CN114403334A - 一种姜黄素介导的光动力技术对果汁进行冷杀菌的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及食品杀菌技术，具体公开了一种姜黄素介导的光动力技术对果汁进行冷杀菌的方法，包括以下步骤：在无菌的果汁中加入不同浓度的姜黄素，然后加入培养至稳定期的金黄色葡萄球菌悬液，常温下避光混匀后，对果汁进行光动力处理，即获得灭菌的果汁。本发明在果汁中添加了常见的食品添加剂姜黄素作为光敏剂，介导光动力技术进行了温和的冷杀菌。在该杀菌方式下，对果汁中金黄色葡萄球菌的杀菌率最高可达99.99％以上；同时与传统的热处理相比，方法便捷，处理时间短，一定程度上减少了果汁中感官参数的变化，在食品工业中有着巨大的应用潜力。
Description
技术领域
本发明涉及食品杀菌技术领域，具体涉及一种姜黄素介导的光动力技术对果汁进行冷杀菌的方法。
背景技术
食品中的灭菌是保证食品安全过程中最重要的操作环节。近年来，国内外正在努力探索各种先进的灭菌技术来避免由灭菌引起的有害因素，最小化食品中营养元素的流失。现代食品杀菌技术的发展正在一步步进化，从传统的加热杀菌形式逐渐转为尽量减少加热时间的高效杀菌。近年来，出现了以冷杀菌技术为代表的非热杀菌技术，包括纳米消毒技术，震荡磁场杀菌技术，真空灭菌等一系列新型杀菌技术，以尽最大的可能保持食物本身的色泽和香气、口感等。随着人们生活水平的提高，对食物口感日益增长的需求，食品的灭菌技术也在进一步的探索和发展。
姜黄素是从植物姜黄的根茎中提取的一种活性多酚类物质，具有抗肿瘤、抗炎症、降血糖、抗氧化、抗凋亡等多种药理活性。已经有研究表明，姜黄素作为天然的光敏剂，对单增李斯特菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、沙门氏菌等有强烈的杀灭效果。此外，欧洲食品安全局将姜黄素定义为非致癌性化合物，并授权其在欧盟用作食品添加剂，姜黄素亦是GB2760-2014规定允许使用的食品天然色素。因此，姜黄素在食品中可以安全的使用。
光动力杀菌是一种依靠发生非热光物理反应和光化学反应来灭菌的技术，在氧存在下还需要可见光和光敏剂。其中，可见光来源于具有可见光波长的发光二极管LED。由于其安全、环保和低能耗等特点，近年来作为一种新兴的食品保鲜技术受到越来越多的关注。现有研究结果表明，405nm和460nm引导的个体或联合光敏剂能够有效的灭活食品中的食源性致病菌，并且这种杀菌方法不仅可将细菌消灭完全，还能对细菌释放的有毒物质进行降解，避免二次污染的发生。因此，这种方法被视为一种理想的现代杀菌技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种姜黄素介导的光动力技术对果汁进行冷杀菌的方法，在光敏剂姜黄素存在的条件下，对果汁进行一段时间的光动力处理，既可以改进单独的光照穿透性的不足，又在一定程度上避免了传统热杀菌技术对果汁感官参数的破坏。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一种姜黄素介导的光动力技术对果汁进行冷杀菌的方法，包括以下步骤：
步骤一、在无菌的果汁中加入不同浓度的姜黄素；
步骤二、加入培养至稳定期的金黄色葡萄球菌悬液；
步骤三、常温下避光混匀后，对果汁进行光动力处理，即获得灭菌的果汁。
进一步地，所述步骤一具体包括：
1)配置4mmol/L的姜黄素DMSO溶液，用生理盐水稀释后，得到含10％DMSO的40μmol/L的姜黄素溶液；
2)将配置好的姜黄素溶液再用果汁稀释成姜黄素浓度为20μmol/L的样品溶液，备用。
进一步地，所述步骤二具体包括：
1)通过挑取金黄色葡萄球菌单菌落于TSB液体培养基中，37℃下摇床培养12h，获得培养至稳定期的金黄色葡萄球菌悬液；
2)将获得的菌液用果汁先进行稀释，再与步骤一中得到的果汁进行混合，使得最终菌的浓度为106CFU/mL，姜黄素的浓度为10μmol/L。
进一步地，所述步骤三中，常温下避光混匀30分钟，对果汁进行光动力处理6～12分钟。
