一種聯用微波殺菌與噴霧乾燥控制藻粉中微生物的方法
2023-09-09 18:09:00 1
一種聯用微波殺菌與噴霧乾燥控制藻粉中微生物的方法
【專利摘要】本發明涉及一種聯用微波殺菌與噴霧乾燥控制微藻藻粉中微生物指標的方法和生產微藻藻粉的方法，所述方法包括對微藻濃縮液實施微波滅菌，獲得經滅菌處理的濃縮液，和乾燥所述經滅菌處理的濃縮液，獲得微藻藻粉，從而控制微藻藻粉中微生物指標(包括但不限於菌落總數、黴菌數量和酵母數量)，以及生產得到微藻藻粉。本發明的方法不僅可有效控制藻粉中的微生物指標特別是菌落總數數量，同時能較大限度地保留微藻中活性物質的生物活性。本方法適用於包括但不限於小球藻、雨生紅球藻、螺旋藻、鹽藻、擬微綠球藻、裂殖壺藻和寇氏隱甲藻等各種藻粉的生產，有望成為一種普遍的可有效控制藻粉中微生物指標特別是菌落總數的生產方法。
【專利說明】一種聯用微波殺菌與噴霧乾燥控制藻粉中微生物的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種微藻藻粉中微生物指標特別是菌落總數控制的方法，具體涉及採用微波殺菌與噴霧乾燥耦聯來控制微藻藻粉中的微生物指標特別是菌落總數，進行微藻藻粉的生產。
【背景技術】
[0002]微藻生長迅速，細胞內富含蛋白質、胡蘿蔔素、蝦青素、不飽和脂肪酸(DHA、RHA)和各種微量元素等，具有極大的經濟開發價值。
[0003]微藻的粗蛋白含量可達60%以上，已有部分微藻被開發成保健品、食品添加劑等；以微藻餵養寵物可以使得其毛髮有光澤或羽毛更漂亮；利用微藻飼養浮遊動物，在水產養殖方面也有著廣闊的發展潛力(0.Pulz, W.Gross.Valuable products from biotechnologyof microalgae.Appl Microbiol Biotechnol.2004, 6 (65), p635_648)。
[0004]微藻中含有多種色素，其中提取的胡蘿蔔素具有保護視力、改善皮膚粗糙、抗氧化等功效；蝦青素在飼料工業上有著較大的應用(向梟、周興華、王進文，類胡蘿蔔素對珍珠瑪麗魚及紅劍尾魚體色影響的最適量研究，四川畜牧獸醫學院學報，1997,4):24-28)，同時其抗氧化性比β_胡蘿蔔素還強，可促進抗體的產生和增強動物的免疫功能。
[0005]微藻中含有豐富的不飽和脂肪酸(PUFA)，尤其是其中的二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)在營養和醫學領域有著重要作用(張英俊、朱篤、黃國林，利用微藻培養生產多不飽和脂肪酸研究進展，食品科學，2006，27:609-612)。與從深海魚中提取PUFA相比，從微藻中提取成本更加低廉，原料也更加充分。
[0006]目前微藻的培養工藝主要有自養、異養、混合培養和異養-稀釋-光誘導串聯培養等。無論採用上述何種工藝，對於獲得的溼藻細胞，必須及時將其加工成藻粉，從而延長微藻產品的儲藏時間，防止變質。
[0007]微藻營養豐富，在培養過程中難免會受到外界環境的汙染，而微藻藻粉質量控制中，微生物數量特別是菌落總數的數量又是十分重要的指標，因此藻粉生產過程基本都需要經過一定的殺菌處理。保健(功能)食品通用標準(GB16740-1997)中規定蛋白質含量等於或者高於4%的固態或半固態產品，其菌落總數限量值為30000CFU/g、大腸菌群為90MPN/100g、黴菌和酵母均為25CFU/g、致病菌(沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、志賀氏菌、溶血性鏈球菌)不得檢出。
