菌研究

3.1引起番茄制品罐头涨罐细菌简介

B.J.O.Efiuvwevwere 等^[18]（1998）分析了尼日利亚市场上销售的三种番茄酱中的微生物构成，其中番茄酱中占优势的芽孢菌主要是凝结芽孢杆菌。在国外凝结芽孢杆菌通常被用来作为番茄制品热处理杀菌过程的指示菌^[19](NCA ,1968; York et al. , 1975; Rodrigo et al. ,1990)，多位学者报道过番茄制品中的凝结芽孢杆菌的耐热性。Youland 和 Stumbo (1953)研究了湿热处理下凝结芽孢杆菌(ATCC8038)的耐热性^[14]；Knock 等人(1959)测定了凝结芽孢杆菌在南非番茄汁中的 D 值^[15]；York 等人(1975)测定了凝结芽孢杆菌(ATCC 8038)在番茄汁中耐热性^[21]；Rodrigo 等人(1990)研究了 ATCC 8038 在番茄浓汤滤液和破碎番茄滤液中的耐热性^[20]。A.J.Sandoval 等人^[13]（1992）测定了凝结芽孢杆菌在两倍浓缩番茄酱中的耐热性。

新疆番茄酱中优势菌是嗜温芽孢杆菌—枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)，黄忠梅等人^[22]鉴定了新疆番茄酱中厌氧菌/兼性厌氧菌，枯草芽孢杆菌被检出；吴海文，黄玲等人都从新疆番茄酱中分离出枯草芽孢杆菌，并把其定为新疆番茄酱中的优势菌；枯草芽孢杆菌的芽孢能在 100℃沸水内 1h仍可存活，是耐热性较强的芽孢^[7]。

而国外文献中凝结芽孢杆菌通常被用来作为番茄制品热处理杀菌过程的指示菌(NCA , 1968; York et al. , 1975; Rodrigo et al. ,1990) 。凝结芽孢杆菌是嗜热菌而枯草芽孢杆菌是嗜温菌，通常情况下凝结芽孢杆菌的耐热性会高于枯草芽孢杆菌，若照搬照用从国外引进的生产设备和杀菌工艺参数等势必会造成新疆番茄酱生产的“过度加热”现象^[10]，造成产品品质的下降和许多不必要的资源浪费。如：降低了番茄酱成品质量；设备耗能、负荷徒增；缩短了设备清洗周期，增加了设备清洗成本；高设备投资；高环保压力等。亟需新疆番茄产业加大这方面的研究，从而做好杀菌工艺参数的优化及设备匹配。

3.2引起涨罐细菌热致死时间与致死率研究

根据前人研究的成果，我们参照闫国宏，傅力，肖春芳，崔宾《新疆番茄酱中枯草芽孢杆菌耐热性的研究》中对枯草芽孢杆菌在稀释1O倍的番茄酱中的耐热性研究得出其耐热值：D108℃=5.75min；D103℃=6.1min；D98℃=6.8min；D93℃=10.2min。Z=6.41℃的结论^[17]。 根据一般的F值与D值的关系可用F=nD来表示，n数是不固定的，随工厂卫生条件、食品污染微生物种类及其程度而变化，对于酸化产品一般用6D值来杀死嗜热性芽孢杆菌。如果是按照这样计算的话，合理的杀菌致死值应该是F=61.2min(其中T=93，Z=6.41)。还有就是在闫国宏老师的《新疆番茄酱中嗜温微生物的分离鉴定及枯草芽孢杆菌耐热性的研究中》^[23]提到其枯草芽孢的杀菌F值 F(103,6.41) = 97.36 min，这两组数值与美国FDA的对热力杀菌的要求。美国 FDA 一般对于酸性食品的要求为 F（93，8.9）=1的要求相距甚远，主要是由于番茄酱是由大桶酱经过杀菌后包装的，基本上都已经达到商业无菌了，另外番茄酱的pH值在3.8-4.2之间，一般情况下，芽孢杆菌没有极强的耐酸能力基本无法存活的。即使像国外一样热力杀菌的目标菌群是凝结芽孢杆菌的话，它能够在pH值4.0或是更酸的介质中生长，但是其最高的生长温度是54~60℃，所以在高温条件下是很难生存的。这也是我们常见的过度杀菌或是过度加热的一个主要的问题。

按照美国FDA和IFTPS对杀菌值的要求F（93，8.9）=1,所以我们只要达到这个要求就可以杀灭上述细菌了，为了更好地理解和掌握在实际杀菌过程的操作，我们需要掌握在产品中心温度在不同条件下相当于上述杀菌值的一个时间，见下表：

                                表1

3.3番茄制品罐头热加工评价体系建立

热杀菌后的番茄制品罐头并不是绝对无菌，而是在罐头内不含有致病的微生物，但允许罐内残存某些微生物和芽孢，它们在罐头的真空、密封等条件下处于休眠状态，外界微生物难以侵入，番茄制品在正常室温条件下贮藏和销售过程中，这些非致病性微生物不活动（不生长、不繁殖），使罐头番茄制品能够长期保存不变质，且不会影响人体健康。番茄制品罐头产品在热杀菌过程中，必然导致番茄制品表面层具有较高的温度和较多的热量积聚，如果受热部位超过了番茄制品忍受限度，番茄制品品质就会急剧下降，其色、香、味、功能性及营养成分等会遭到不同程度的破坏，经过热杀菌后番茄制品的新鲜产品失去了原有的新鲜度，甚至还会产生异味，从而影响产品质量。