进一步地，所述光动力处理条件为：使用蓝色发光二极管阵列，功率为5W，波长为435-445nm,果汁离光源的距离为8cm。
与传统的热杀菌技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1)本发明选择了食品添加剂姜黄素作为光敏剂，其介导的光动力技术，可以有效的杀灭果汁中的金黄色葡萄球菌，保证了使用的安全性。
2)使用的方法高效、简单，需要的成本低。
3)与传统热处理方法相比，在灭菌的同时，一定程度上减少了果汁感官参数的变化，具有在果汁等饮料行业中应用的广阔前景。
附图说明
图1为姜黄素介导的光动力技术处理过程的示意图。
图2为所选条件下姜黄素介导的光动力技术对果汁中金黄色葡萄球菌的杀菌效果。
具体实施方式
为了更好的描述本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
以下实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均为可从商业途径得到的试剂和材料。
以下实施例中所使用的菌种及材料：
金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus ATCC29213从中国医学细菌保藏管理中心获得。所使用的Tryptic soy agar(TSA)固体培养基、Tryptic soy broth(TSB)液体培养基以及Baird-Parker agar(BP)金黄色葡萄球菌选择培养基均购自海博生物有限公司。所有培养基在使用前均按说明配制好，并经121℃高压灭菌20分钟。
实施例1
配置4mmol/L的姜黄素DMSO溶液，用生理盐水稀释后，得到含10％DMSO的40μmol/L的姜黄素溶液；
将配置好的姜黄素溶液再用市售的芒果果汁稀释成姜黄素浓度为20μmol/L的样品溶液，备用；
挑取金黄色葡萄球菌单菌落于TSB液体培养基中，37℃下摇床培养12h，获得培养至稳定期的金黄色葡萄球菌悬液；
取1ml菌液放入离心机中，于4℃、8000rpm离心10分钟，弃上清液并加入等体积生理盐水重悬，并用市售的芒果果汁连续稀释使最终菌浓度为2×106CFU/mL；
将稀释好的菌液与步骤一中得到的果汁进行混合，使得最终样品中菌的浓度为106CFU/mL，姜黄素的浓度为10μmol/L；
将样品溶液每15mL放入无菌培养皿中，常温下避光混匀30分钟后，使用蓝色发光二极管阵列，功率为5W，波长为435-445nm,果汁离光源的距离为8cm，对果汁进行光动力处理6分钟，即获得灭菌的果汁。
处理后，样品溶液用生理盐水连续稀释，将0.1mL的稀释液涂布于BP培养基上，计数金黄色葡萄球菌数。实验结果如图2所示。
实施例2
配置4mmol/L的姜黄素DMSO溶液，用生理盐水稀释后，得到含10％DMSO的40μmol/L的姜黄素溶液；
将配置好的姜黄素溶液再用市售的芒果果汁稀释成姜黄素浓度为20μmol/L的样品溶液，备用；
挑取金黄色葡萄球菌单菌落于TSB液体培养基中，37℃下摇床培养12h，获得培养至稳定期的金黄色葡萄球菌悬液；
取1ml菌液放入离心机中，于4℃、8000rpm离心10分钟，弃上清液并加入等体积生理盐水重悬，并用市售的芒果果汁连续稀释使最终菌浓度为2×106CFU/mL；
将稀释好的菌液与步骤一中得到的果汁进行混合，使得最终样品中菌的浓度为106CFU/mL，姜黄素的浓度为10μmol/L；
将样品溶液每15mL放入无菌培养皿中，常温下避光混匀30分钟后，使用蓝色发光二极管阵列，功率为5W，波长为435-445nm,果汁离光源的距离为8cm，对果汁进行光动力处理12分钟，即获得灭菌的果汁。
处理后，样品溶液用生理盐水连续稀释，将0.1mL的稀释液涂布于BP培养基上，计数金黄色葡萄球菌数。实验结果如图2所示。
实施例3
配置4mmol/L的姜黄素DMSO溶液，用生理盐水稀释后，得到含10％DMSO的40μmol/L的姜黄素溶液；
将配置好的姜黄素溶液再用市售的菠萝果汁稀释成姜黄素浓度为20μmol/L的样品溶液，备用；
