一种联用微波杀菌与喷雾干燥控制藻粉中微生物的方法

xiaoxiao2020-6-24  57

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一种联用微波杀菌与喷雾干燥控制藻粉中微生物的方法
【专利摘要】本发明涉及一种联用微波杀菌与喷雾干燥控制微藻藻粉中微生物指标的方法和生产微藻藻粉的方法,所述方法包括对微藻浓缩液实施微波灭菌,获得经灭菌处理的浓缩液,和干燥所述经灭菌处理的浓缩液,获得微藻藻粉,从而控制微藻藻粉中微生物指标(包括但不限于菌落总数、霉菌数量和酵母数量),以及生产得到微藻藻粉。本发明的方法不仅可有效控制藻粉中的微生物指标特别是菌落总数数量,同时能较大限度地保留微藻中活性物质的生物活性。本方法适用于包括但不限于小球藻、雨生红球藻、螺旋藻、盐藻、拟微绿球藻、裂殖壶藻和寇氏隐甲藻等各种藻粉的生产,有望成为一种普遍的可有效控制藻粉中微生物指标特别是菌落总数的生产方法。
【专利说明】一种联用微波杀菌与喷雾干燥控制藻粉中微生物的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微藻藻粉中微生物指标特别是菌落总数控制的方法,具体涉及采用微波杀菌与喷雾干燥耦联来控制微藻藻粉中的微生物指标特别是菌落总数,进行微藻藻粉的生产。
【背景技术】
[0002]微藻生长迅速,细胞内富含蛋白质、胡萝卜素、虾青素、不饱和脂肪酸(DHA、RHA)和各种微量元素等,具有极大的经济开发价值。
[0003]微藻的粗蛋白含量可达60%以上,已有部分微藻被开发成保健品、食品添加剂等;以微藻喂养宠物可以使得其毛发有光泽或羽毛更漂亮;利用微藻饲养浮游动物,在水产养殖方面也有着广阔的发展潜力(0.Pulz, W.Gross.Valuable products from biotechnologyof microalgae.Appl Microbiol Biotechnol.2004, 6 (65), p635_648)。
[0004]微藻中含有多种色素,其中提取的胡萝卜素具有保护视力、改善皮肤粗糙、抗氧化等功效;虾青素在饲料工业上有着较大的应用(向枭、周兴华、王进文,类胡萝卜素对珍珠玛丽鱼及红剑尾鱼体色影响的最适量研究,四川畜牧兽医学院学报,1997,4):24-28),同时其抗氧化性比β_胡萝卜素还强,可促进抗体的产生和增强动物的免疫功能。
[0005]微藻中含有丰富的不饱和脂肪酸(PUFA),尤其是其中的二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)在营养和医学领域有着重要作用(张英俊、朱笃、黄国林,利用微藻培养生产多不饱和脂肪酸研究进展,食品科学,2006,27:609-612)。与从深海鱼中提取PUFA相比,从微藻中提取成本更加低廉,原料也更加充分。
[0006]目前微藻的培养工艺主要有自养、异养、混合培养和异养-稀释-光诱导串联培养等。无论采用上述何种工艺,对于获得的湿藻细胞,必须及时将其加工成藻粉,从而延长微藻产品的储藏时间,防止变质。
[0007]微藻营养丰富,在培养过程中难免会受到外界环境的污染,而微藻藻粉质量控制中,微生物数量特别是菌落总数的数量又是十分重要的指标,因此藻粉生产过程基本都需要经过一定的杀菌处理。保健(功能)食品通用标准(GB16740-1997)中规定蛋白质含量等于或者高于4%的固态或半固态产品,其菌落总数限量值为30000CFU/g、大肠菌群为90MPN/100g、霉菌和酵母均为25CFU/g、致病菌(沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、志贺氏菌、溶血性链球菌)不得检出。
[0008]为控制微藻藻粉中的微生物指标,目前微藻行业内,普遍借鉴食品行业的杀菌方式,直接对操粉进行杀菌处理,例如,加热杀菌、福照杀菌、紫外线杀菌、微波杀菌、臭氧杀菌、巴氏杀菌、过滤除菌等(徐怀德、王云阳,食品杀菌新技术,北京:科学技术文献出版社,2005)。
[0009]加热杀菌是最常见的杀菌方法。无论液体还是固体,在维持高温一定时间下,基本都可将食品中的菌落总数杀灭到要求的程度。但是温度过高或者持续时间过长会破坏微藻藻粉中的活性成分,而且处理后藻粉的外观(如颜色)易出现显著的变化,因此该方法不一定适用于微藻藻粉的杀菌。
