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三種生物防腐劑聯(lián)合處理對龍眼汁抑菌效果的研究

文檔作者：方田田余小林胡卓炎趙雷陳穎聰文檔來源：華南農(nóng)業(yè)大學食品學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年06月30日
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上一篇：色譜分析法應用在食品添加劑檢測中探討

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第6 卷第 3 期食 品安全質(zhì)量檢測學報Vol. 6 No. 3
2015 年3 月Journal of Food Safety and Quality Mar. , 2015
基金項目: 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系建設專項資金資助項目(nycytx-32-07)
Fund: Supported by the Modern Agricultural Technology System Construction Projects Funded Projects (nycytx-32-07)
*通訊作者: 余小林, 教授, 主要研究方向為食品加工工藝。E-mail: yuxiaolin2002@163.com
*Corresponding author: YU Xiao-Lin, Professor, South China Agricultural University, No.483, Wushan Road, Tianhe District, Guangzhou
510642, China. E-mail: yuxiaolin2002@163.com
三種生物防腐劑聯(lián)合處理對龍眼汁抑菌效果的研究
方田田, 余小林*, 胡卓炎, 趙雷, 陳穎聰
(華南農(nóng)業(yè)大學食品學院, 廣州 510642)
摘 要: 目的研究納他霉素、乳酸鏈球菌素和溶菌酶三種生物防腐劑對龍眼汁抑菌效果的影響。方法設計
兩兩復配和響應面實驗, 以菌落總數(shù)為指標, 觀察貯藏期間內(nèi)的抑菌率變化, 得出最優(yōu)抑菌組, 并測定最優(yōu)組
的一些理化指標。結(jié)果 由兩兩復配實驗得出, 當添加總濃度為200 mg/kg, 納他霉素:溶菌酶=3:7、Nisin:
溶菌酶=5:5、Nisin:納他霉素=9:1 時的抑菌效果明顯; 響應面實驗結(jié)果顯示三種生物防腐劑濃度均為225
mg/kg 時的抑菌效果最好, 最大抑菌率為84.2%。結(jié)論三種生物防腐劑復配后添加于龍眼汁中, 能顯著提高
抑菌率, 延長保存期, 同時可在一定程度減緩Vc 含量、總酸含量和色差的變化。
關鍵詞: 龍眼汁; 納他霉素; 乳酸鏈球菌素; 溶菌酶; 抑菌效果
Antimicrobial effects of combined treatments of 3 kinds of biological
preservatives on Longan juice
FANG Tian-Tian, YU Xiao-Lin*, HU Zhuo-Yan, ZHAO Lei, CHEN Ying-Cong
(College of Food Science South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)
ABSTRACT: Objective To research the inhibitory effect of natamycin, Nisin and lysozyme on Longan juice.
Methods Through compound experiments and response surface experiments, with the total number of colonies
as index, the optimal antimicrobial group was obtained based on the inhibition rate observed in the duration of
storage. Some related physicochemical quotas of the optimal antimicrobial group were determined as well.
Results Among the results of compound experiments, with the total concentration of 200 mg/kg, the
antibacterial effect was obvious when Natamycin: lysozyme = 3:7, Nisin: lysozyme = 5:5 or Nisin: Natamycin =
9:1. Response surface experimental results showed that the inhibitory effect was the best when the concentration
of 3 kinds of biological preservatives was all 225 mg/kg, and the inhibitory rate was 84.2%. Conclusion The
combined use of 3 kinds of biological preservatives can significantly improve the inhibitory rate, prolong the shelf
life, and also slow down the change of Vc content, total acid content and the chromatic aberration in some degree.