挑取金黄色葡萄球菌单菌落于TSB液体培养基中，37℃下摇床培养12h，获得培养至稳定期的金黄色葡萄球菌悬液；
取1ml菌液放入离心机中，于4℃、8000rpm离心10分钟，弃上清液并加入等体积生理盐水重悬，并用市售的菠萝果汁连续稀释使最终菌浓度为2×106CFU/mL；
将稀释好的菌液与步骤一中得到的果汁进行混合，使得最终样品中菌的浓度为106CFU/mL，姜黄素的浓度为10μmol/L；
将样品溶液每15mL放入无菌培养皿中，常温下避光混匀30分钟后，使用蓝色发光二极管阵列，功率为5W，波长为435-445nm,果汁离光源的距离为8cm，对果汁进行光动力处理6分钟，即获得灭菌的果汁。
处理后，样品溶液用生理盐水连续稀释，将0.1mL的稀释液涂布于BP培养基上，计数金黄色葡萄球菌数。实验结果如图2所示。
实施例4
配置4mmol/L的姜黄素DMSO溶液，用生理盐水稀释后，得到含10％DMSO的40μmol/L的姜黄素溶液；
将配置好的姜黄素溶液再用市售的菠萝果汁稀释成姜黄素浓度为20μmol/L的样品溶液，备用；
挑取金黄色葡萄球菌单菌落于TSB液体培养基中，37℃下摇床培养12h，获得培养至稳定期的金黄色葡萄球菌悬液；
取1ml菌液放入离心机中，于4℃、8000rpm离心10分钟，弃上清液并加入等体积生理盐水重悬，并用市售的菠萝果汁连续稀释使最终菌浓度为2×106CFU/mL；
将稀释好的菌液与步骤一中得到的果汁进行混合，使得最终样品中菌的浓度为106CFU/mL，姜黄素的浓度为10μmol/L；
将样品溶液每15mL放入无菌培养皿中，常温下避光混匀30分钟后，使用蓝色发光二极管阵列，功率为5W，波长为435-445nm,果汁离光源的距离为8cm，对果汁进行光动力处理12分钟，即获得灭菌的果汁。
处理后，样品溶液用生理盐水连续稀释，将0.1mL的稀释液涂布于BP培养基上，计数金黄色葡萄球菌数。实验结果如图2所示。
由实施例1,2,3,4并结合图2可知，仅姜黄素对金黄色葡萄球菌没有表现出任何抗菌活性。而在6分钟时，所选条件下的姜黄素介导的光动力技术对芒果汁和菠萝汁都产生了良好的抗菌效果，金黄色葡萄球菌在芒果和菠萝汁中分别降低了1.8和3.5Log CFU/mL。随着照明时间增加到12分钟，观察到显著的效果变化，芒果和菠萝汁中的菌数均降低到最低检出限以下。
为了确定本发明的杀菌方法，发明人进行了实验室研究实验，具体试验如下：
1.不同浓度姜黄素的杀菌效果
金黄色葡萄球菌菌株取自本实验室保存在甘油中的菌株，待用时，取一环菌落划线于TSA固体培养基上，37℃恒温箱培养24h。
取一环生长良好的单菌落接种于20mL的营养肉汤TSB液体培养基中，37℃摇床培养12h，得到初始的菌悬液。
取6ml菌液放入离心机中，于4℃、8000rpm离心10分钟，弃上清液并加入等体积生理盐水重悬，并用生理盐水连续稀释使最终菌浓度为2×108CFU/mL；
配置8mmol/L的姜黄素DMSO溶液，用生理盐水稀释后，得到含10％DMSO的80μmol/L的姜黄素溶液；
将配置好的姜黄素溶液用生理盐水稀释成姜黄素浓度为5～40μmol/L的溶液，备用；
将稀释好的菌液与配制好的姜黄素溶液进行混合，使得最终样品中菌的浓度为108CFU/mL，姜黄素的浓度为2.5、5、7.5、10、20μmol/L；
将样品溶液每15mL放入无菌培养皿中，常温下避光混匀30分钟后，使用蓝色发光二极管阵列，功率为5W，波长为435-445nm,样品离光源的距离为8cm，对果汁进行光动力处理6分钟。
处理后，样品溶液用生理盐水连续稀释，将0.1mL的稀释液涂布于BP培养基上，计数金黄色葡萄球菌数。
实验结果如表1所示，2.5μmol/L的姜黄素即可产生良好的杀菌效果，对金黄色葡萄球菌杀菌率达到80.15％。2.5、5、7.5μmol/L的浓度处理与10μmol/L浓度的姜黄素样品相比，杀菌率逐渐趋于1，但是当浓度增长至10μmol/L以上，杀菌率不再改变。因此，考虑到实际的应用，10μmol/L是该条件下灭菌的最佳浓度。