[0010]辐照杀菌技术是利用放射线同位素产生的Y射线或用高能电子束轰击重金属靶所产生的X射线对包装食品进行辐照处理。电子加速器杀菌也属于辐照杀菌的范畴(Anders Kristiansson.Electron accelerator for sterilizing packaging materialin an aspetic packaging machine.U.S.Patent, N0.5, 489, 783, 1996),电子加速器具有不会产生放射性废料、自动化程度高、系统操作方便、产品吸收剂量均匀、运行安全等特点。福照的方法不会引起食品外观和风味的变化,且节约能源(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)。虽然很多研究显不,辐照食品是安全的,但出于人们对辐照食品潜在威胁的担忧,目前辐照食品的推广受到了较大的影响(Bruhn, Christine M.Consumer Attitudes and Market Response to IrradiatedFood.Journal of Food Protection, 1995, 2 (58), pl75_181 (7))。
[0011]紫外杀菌的投入低,只需要购买合适功率的紫外灯即可,但紫外线的穿透能力十分有限,使得其主要适用于空气和食品表面杀菌(Y Hidaka, K Kubota.Study on thesterilization of grain surface using UV radiation.Japan Agricultural ResearchQuarterly, 2006,2 (40),pl57_161),对于较大量的固体则显得无能为力。
[0012]微波杀菌也是一类辐射杀菌,微波是频率从300MHz?300GHz的电磁波。但它与原子能辐射产生的Y射线和电子加速器产生的X射线不同,微波辐射是一种非电离辐射(黄建蓉,郭祀远,蔡妙颜等.食品微波杀菌新技术的研究进展.食品与发酵工业,1998,4,p44-46)。微波杀菌的原理包括热效应和非热效应两种模式同时起作用,因此微波杀菌具有低温快速杀菌(MD Rohrer and RA Bulard.Microwave sterilization.TheJournal of the American Dental Association, 1985, (110),pl94_198)、可保持原有食品风味特色和营养成分的特点,可广泛适用于液体、固体和半固体的杀菌,但其处理固体时,对其含水量有一定的要求,待处理产品含水量过高或低都会影响杀菌的效果,固体藻粉的含水量普遍低于7 %,对藻粉直接进行微波杀菌的效果十分有限。并且微波杀菌时藻粉等不能长时间受热,时间、温度等参数的控制非常重要。
[0013]臭氧具有极强的氧化能力,对细菌、真菌、病毒等都有着强烈的杀灭能力,其杀菌有着高效、快速、安全可靠和价格相对较低的特点(Eskil L.,Karlson, Erie, Pa.0zonesterilizer and method for ozone sterilization.U.S.Patent, N0.5, 868, 999, 1996)。臭氧在矿泉水、汽水、果汁等生产过程中,对盛装容器、管路、设备、车间环境的消毒也取得令人满意的效果。但在藻粉杀菌实验中并未取得显著的效果(藻粉在采用臭氧处理前后,其中的菌落总数数量都在107CFU/g,无显著变化)。
[0014]巴氏杀菌是一种专用于牛奶、啤酒等不宜高温灭菌液体的低温灭菌方法。该方法可以有效杀灭食品中非芽孢杂菌,同时又不影响原有的风味。过滤除菌与巴氏杀菌类似,都是只适用于液体杀菌的方法,该方法显然不适用于直接对藻粉的杀菌处理。
[0015]综上所述,若直接对藻粉进行杀菌处理,尽管采用加热杀菌和辐照杀菌均可以使微生物指标达到标准要求,但上述方法容易引起藻粉品质的变化或有辐射残留,适用性差;而期望通过控制藻类大规模光自养培养养殖或操作过程中杂菌的引入,也难以甚至无法实现。喷雾干燥本身也是杀菌过程,但是单凭喷雾干燥杀菌,效果并不明显。因此,亟需开发一种既能保证微藻品质,又可有效控制微藻藻粉中微生物指标特别是菌落总数的生产方法。
【发明内容】