KEY WORDS: Longan juice; natamycin; Nisin; lysozyme; inhibition effect
1 引 言
隨著生活水平的不斷提高, 人們對食品的要求
越來越高, 更傾向于選擇新鮮、富有營養(yǎng)、色香味俱
全的食品, 安全、新鮮、營養(yǎng)、方便的果蔬汁在飲料
市場上越來越受到人們的青睞[1]。殺菌是果蔬汁加
第3 期方田田, 等: 三種生物防腐劑聯(lián)合處理對龍眼汁抑菌效果的研究 763
工、生產(chǎn)中的關鍵技術, 其目的是殺死微生物、鈍化
酶活性等, 但傳統(tǒng)的熱殺菌技術不可避免地會使果
蔬汁的營養(yǎng)品質(zhì)受到不同程度的影響。為滿足消費者
的要求。近年來果蔬汁的非熱殺菌技術倍受關注, 主
要包括超聲殺菌、超高壓殺菌、脈沖電場殺菌、脈沖
光殺菌、紫外光殺菌、輻射殺菌和防腐劑殺菌等[2,3]。
另一方面, 將高效、安全、性能穩(wěn)定和經(jīng)濟的生物防
腐劑應用于果蔬汁等食品的保藏也成為了國內(nèi)外研
究的熱點[4-6]。目前常用的生物防腐劑有納他霉素、
溶菌酶、乳酸鏈球菌素(Nisin), 除單一使用外, 根據(jù)
需要進行復配可起到防腐性能上協(xié)同增效、擴大抑菌
范圍、提高防腐效果的作用。
龍眼是亞熱帶特色水果之一, 果肉味美香甜,
風味獨特, 富含碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、粗纖維、
Vc 等多種成分, 具有很高的營養(yǎng)價值和藥用價值[7]。
龍眼的采收季節(jié)較集中, 除鮮食外的加工品主要是
龍眼干(桂圓肉)。龍眼果汁飲料的生產(chǎn)量不大, 其原
因之一是加熱殺菌后的龍眼果汁風味劣變較明顯。目
前國內(nèi)外對果汁的冷殺菌技術研究有較多報道[8], 但
尚未見關于生物防腐劑應用于龍眼汁保鮮的研究報
道。本文以龍眼汁為主要原料, 選取納他霉素、溶菌
酶、Nisin 三種生物防腐劑, 通過兩兩復配和響應面
實驗, 研究其不同配比對龍眼汁短期保藏的效果, 以
期提供一種新鮮龍眼汁短期貯藏的方法。
2 材料與方法
2.1 材料與試劑
龍眼(廣州華南農(nóng)業(yè)大學校內(nèi)市場); 納他霉素
(北京東方瑞德生物技術有限公司); 溶菌酶(上海伯
奧生物科技有限公司, 酶活力＞10000 U/g); Nisin(浙
江新銀象生物工程有限公司, 酶活力＞1200 U/g);
平板計數(shù)瓊脂(廣東省環(huán)凱微生物科技有限公司);
2,6-二氯靛酚鈉(分析純, 上海賽諾化工有限公司);
抗壞血酸、氫氧化鈉、草酸(分析純, 國藥集團化學
試劑有限公司); 3,5-二硝基水楊酸(分析純, 上海潤捷
化工有限公司)。
2.2 儀器與設備
超凈工作臺(SW-CJ-1FD, 蘇州安泰空氣技術有
限公司); 溫度梯度恒溫箱(MTI-201B, 日本Eyela 公
司); 手提式不銹鋼壓力蒸汽滅菌鍋(SYQ-DSX-280B,
上海申安醫(yī)療器械廠); 雙層恒溫振蕩器(ZWY-A2102C,
上海智城分析儀器制造有限公司); 色差計(CM-3500d,
日本美能達公司); 電熱恒溫水浴鍋(DK-SD, 上海一
恒科技有限公司)。
2.3 實驗設計
2.3.1 樣品前處理
將新鮮龍眼清洗干凈后去皮、去核、榨汁、過濾,
所得龍眼汁立即在無菌操作臺中分別加入一定量的
防腐劑, 攪拌均勻, 快速分裝于滅菌后的100 mL 帶
蓋 PET 瓶中, 并置于1 ℃冰箱內(nèi)冷藏。每隔7 d 分別
取樣, 進行菌落總數(shù)和理化品質(zhì)的分析。
2.3.2 兩兩復配實驗設計
由前期單因素實驗結(jié)果得出, 納他霉素、溶菌
酶、Nisin 濃度各自為200 mg/kg 時的抑菌效果最好,
抑菌率分別達到33.1%、45.7%、40.1%。因此, 設定
復配后每個實驗組的總濃度為200 mg/kg, 將納他霉
素、溶菌酶及Nisin 按照1:9、3:7、5:5、7:3、9:1 的
比例兩兩復配。以未添加防腐劑組為對照, 分別測定
各龍眼汁在1 ℃冷藏期間的菌落總數(shù), 通過比較抑
菌率大小得出兩兩復配最佳比例。
2.3.3 響應面實驗設計
由前期單因素實驗結(jié)果得出 200 mg/kg 濃度為
基準, 采用Design Expert 8.05 實驗設計軟件, 利用響
應面中Box-Behnken designs(BBD)設計納他霉素、溶
菌酶、Nisin 三者復配的三因素三水平中心組合實驗,
進行三種生物制劑添加濃度的條件優(yōu)化, 實驗方案
見表1。
表 1 響應面優(yōu)化實驗因素水平
Table 1 Factor level of response surface optimization
experiments
因素
水平
-1 0 1
A 納他霉素濃度(mg/kg) 200 225 250
B 溶菌酶濃度(mg/kg) 200 225 250