表1不同的姜黄素浓度对金黄色葡萄球菌的杀菌率
2.不同光动力处理时间的杀菌效果
金黄色葡萄球菌菌株取自本实验室保存在甘油中的菌株，待用时，取一环菌落划线于TSA固体培养基上，37℃恒温箱培养24h。
取一环生长良好的单菌落接种于20mL的营养肉汤TSB液体培养基中，37℃摇床培养12h，得到初始的菌悬液。
取6ml菌液放入离心机中，于4℃、8000rpm离心10分钟，弃上清液并加入等体积生理盐水重悬，并用生理盐水连续稀释使最终菌浓度为2×108CFU/mL；
配置8mmol/L的姜黄素DMSO溶液，用生理盐水稀释后，得到含10％DMSO的80μmol/L的姜黄素溶液；
将配置好的姜黄素溶液生理盐水稀释成姜黄素浓度为20μmol/L的溶液，备用；
将稀释好的菌液与配制好的姜黄素溶液进行混合，使得最终样品中菌的浓度为108CFU/mL，姜黄素的浓度为10μmol/L；
将样品溶液每15mL放入无菌培养皿中，常温下避光混匀30分钟后，使用蓝色发光二极管阵列，功率为5W，波长为435-445nm,样品离光源的距离为8cm，对果汁进行光动力处理3～15分钟。
处理后，样品溶液用生理盐水连续稀释，将0.1mL的稀释液涂布于BP培养基上，计数金黄色葡萄球菌数。
如表2所示，6分钟的处理时间即可产生良好的杀菌效果，金黄色葡萄球菌的杀菌率已达到99.99％。随着处理时间的增加，杀菌率增长到1。因此，6分钟的处理时间是该条件下灭菌的最佳选择。
表2不同光动力处理时间的杀菌效果
3.不同处理条件下的果汁色泽测定
配置4mmol/L的姜黄素DMSO溶液，用生理盐水稀释后，得到含10％DMSO的40μmol/L的姜黄素溶液；
将配置好的姜黄素溶液再用市售的芒果汁或菠萝汁稀释成终浓度为10μmol/L的样品溶液，备用；
将样品溶液每15mL放入无菌培养皿中，常温下避光混匀30分钟后，使用蓝色发光二极管阵列，功率为5W，波长为435-445nm,果汁离光源的距离为8cm，对果汁进行光动力处理6～12分钟，即获得灭菌的果汁。
处理后，以未经处理的果汁作空白。以L*a*b值表示颜色分析的结果，使用色度仪对光动力处理过的果汁进行色泽测定，结果见表3。
可以看到相对6分钟的处理来看，12分钟的杀菌对果汁的颜色产生了一定影响，因此，控制杀菌时间6分钟，可有效杀灭果汁中的金葡菌，且对产品无明显影响。
表3最优处理条件下果汁的色度变化
Claims (5)
1.一种姜黄素介导的光动力技术对果汁进行冷杀菌的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在无菌的果汁中加入不同浓度的姜黄素；
步骤二、加入培养至稳定期的金黄色葡萄球菌悬液；
步骤三、常温下避光混匀后，对果汁进行光动力处理，即获得灭菌的果汁。
2.根据权利要求1所述的姜黄素介导的光动力技术对果汁进行冷杀菌的方法，其特征在于：所述步骤一具体包括：
1)配置4mmol/L的姜黄素DMSO溶液，用生理盐水稀释后，得到含10％DMSO的40μmol/L的姜黄素溶液；
2)将配置好的姜黄素溶液再用果汁稀释成姜黄素浓度为20μmol/L的样品溶液，备用。
3.根据权利要求1所述的姜黄素介导的光动力技术对果汁进行冷杀菌的方法，其特征在于：所述步骤二具体包括：
1)通过挑取金黄色葡萄球菌单菌落于TSB液体培养基中，37℃下摇床培养12h，获得培养至稳定期的金黄色葡萄球菌悬液；
2)将获得的菌液用果汁先进行稀释，再与步骤一中得到的果汁进行混合，使得最终菌的浓度为106CFU/mL，姜黄素的浓度为10μmol/L。
4.根据权利要求1所述的姜黄素介导的光动力技术对果汁进行冷杀菌的方法，其特征在于：所述步骤三中，常温下避光混匀30分钟，对果汁进行光动力处理6～12分钟。
5.根据权利要求1所述的姜黄素介导的光动力技术对果汁进行冷杀菌的方法，其特征在于：所述光动力处理条件为：使用蓝色发光二极管阵列，功率为5W，波长为435-445nm,果汁离光源的距离为8cm。
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