[0016]鉴于直接处理藻粉难以有效控制微藻藻粉中微生物指标特别是菌落总数的现状,本发明并未选择传统的直接对藻粉进行处理的方法,而是选择藻粉喷雾干燥前的浓缩液为对象。微藻浓缩液经微波处理,既有效杀灭了其中的杂菌,又可保证浓缩液内活性物质的稳定性,再与喷雾干燥相耦联即可生产出微生物指标达标(其中菌落总数不高于30000CFU/g)的藻粉。该发明不仅可使产品中杂菌数得到有效控制,而且几乎不增加能耗,因为微波处理所消耗的能量大多转化为热能,提高了藻液进入喷雾塔时的温度,从而可节省喷雾干燥能耗。
[0017]因此,本发明提供了一种控制微藻藻粉中微生物指标特别是菌落总数的方法,该方法包括对微藻浓缩液实施微波处理的步骤。
[0018]本发明还提供一种控制微藻藻粉中酵母和/或霉菌数量的方法,该方法包括对微藻浓缩液实施微波处理(即微波杀菌)的步骤。
[0019]本发明还提供一种生产微藻藻粉的方法,该方法包括对微藻浓缩液实施微波处理的步骤,以及干燥所述经灭菌处理的浓缩液,获得微藻藻粉。
[0020]本发明的方法中,实施巴氏灭菌步骤之后,可实施干燥步骤。优选的是,将微波处理与喷雾干燥耦联,用于控制微生物指标,包括菌落总数、霉菌数量和/或酵母数量。
[0021]本发明控制微藻藻粉中微生物指标的生产方法包括:
[0022](I)对微藻浓缩液实施微波处理,获得经灭菌处理的浓缩液;和
[0023](2)干燥所述经灭菌处理的浓缩液,获得微藻藻粉;
[0024]从而控制微藻藻粉中微生物指标,所述微生物指标包括但不限于菌落总数、霉菌数量和酵母数量。
[0025]本发明生产微藻藻粉的方法包括:
[0026](I)对微藻浓缩液实施微波处理,获得经灭菌处理的浓缩液;和
[0027](2)干燥所述经灭菌处理的浓缩液,获得微藻藻粉;
[0028]从而生产得到微藻藻粉。
[0029]在一些具体实施例中,所述方法在步骤(I)之前还包括以下步骤:
[0030](a)培养微藻的步骤;和
[0031](b)采收微藻的步骤;和
[0032](C)浓缩微藻以获得微藻浓缩液的步骤。
[0033]在一【具体实施方式】中,将微波灭菌设备与干燥设备相连,直接干燥经灭菌处理的浓缩液。
[0034]在一【具体实施方式】中,所述的微藻包括但不限于选自小球藻、雨生红球藻、螺旋藻、盐藻、拟微绿球藻、裂殖壶藻和寇氏隐甲藻等各种微藻。
[0035]在一【具体实施方式】中,所述的培养方式包括但不限于米用选自光自养、异养、混合营养、异养_光自养串联培养、和异养-稀释-光诱导串联培养的培养方式培养出的微藻
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[0036]在一【具体实施方式】中,所述的浓缩模式,包括但不限于微藻浓缩液采用选自过滤、絮凝分离、电絮凝、磁絮凝和磁分离、离心分离、膜过滤、气浮分离、泡沫分离、沉降、过滤和疏水吸附的方法获得等。
[0037]在一【具体实施方式】中,微波处理前微藻浓缩液的固含量为1% -50%。
[0038]在一个【具体实施方式】中,微藻可以是可用来生产功能成分如蛋白质、叶绿素、虾青素、类胡萝卜素、脂肪酸、EPA、DHA等的藻类。
【专利附图】

【附图说明】
[0039]图1显示现有的传统工艺路线图。
[0040]图2显示本发明的工艺路线图。
【具体实施方式】
[0041]本发明中,微藻可以是用来生产各种功能成分如蛋白质、叶绿素、虾青素、类胡萝卜素、脂肪酸、EPA、DHA等的微藻,包括但不限于小球藻、雨生红球藻、螺旋藻、盐藻、拟微绿
球藻、裂殖壶藻和寇氏隐甲藻等各种微藻。也可从市场上购得各种微藻培养液,也可采用已知的各种微藻培养方法培养微藻,并收获微藻培养液。已知的各种微藻培养方法包括但不限于光自养、异养、混合营养以及ZL 200610025618.9中所述的各种方法。
[0042]优选地,根据以下指标选择微藻,包括但不限于蛋白质、叶绿素、虾青素、类胡萝卜素、脂肪酸、EPA、DHA等各类活性物质。指标根据微藻种类的不同而不同。
[0043]获得微藻培养液后,对其进行浓缩处理。常用浓缩分离方式有絮凝沉淀法、离心分离法、气浮分离法、疏水吸附法等,具体可参见,例如(段学辉、张嗣良,“盐藻及其生物量采收”,《海湖盐与化工》,1998,27 (2) ;22-24)。
[0044]通常,将微藻藻液浓缩至固含量1%-50% (重量百分比)时,例如,可浓缩至固含量为 1% _40%、1% _30%、1% _20%、1% _10%、5% _40%、5% -30%,5% -20%,5% _35%。上述范围内的固含量高低对灭菌效果没有产生实质性的影响。