C Nisin 濃度(mg/kg) 200 225 250
2.4 分析方法
2.4.1 菌落總數(shù)的測定
按國標 GB4789.2-2010 方法[9]檢測菌落總數(shù), 根
據(jù)對照組與處理組的菌落總數(shù), 按下式計算抑菌率:
W=(C0-C)/ C0×100%。
式中, W: 抑菌率, %; C0: 未處理龍眼汁菌落總數(shù),
764 食品安全質(zhì)量檢測學報第 6 卷
CFU/mL; C: 處理后龍眼汁菌落總數(shù), CFU/mL。
2.4.2 龍眼汁品質(zhì)指標的測定
Vc 測定按照GB6195-1986(2,6－二氯靛酚滴定
法)[10]; 總酸測定采用酸堿中和滴定法[11]; 總糖和還
原糖按照參考文獻的方法測定[12]; 色澤的測定方法
為: 取龍眼汁10 mL 于專用的測色皿中, 用美能達色
差儀測定⊿E、L、a、b 值。
2.4.3 數(shù)據(jù)處理與分析
以上各指標測定均為 3 個平行, 分別取其平均值,
采用Origin 75 和SPSS(statistical product and service
solutions)19.0 對數(shù)據(jù)進行分析。
3 結(jié)果與分析
3.1 三種生物防腐劑不同比例兩兩復配實驗的
結(jié)果
三種生物防腐劑不同比例兩兩復配對龍眼汁菌
落總數(shù)的抑菌效果見圖1~圖3。由圖1 可知, 納他霉
素與溶菌酶兩兩復配的五組均在貯藏第15 d 時抑菌
率達到最大值, 之后隨著貯藏時間延長, 抑菌率降
低。納他霉素:溶菌酶=1:9 時的抑菌效果最差; 納他
霉素:溶菌酶=3:7 時的抑菌率高于其余處理組, 在貯
藏第15 d 時的抑菌率最大值為94.5%。
圖1 納他霉素與溶菌酶不同比例兩兩復配對龍眼汁菌落
總數(shù)抑菌率的影響
Fig. 1 Effect of natamycin with different proportions of
lysozyme on the total number of colonies inhibitory
rate in Longan juice
由圖 2 可知, Nisin:溶菌酶=5:5 的抑菌效果最好,
抑菌率保持在80%以上, 且在貯藏后期的抑菌率下
降幅度不大; Nisin:溶菌酶=1:9 的抑菌效果較差。
圖 2 Nisin 與溶菌酶兩兩復配對龍眼汁菌落總數(shù)抑菌率的
影響
Fig. 2 Effect of Nisin with different proportions of
lysozyme on the total number of colonies inhibitory
rate in Longan juice
圖 3 表明, Nisin:納他霉素=9:1 時的抑菌率可保持在
85%以上, 其次是7:3 組, 1:9 組的抑菌效果相對最差。
圖 3 Nisin 與納他霉素兩兩復配對龍眼汁菌落總數(shù)抑菌率
的影響
Fig. 3 Effect of Nisin with different proportions of
natamycin on the total number of colonies inhibitory
rate in Longan juice
3.2 響應面實驗結(jié)果
3.2.1 回歸模型的建立及顯著性檢驗
根據(jù) 2.3.3 設計方案進行實驗, 結(jié)果如表2 所示。
在納他霉素、Nisin、溶菌酶濃度均為225 mg/kg 時, 抑
菌率達到最大值83.8%, 在納他霉素濃度為225
mg/kg、Nisin 濃度為250 mg/kg、溶菌酶濃度為250
mg/kg 時, 抑菌率達到最小值30.1%。
第3 期方田田, 等: 三種生物防腐劑聯(lián)合處理對龍眼汁抑菌效果的研究 765
表 2 響應面優(yōu)化實驗因素水平及結(jié)果
Table 2 Factor level and results of response surface
optimization experiments
實驗號
因素及水平
抑菌率(%)
A B C
1 1 1 1 57.2
2 -1 0 -1 70.5
3 -1 1 0 34.4
4 0 0 0 80.3
5 0 0 0 83.8
6 0 0 0 82.3
7 1 -1 0 47.0
8 0 1 -1 61.9
9 0 0 0 81.0
10 0 1 1 30.1
11 1 0 1 52.8
12 0 1 1 51.9
13 -1 -1 0 50.3
14 -1 0 1 44.8
15 0 -1 -1 59.0
16 1 0 -1 66.7
17 0 0 0 73.9
采用多元回歸分析擬合試驗結(jié)果, 得到以龍眼
汁抑菌率Y 為目標函數(shù)的二次回歸模型:
Y=+80.29+2.96A-3.07B-9.81C+6.52AB+2.96AC-6
.19BC-12.54A2-20.52B2-9.04C2
本實驗共有 17 組, 其中有5 組零點中心實驗,