[0008]為控制微藻藻粉中的微生物指標，目前微藻行業內，普遍借鑑食品行業的殺菌方式，直接對操粉進行殺菌處理，例如，加熱殺菌、福照殺菌、紫外線殺菌、微波殺菌、臭氧殺菌、巴氏殺菌、過濾除菌等(徐懷德、王雲陽，食品殺菌新技術，北京:科學技術文獻出版社，2005)。
[0009]加熱殺菌是最常見的殺菌方法。無論液體還是固體，在維持高溫一定時間下，基本都可將食品中的菌落總數殺滅到要求的程度。但是溫度過高或者持續時間過長會破壞微藻藻粉中的活性成分，而且處理後藻粉的外觀(如顏色)易出現顯著的變化，因此該方法不一定適用於微藻藻粉的殺菌。
[0010]輻照殺菌技術是利用放射線同位素產生的Y射線或用高能電子束轟擊重金屬靶所產生的X射線對包裝食品進行輻照處理。電子加速器殺菌也屬於輻照殺菌的範疇(Anders Kristiansson.Electron accelerator for sterilizing packaging materialin an aspetic packaging machine.U.S.Patent, N0.5, 489, 783, 1996),電子加速器具有不會產生放射性廢料、自動化程度高、系統操作方便、產品吸收劑量均勻、運行安全等特點。福照的方法不會引起食品外觀和風味的變化，且節約能源(R.A.Gillies, L.L.Kempe.Radiation Sterilization, Comparison of Gamma Radiation and Heat for Sterilizationof Fermentation Mashes.J.Agric.Food Chem., 1957, 5 (9), p706_708)。雖然很多研究顯不，輻照食品是安全的，但出於人們對輻照食品潛在威脅的擔憂，目前輻照食品的推廣受到了較大的影響(Bruhn, Christine M.Consumer Attitudes and Market Response to IrradiatedFood.Journal of Food Protection, 1995, 2 (58), pl75_181 (7))。
[0011]紫外殺菌的投入低，只需要購買合適功率的紫外燈即可，但紫外線的穿透能力十分有限，使得其主要適用於空氣和食品表面殺菌(Y Hidaka, K Kubota.Study on thesterilization of grain surface using UV radiation.Japan Agricultural ResearchQuarterly, 2006，2 (40)，pl57_161)，對於較大量的固體則顯得無能為力。
[0012]微波殺菌也是一類輻射殺菌，微波是頻率從300MHz?300GHz的電磁波。但它與原子能輻射產生的Y射線和電子加速器產生的X射線不同，微波輻射是一種非電離輻射(黃建蓉，郭祀遠，蔡妙顏等.食品微波殺菌新技術的研究進展.食品與發酵工業，1998，4，p44-46)。微波殺菌的原理包括熱效應和非熱效應兩種模式同時起作用，因此微波殺菌具有低溫快速殺菌(MD Rohrer and RA Bulard.Microwave sterilization.TheJournal of the American Dental Association, 1985, (110)，pl94_198)、可保持原有食品風味特色和營養成分的特點，可廣泛適用於液體、固體和半固體的殺菌，但其處理固體時，對其含水量有一定的要求，待處理產品含水量過高或低都會影響殺菌的效果，固體藻粉的含水量普遍低於7 %，對藻粉直接進行微波殺菌的效果十分有限。並且微波殺菌時藻粉等不能長時間受熱，時間、溫度等參數的控制非常重要。