[0045]应理解,“微藻浓缩液”在本发明中不仅包括浓缩新鲜培养获得的微藻而得到的微藻浓缩液,也包括事先已采集、浓缩和/或干燥,但因其它原因例如生物指标不达标而需重新灭菌、从而配制的固液含量在本发明所限定的范围之内的藻液。例如,可将已存在的藻粉配制成固液含量在本发明所限定的范围之内的藻液,再采用本发明方法控制该藻粉中的微生物指标特别是菌落总数。
[0046]然后对微藻浓缩液实施微波灭菌处理,以降低其中的微生物指标特别菌落总数含量。本文中,“微波处理”、“微波灭菌”、“微波杀菌”具有相同的含义,均指通过微波辐射来杀灭杂菌。如前所述,微波杀菌的原理包括热效应和非热效应两种模式同时起作用,因此微波杀菌具有低温快速杀菌、可保持原有藻粉风味特色和营养成分的特点。
[0047]本发明中,“微生物指标”包括菌落总数,当然也包括个别感兴趣的微生物例如酵母和/或霉菌的数量。
[0048]通常,设置微波杀菌装置的微波频率在2450MHZ±200HZ,例如2450MHZ±50HZ、2450MHZ± 100HZ不等;微波处理的时间为1_20分钟,例如1_15分钟、1_10分钟、2_5分钟不等。处理后微藻浓缩液的温度在60-105°C之间,例如60-95°C、70-105°C、70-95°C不等。
[0049]浓缩液流过灭菌装置的流速是由微波杀菌管的内径和流量大小决定的,一般正常生产过程中,喷雾干燥塔的处理速率是基本稳定的,在管道的内径确定后,浓缩液在其中流动的速度也基本稳定,流速一般可在0-10m/s,具体流速的控制与选择可由技术人员再依据实际情况加以选择和调节。
[0050]经微波灭菌之后,可最后进行喷雾干燥,以制备微藻藻粉。可采用常规的干燥技术实施进行干燥。例如,可使用喷雾技术。例如,通常使用喷雾干燥塔,进风温度可约为150-230°C,例如,180-200°C ;出风温度可约为 65_85°C,例如 70_75°C。
[0051]在一个具体实施例中,可将微波杀菌设备与干燥设备(例如喷雾干燥塔)串联,处理后的浓缩藻液直接进入干燥设备,于干燥设备的收粉处收粉。将干燥设备与微波杀菌装置相串联,有效避免了二次污染,在洁净室内即可直接收取微生物指标特别是菌落总数达标的藻粉。
[0052]采用本发明方法制备得到的产品,例如藻粉,满足保健(功能)食品通用标准(GB16740-1997)中规定的菌落总数限量值为30000CFU/g、大肠菌群为90MPN/100g、霉菌和酵母均为25CFU/g、致病菌(沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、志贺氏菌、溶血性链球菌)不得检出的要求,同时能较大限度地保留微藻中活性物质的活性。
[0053]下面,对本发明的具体实施例作进一步详细说明,以异养-稀释-光诱导串联培养的小球藻藻粉的生产工艺为例。应理解,下述实施例并不是仅仅是阐述性的,不是对本发明范围的限制。
[0054]实施例1:按现有的工艺实施灭菌
[0055]步骤如下:
[0056](I)采用“异养-稀释-光诱导”技术(参见中国发明专利:ZL200610025618.9)培养小球藻藻液。经测定,微生物指标(换算为干基)分别为:菌落总数1.5X1010CFU/g>大肠菌群<30MPN/100g、霉菌25CFU/g、酵母20CFU/g、致病菌(沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、志贺氏菌、溶血性链球菌)未检出;
[0057](2)通过离心浓缩(5000rpm,IOmin),浓缩液的固含量为14.5 % (重量百分比)。经测定,微生物指标(换算为干基)分别为:菌落总数1.35X101(lCFU/g、大肠菌群(120MPN/100g、霉菌140CFU/g、酵母130CFU/g、致病菌(沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、志贺氏菌、溶血性链球菌)未检出;
[0058](3)浓缩液直接喷雾干燥,藻粉中的微生物指标分别为:菌落总数5.4X 107CFU/g、大肠菌群≤120MPN/100g、霉菌130CFU/g、酵母120CFU/g、致病菌(沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、志贺氏菌、溶血性链球菌)未检出;
[0059](4)将藻粉分别进行臭氧杀菌、烘箱高温杀菌、微波照射杀菌等处理,微生物指标特别是菌落总数数量未出现显著下降,微生物指标未达到行业要求。