以杀菌为目的的番茄制品热杀菌工艺是番茄制品企业食品安全的最核心的关键控制点，是番茄制品企业体系运行的基础，日常检验监管的主要内容，热杀菌工艺的好坏直接关系到番茄制品的质量。为了能够建立一套适宜的番茄制品热杀菌工艺，必然需要一套合理、安全的热杀菌工艺评价体系，综合以上分析，整个评价体系应该至少包含以下几个内容:

1.对相关人员进行相关培训，做到持证上岗。使得重要岗位、关键工序岗位人员具有专业的知识，从而能够胜任本职工作，这样就做到了“岗位责任制”,使工作规范化。比如杀菌操作工，需要懂得法规对于杀菌锅的基本要求，懂得操作的基本程序，懂得如何处理应急预案和防护。

2. 对于热加工设备的评估。首先热加工设备需要按照SN0400.6-2005^[36]和美国FDA  21 CFR 113^[37]对设备进行检查，若发现设备的结构和法规要求的有出入的话，建议进行改造，并且进行记录。其次对热加工相关的原件需要专业技术机构定期进行检测，并有相应记录。杀菌设备定期检测能够及时、准确地掌握其各种性能指标是否满足番茄制品热杀菌工艺要求，并掌握设备各种性能指标的变化。比如对热杀菌设备的系统温度传感器及温度计每年定期行校准，在校准周期内用已校准的水银温度计监测，保证设备稳定且经校准，才能使得番茄制品热杀菌工艺可调可控。

3. 热加工设备的热分布检测。热分布检测是番茄制品热杀菌工艺评价体系的基础，主要考察热杀菌设备在番茄制品杀菌过程中产品受热是否均匀。在进行热分布检测时，杀热菌设备一定要按照正常的生产过程加工产品，对单一空载的热杀菌设备热分布检测是没有意义的。由于番茄制品热杀菌过程中对杀菌设备的要求比较高，一般番茄制品企业杀菌设备常年使用，缺乏维护、保养，容易产生安全隐患，推荐番茄制品企业每年对热杀菌设备进行一次热分布检测。

4. 对番茄制品的热穿透情况进行检测。热穿透检测的目的主要是考察在杀菌过程中番茄制品内部所受传热能量是否可以满足产品的安全性要求，是番茄制品热杀菌工艺评价体系的重要内容。通过热穿透试验记录番茄制品在杀菌过程中温度的变化情况，再通过专业软件，如ELLAB的ValsuiteBasic软件，计算出产品的杀菌值，又称F值，是否能够满足实际的要求。

5. 对结果的确认，按照设定的杀菌公式、杀菌规程实际生产，检测番茄制品目标菌群热致死时间与致死率等参数。杀菌公式并不是生搬硬套所谓的“经验公式”，而是需要系统地考虑各关键因子对杀菌效果的影响，对各种条件综合考虑，如番茄制品初温、真空度、罐型、水活度、工厂卫生条件等，特别需要将热分布检测结果同番茄制品热穿透检测结果进行综合分析，才能确定合理的升温、排气、恒温的温度和时间，得出一个适宜的杀菌公式。而且当热杀菌工艺条件或参数变化时，应重新对热杀菌设备的热分布和番茄制品热穿透情况进行检测，根据实际情况修正或重新制定杀菌公式、杀菌规程，而不是盲目提高或降低杀菌温度、时间。通过检测目标菌群热致死时间与致死率验证热杀菌公式、杀菌规程适宜与否，从而有效评价番茄制品热杀菌工艺，控制番茄制品食品安全。

6. 设备的维护、保养。良好的保养是设备的良好运行的前提，设备在长期、不同环境中的使用过程中，机械的部件磨损，间隙增大，水垢等增多，影响传热，因此良好的保养是设备稳定、可靠运行的必要条件。因此，建立科学的、有效的设备日常管理机制，加大设备日常管理力度，理论与实际相结合，科学合理的制定设备的维护、保养计。简而言之可以用“清洁、润滑、紧固、调整、防腐”十字来概括。

随着番茄制品热杀菌工艺的改进与提高，热杀菌工艺条件或参数的不断变化，对番茄制品热杀菌工艺的评价不是一劳永逸的，评价体系亦并不是一成不变的，要注重日常监测与评价体系的不断更新。只有经过严格、合理、安全的番茄制品热杀菌工艺评价，再按照设定的杀菌公式、杀菌规程进行实际生产，才能有效的保证番茄制品的产品质量。

第四章 总结

通过对番茄制品耐热菌的研究，我们明晰了该细菌的特性，对于我们下一步进行合理热处理，建立良好操作规范，建立合理的热加工操作及关键限值提供一个有意义的参考。

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第一作者简历：

姓名：丛立生 性别：男  工作单位：丹东市出入境检验检疫局  职务：食品科科长 研究方向：罐头等食品企业评审及监管