[0013]臭氧具有極強的氧化能力，對細菌、真菌、病毒等都有著強烈的殺滅能力，其殺菌有著高效、快速、安全可靠和價格相對較低的特點(Eskil L.，Karlson, Erie, Pa.0zonesterilizer and method for ozone sterilization.U.S.Patent, N0.5, 868, 999, 1996)。臭氧在礦泉水、汽水、果汁等生產過程中，對盛裝容器、管路、設備、車間環境的消毒也取得令人滿意的效果。但在藻粉殺菌實驗中並未取得顯著的效果(藻粉在採用臭氧處理前後，其中的菌落總數數量都在107CFU/g，無顯著變化)。
[0014]巴氏殺菌是一種專用於牛奶、啤酒等不宜高溫滅菌液體的低溫滅菌方法。該方法可以有效殺滅食品中非芽孢雜菌，同時又不影響原有的風味。過濾除菌與巴氏殺菌類似，都是只適用於液體殺菌的方法，該方法顯然不適用於直接對藻粉的殺菌處理。
[0015]綜上所述，若直接對藻粉進行殺菌處理，儘管採用加熱殺菌和輻照殺菌均可以使微生物指標達到標準要求，但上述方法容易引起藻粉品質的變化或有輻射殘留，適用性差；而期望通過控制藻類大規模光自養培養養殖或操作過程中雜菌的引入，也難以甚至無法實現。噴霧乾燥本身也是殺菌過程，但是單憑噴霧乾燥殺菌，效果並不明顯。因此，亟需開發一種既能保證微藻品質，又可有效控制微藻藻粉中微生物指標特別是菌落總數的生產方法。
【發明內容】
[0016]鑑於直接處理藻粉難以有效控制微藻藻粉中微生物指標特別是菌落總數的現狀，本發明並未選擇傳統的直接對藻粉進行處理的方法，而是選擇藻粉噴霧乾燥前的濃縮液為對象。微藻濃縮液經微波處理，既有效殺滅了其中的雜菌，又可保證濃縮液內活性物質的穩定性，再與噴霧乾燥相耦聯即可生產出微生物指標達標(其中菌落總數不高於30000CFU/g)的藻粉。該發明不僅可使產品中雜菌數得到有效控制，而且幾乎不增加能耗，因為微波處理所消耗的能量大多轉化為熱能，提高了藻液進入噴霧塔時的溫度，從而可節省噴霧乾燥能耗。
[0017]因此，本發明提供了一種控制微藻藻粉中微生物指標特別是菌落總數的方法，該方法包括對微藻濃縮液實施微波處理的步驟。
[0018]本發明還提供一種控制微藻藻粉中酵母和/或黴菌數量的方法，該方法包括對微藻濃縮液實施微波處理(即微波殺菌)的步驟。
[0019]本發明還提供一種生產微藻藻粉的方法,該方法包括對微藻濃縮液實施微波處理的步驟，以及乾燥所述經滅菌處理的濃縮液，獲得微藻藻粉。
[0020]本發明的方法中，實施巴氏滅菌步驟之後，可實施乾燥步驟。優選的是，將微波處理與噴霧乾燥耦聯，用於控制微生物指標，包括菌落總數、黴菌數量和/或酵母數量。
[0021]本發明控制微藻藻粉中微生物指標的生產方法包括:
[0022](I)對微藻濃縮液實施微波處理，獲得經滅菌處理的濃縮液；和
[0023](2)乾燥所述經滅菌處理的濃縮液，獲得微藻藻粉；
[0024]從而控制微藻藻粉中微生物指標，所述微生物指標包括但不限於菌落總數、黴菌數量和酵母數量。
[0025]本發明生產微藻藻粉的方法包括:
[0026](I)對微藻濃縮液實施微波處理，獲得經滅菌處理的濃縮液；和
[0027](2)乾燥所述經滅菌處理的濃縮液，獲得微藻藻粉；
[0028]從而生產得到微藻藻粉。
[0029]在一些具體實施例中，所述方法在步驟(I)之前還包括以下步驟:
[0030](a)培養微藻的步驟；和
[0031](b)採收微藻的步驟；和
[0032](C)濃縮微藻以獲得微藻濃縮液的步驟。
[0033]在一【具體實施方式】中，將微波滅菌設備與乾燥設備相連，直接乾燥經滅菌處理的濃縮液。
[0034]在一【具體實施方式】中，所述的微藻包括但不限於選自小球藻、雨生紅球藻、螺旋藻、鹽藻、擬微綠球藻、裂殖壺藻和寇氏隱甲藻等各種微藻。