[0060]臭氧杀菌实验,首先向25L塑料包装袋内加入约100g的小球藻藻粉,然后充满约15g/m3的臭氧,充分混合a和Ia时取样测定,结果显示处理至Ia时,藻粉的微生物指标分别为:菌落总数5.3X107CFU/g、大肠菌群≤120MPN/100g、霉菌115CFU/g、酵母115CFU/g、致病菌(沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、志贺氏菌、溶血性链球菌)未检出。
[0061]烘箱高温杀菌实验采用恒温烘箱进行,分别控制藻粉在80°C和115°C的条件下处理30min、2h和12h,结果显示80°C处理12h时,藻粉菌落总数仍未显著下降;在115°C处理2h时藻粉已显著变色,继续处理至12h,藻粉的微生物指标分别为:菌落总数3.6X IO7CFU/g、大肠菌群≤120MPN/100g、霉菌80CFU/g、酵母85CFU/g、致病菌(沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、志贺氏菌、溶血性链球菌)未检出。
[0062]微波照射杀菌实验在IOkW的传送带式微波干燥杀菌设备上进行,通过调节传送带转速,控制藻粉处理时间为2min、5min (已变黄)等条件,结果显示即使藻粉已变黄,其中的微生物指标分别为:菌落总数4.9X 107CFU/g、大肠菌群≤120MPN/100g、霉菌85CFU/g、酵母90CFU/g、致病菌(沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、志贺氏菌、溶血性链球菌)未检出。
[0063]按现有的工艺各环节样品及不同杀菌处理后藻粉微生物指标(换算为干基),见下表1:
【权利要求】
1.一种控制微藻藻粉中微生物指标的方法,其特征在于,该方法包括: (1)对微藻浓缩液实施微波灭菌,获得经灭菌处理的浓缩液;和 (2)干燥所述经灭菌处理的浓缩液,获得微藻藻粉; 从而控制微藻藻粉中微生物指标,所述微生物指标包括但不限于菌落总数、霉菌数量和酵母数量。
2.—种生产微藻藻粉的方法,其特征在于,所述方法包括: (1)对微藻浓缩液实施微波灭菌,获得经灭菌处理的浓缩液;和 (2)干燥所述经灭菌处理的浓缩液,获得微藻藻粉; 从而生产得到微藻藻粉。
3.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述方法在步骤(I)之前还包括以下步骤: (a)培养微藻的步骤; (b)采收微藻的步骤;和 (C)浓缩微藻以获得微藻浓缩液的步骤。
4.如权利要求1一 3中任一项所述的方法,其特征在于,将微波灭菌设备与干燥设备相连,直接干燥经灭菌处理的浓缩液。
5.如权利要求1一 4中任一项所述的方法,其特征在于,所述微藻选自小球藻、雨生红球藻、螺旋藻、盐藻、拟微绿球藻、裂殖壶藻和寇氏隐甲藻等各种微藻。
6.如权利要求3所述的方法,其特征在于,米用选自光自养、异养、混合营养、异养-光自养串联培养、和异养-稀释-光诱导串联培养的方式所培养出的微藻。
7.如权利要求1一 6中任一项所述的方法,其特征在于,微藻浓缩液采用选过滤、自絮凝分离、电絮凝、磁絮凝和磁分离、离心分离、膜过滤、气浮分离、泡沫分离、沉降、过滤和疏水吸附的方法获得。
8.如权利要求1一 7中任一项所述的方法,其特征在于,设置微波杀菌装置的微波频率在2450MHZ 土 200HZ,微波处理的时间为1_20分钟,处理后微藻浓缩液的温度在60-105 °C之间。
9.如权利要求1一 8中任一项所述的方法,其特征在于,微波灭菌前微藻浓缩液的固含量为 1% -50% ο
10.如权利要求1一 9中任一项所述的方法,其特征在于,微波设备与喷雾干燥塔相连,喷雾干燥过程设置进风温度为150-230°C ;出风温度为65-85°C。
【文档编号】A23L1/025GK103989031SQ201410253295
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年6月9日 优先权日:2014年6月9日
【发明者】李元广, 张 林, 孙炳耀, 沈国敏, 王军, 潘荣华, 徐新华, 范建华 申请人:嘉兴泽元生物制品有限责任公司

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