[0035]在一【具體實施方式】中，所述的培養方式包括但不限於米用選自光自養、異養、混合營養、異養_光自養串聯培養、和異養-稀釋-光誘導串聯培養的培養方式培養出的微藻
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[0036]在一【具體實施方式】中，所述的濃縮模式，包括但不限於微藻濃縮液採用選自過濾、絮凝分離、電絮凝、磁絮凝和磁分離、離心分離、膜過濾、氣浮分離、泡沫分離、沉降、過濾和疏水吸附的方法獲得等。
[0037]在一【具體實施方式】中，微波處理前微藻濃縮液的固含量為1% -50%。
[0038]在一個【具體實施方式】中，微藻可以是可用來生產功能成分如蛋白質、葉綠素、蝦青素、類胡蘿蔔素、脂肪酸、EPA、DHA等的藻類。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]圖1顯示現有的傳統工藝路線圖。
[0040]圖2顯示本發明的工藝路線圖。
【具體實施方式】
[0041]本發明中，微藻可以是用來生產各種功能成分如蛋白質、葉綠素、蝦青素、類胡蘿蔔素、脂肪酸、EPA、DHA等的微藻，包括但不限於小球藻、雨生紅球藻、螺旋藻、鹽藻、擬微綠
球藻、裂殖壺藻和寇氏隱甲藻等各種微藻。也可從市場上購得各種微藻培養液，也可採用已知的各種微藻培養方法培養微藻，並收穫微藻培養液。已知的各種微藻培養方法包括但不限於光自養、異養、混合營養以及ZL 200610025618.9中所述的各種方法。
[0042]優選地，根據以下指標選擇微藻，包括但不限於蛋白質、葉綠素、蝦青素、類胡蘿蔔素、脂肪酸、EPA、DHA等各類活性物質。指標根據微藻種類的不同而不同。
[0043]獲得微藻培養液後，對其進行濃縮處理。常用濃縮分離方式有絮凝沉澱法、離心分離法、氣浮分離法、疏水吸附法等，具體可參見，例如(段學輝、張嗣良，「鹽藻及其生物量採收」，《海湖鹽與化工》，1998，27 (2) ；22-24)。
[0044]通常，將微藻藻液濃縮至固含量1%-50% (重量百分比)時，例如，可濃縮至固含量為 1% _40%、1% _30%、1% _20%、1% _10%、5% _40%、5% -30%,5% -20%,5% _35%。上述範圍內的固含量高低對滅菌效果沒有產生實質性的影響。
[0045]應理解，「微藻濃縮液」在本發明中不僅包括濃縮新鮮培養獲得的微藻而得到的微藻濃縮液，也包括事先已採集、濃縮和/或乾燥，但因其它原因例如生物指標不達標而需重新滅菌、從而配製的固液含量在本發明所限定的範圍之內的藻液。例如，可將已存在的藻粉配製成固液含量在本發明所限定的範圍之內的藻液，再採用本發明方法控制該藻粉中的微生物指標特別是菌落總數。
[0046]然後對微藻濃縮液實施微波滅菌處理，以降低其中的微生物指標特別菌落總數含量。本文中，「微波處理」、「微波滅菌」、「微波殺菌」具有相同的含義，均指通過微波輻射來殺滅雜菌。如前所述，微波殺菌的原理包括熱效應和非熱效應兩種模式同時起作用，因此微波殺菌具有低溫快速殺菌、可保持原有藻粉風味特色和營養成分的特點。
[0047]本發明中，「微生物指標」包括菌落總數，當然也包括個別感興趣的微生物例如酵母和/或黴菌的數量。
[0048]通常，設置微波殺菌裝置的微波頻率在2450MHZ±200HZ，例如2450MHZ±50HZ、2450MHZ± 100HZ不等；微波處理的時間為1_20分鐘，例如1_15分鐘、1_10分鐘、2_5分鐘不等。處理後微藻濃縮液的溫度在60-105°C之間，例如60-95°C、70-105°C、70-95°C不等。
[0049]濃縮液流過滅菌裝置的流速是由微波殺菌管的內徑和流量大小決定的，一般正常生產過程中，噴霧乾燥塔的處理速率是基本穩定的，在管道的內徑確定後，濃縮液在其中流動的速度也基本穩定，流速一般可在0-10m/s,具體流速的控制與選擇可由技術人員再依據實際情況加以選擇和調節。
[0050]經微波滅菌之後，可最後進行噴霧乾燥，以製備微藻藻粉。可採用常規的乾燥技術實施進行乾燥。例如，可使用噴霧技術。例如，通常使用噴霧乾燥塔，進風溫度可約為150-230°C，例如，180-200°C ;出風溫度可約為 65_85°C，例如 70_75°C。
[0051]在一個具體實施例中，可將微波殺菌設備與乾燥設備(例如噴霧乾燥塔)串聯，處理後的濃縮藻液直接進入乾燥設備，於乾燥設備的收粉處收粉。將乾燥設備與微波殺菌裝置相串聯，有效避免了二次汙染，在潔淨室內即可直接收取微生物指標特別是菌落總數達標的藻粉。
[0052]採用本發明方法製備得到的產品，例如藻粉，滿足保健(功能)食品通用標準(GB16740-1997)中規定的菌落總數限量值為30000CFU/g、大腸菌群為90MPN/100g、黴菌和酵母均為25CFU/g、致病菌(沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、志賀氏菌、溶血性鏈球菌)不得檢出的要求，同時能較大限度地保留微藻中活性物質的活性。
[0053]下面，對本發明的具體實施例作進一步詳細說明，以異養-稀釋-光誘導串聯培養的小球藻藻粉的生產工藝為例。應理解，下述實施例並不是僅僅是闡述性的，不是對本發明範圍的限制。
[0054]實施例1:按現有的工藝實施滅菌
[0055]步驟如下:
[0056](I)採用「異養-稀釋-光誘導」技術(參見中國發明專利:ZL200610025618.9)培養小球藻藻液。經測定，微生物指標(換算為幹基)分別為:菌落總數1.5X1010CFU/g>大腸菌群<30MPN/100g、黴菌25CFU/g、酵母20CFU/g、致病菌(沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、志賀氏菌、溶血性鏈球菌)未檢出；
[0057](2)通過離心濃縮(5000rpm，IOmin)，濃縮液的固含量為14.5 % (重量百分比)。經測定，微生物指標(換算為幹基)分別為:菌落總數1.35X101(lCFU/g、大腸菌群(120MPN/100g、黴菌140CFU/g、酵母130CFU/g、致病菌(沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、志賀氏菌、溶血性鏈球菌)未檢出；
[0058](3)濃縮液直接噴霧乾燥，藻粉中的微生物指標分別為:菌落總數5.4X 107CFU/g、大腸菌群≤120MPN/100g、黴菌130CFU/g、酵母120CFU/g、致病菌(沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、志賀氏菌、溶血性鏈球菌)未檢出；
[0059](4)將藻粉分別進行臭氧殺菌、烘箱高溫殺菌、微波照射殺菌等處理，微生物指標特別是菌落總數數量未出現顯著下降，微生物指標未達到行業要求。
[0060]臭氧殺菌實驗，首先向25L塑料包裝袋內加入約100g的小球藻藻粉，然後充滿約15g/m3的臭氧，充分混合a和Ia時取樣測定，結果顯示處理至Ia時，藻粉的微生物指標分別為:菌落總數5.3X107CFU/g、大腸菌群≤120MPN/100g、黴菌115CFU/g、酵母115CFU/g、致病菌(沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、志賀氏菌、溶血性鏈球菌)未檢出。
[0061]烘箱高溫殺菌實驗採用恆溫烘箱進行，分別控制藻粉在80°C和115°C的條件下處理30min、2h和12h，結果顯示80°C處理12h時，藻粉菌落總數仍未顯著下降；在115°C處理2h時藻粉已顯著變色，繼續處理至12h，藻粉的微生物指標分別為:菌落總數3.6X IO7CFU/g、大腸菌群≤120MPN/100g、黴菌80CFU/g、酵母85CFU/g、致病菌(沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、志賀氏菌、溶血性鏈球菌)未檢出。
[0062]微波照射殺菌實驗在IOkW的傳送帶式微波乾燥殺菌設備上進行，通過調節傳送帶轉速，控制藻粉處理時間為2min、5min (已變黃)等條件，結果顯示即使藻粉已變黃，其中的微生物指標分別為:菌落總數4.9X 107CFU/g、大腸菌群≤120MPN/100g、黴菌85CFU/g、酵母90CFU/g、致病菌(沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、志賀氏菌、溶血性鏈球菌)未檢出。
[0063]按現有的工藝各環節樣品及不同殺菌處理後藻粉微生物指標(換算為幹基)，見下表1:
【權利要求】
1.一種控制微藻藻粉中微生物指標的方法，其特徵在於，該方法包括: (1)對微藻濃縮液實施微波滅菌，獲得經滅菌處理的濃縮液；和 (2)乾燥所述經滅菌處理的濃縮液，獲得微藻藻粉； 從而控制微藻藻粉中微生物指標，所述微生物指標包括但不限於菌落總數、黴菌數量和酵母數量。
2.—種生產微藻藻粉的方法,其特徵在於,所述方法包括: (1)對微藻濃縮液實施微波滅菌，獲得經滅菌處理的濃縮液；和 (2)乾燥所述經滅菌處理的濃縮液，獲得微藻藻粉； 從而生產得到微藻藻粉。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述方法在步驟(I)之前還包括以下步驟: (a)培養微藻的步驟； (b)採收微藻的步驟；和 (C)濃縮微藻以獲得微藻濃縮液的步驟。
4.如權利要求1一 3中任一項所述的方法，其特徵在於，將微波滅菌設備與乾燥設備相連，直接乾燥經滅菌處理的濃縮液。
5.如權利要求1一 4中任一項所述的方法，其特徵在於，所述微藻選自小球藻、雨生紅球藻、螺旋藻、鹽藻、擬微綠球藻、裂殖壺藻和寇氏隱甲藻等各種微藻。
6.如權利要求3所述的方法,其特徵在於,米用選自光自養、異養、混合營養、異養-光自養串聯培養、和異養-稀釋-光誘導串聯培養的方式所培養出的微藻。
7.如權利要求1一 6中任一項所述的方法，其特徵在於，微藻濃縮液採用選過濾、自絮凝分離、電絮凝、磁絮凝和磁分離、離心分離、膜過濾、氣浮分離、泡沫分離、沉降、過濾和疏水吸附的方法獲得。
8.如權利要求1一 7中任一項所述的方法，其特徵在於，設置微波殺菌裝置的微波頻率在2450MHZ 土 200HZ，微波處理的時間為1_20分鐘，處理後微藻濃縮液的溫度在60-105 °C之間。
9.如權利要求1一 8中任一項所述的方法，其特徵在於，微波滅菌前微藻濃縮液的固含量為 1% -50% ο
10.如權利要求1一 9中任一項所述的方法，其特徵在於，微波設備與噴霧乾燥塔相連，噴霧乾燥過程設置進風溫度為150-230°C ;出風溫度為65-85°C。
【文檔編號】A23L1/025GK103989031SQ201410253295
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月9日 優先權日:2014年6月9日
【發明者】李元廣, 張 林, 孫炳耀, 沈國敏, 王軍, 潘榮華, 徐新華, 範建華 申請人:嘉興澤元生物製品有限責任公司