用來估計實驗誤差。由表3 的方差分析可知, 回歸方
程模型極顯著(P＜0.01), 方程的失擬項不顯著(P＞
0.05), 且R2=0.9755, RAdj=0.9439, 表明該回歸模型與
實際值有較好的擬合?；貧w方程的方差分析也表明,
對抑菌率作用極顯著項是C、AB、BC、A2、B2、C2。
模型系數(shù)P 值檢驗表明一次項、交互項、平方項均
對響應值有相當大的影響, 各個具體實驗因素對響
應值不是簡單的線性關系。由F 值大小可以判斷, 在
所選范圍內(nèi), 各因素對結(jié)果的影響排序為溶菌酶濃
度＞Nisin 濃度＞納他霉素濃度。
3.2.2 因素間的交互影響分析
基于回歸分析結(jié)果作出 3D 曲面如圖4, 圖4 形
象、直觀地展示了三種因素兩兩交互作用對響應值的
影響。隨著納他霉素和Nisin 濃度的增大, 抑菌率呈現(xiàn)
先增大后減小的趨勢, 且同時在濃度為225 mg/kg 時,
抑菌率達到最大, 隨著溶菌酶濃度的增大, 抑菌率呈現(xiàn)
下降趨勢。其中納他霉素和Nisin、Nisin 與溶菌酶交互
作用顯著, 納他霉素與Nisin 交互作用不顯著。
表 3 方差分析
Table 3 Analysis of variance
方差來源平方和 自由度 均方 F 值P 值
模型 4331.61 9 481.29 30.91 ＜0.001 顯著
A 169.85 1 70.30 4.52 0.0712
B 75.58 1 75.58 4.85 0.0634
C 769.69 1 769.69 49.44 0.0002
AB 169.85 1 169.85 10.91 0.0131
AC 35.15 1 35.15 2.26 0.1766
BC 153.19 1 153.19 9.84 0.0165
A2 662.30 1 662.30 42.54 0.0003
B2 1772.92 1 1772.92 113.87 ＜0.0001
C2 344.44 1 344.44 22.12 0.0022
殘差108.99 7 15.57
失擬項51.52 3 17.17 1.20 0.4179 不顯著
純誤差 57.46 4 14.37
總誤差4440.60 16 R2=0.9755 RAdj=0.9439
766 食品安全質(zhì)量檢測學報第 6 卷
圖4 不同因素兩兩交互作用對抑菌效果影響的響應曲面分析
Fig. 4 Response surface analysis of pairwise interaction of different factors influence on the inhibitory effect
由 Design-Expert 8.0.6 軟件對實驗結(jié)果進行分析
處理, 得出龍眼汁抑菌率的最優(yōu)條件為: 三種生物防
腐劑的濃度均為225 mg/kg 時, 模型預測的最大抑菌
率為83.8%。在此最優(yōu)條件下進行3 次平行驗證實驗,
得到的驗證值為84.2%, 與理論值相對誤差為
0.475%, 沒有顯著差異, 表明模型能很好地預測此
條件下對龍眼汁的實際抑菌率。
3.3 生物制劑聯(lián)合處理對龍眼汁品質(zhì)的影響
為考察生物制劑處理對龍眼汁營養(yǎng)成分的影響,
測定了對照組、兩兩復配優(yōu)化、響應曲面優(yōu)化處理后
龍眼汁在1 ℃放置28 d 的Vc、總酸、還原糖以及色
差值, 結(jié)果見表4, 并將前期所做單因素實驗的最優(yōu)
組結(jié)果放于表4 中進行對比。由表4 可知, X2、X3、
X4 組的處理抑菌率達到85%左右, X1 組抑菌率為
45.8%, 均高于對照組和單因素實驗最優(yōu)組。四個復
配組的Vc 含量均高于對照組; 各組的還原糖含量差
異不大; 色差值⊿E, L 均高于對照組, 視覺上可觀察
到四個復配組的果汁均比對照組澄清。結(jié)果表明幾種
不同的天然防腐劑復配處理能有效地保持龍眼汁的
營養(yǎng)品質(zhì)和果汁原有色澤。
第3 期方田田, 等: 三種生物防腐劑聯(lián)合處理對龍眼汁抑菌效果的研究 767
表 4 不同復配處理對龍眼汁品質(zhì)影響
Table 4 The effect of different complex processing in Longan juice
指標
對照及單獨使用組復配方式
對照組
納他霉素最
優(yōu)組
Nisin
最優(yōu)組
溶菌酶最優(yōu)組
納他霉素:溶菌酶
3:7(X1)
Nisin:溶菌酶
5:5(X2)
Nisin:納他霉素
9:1(X3)
響應面優(yōu)化組
(X4)
抑菌率(%) 0 33.1±0.67 45.7±0.34 40.1±0.87 45.8±0.56 84.1±0.72 86.9±0.53 84.2±0.78
Vc(mg/100 g) 6.89±0.03 7.31±0.04 7.89±0.01 8.32±0.05 10.33±0.04 7.27±0.08 5.36±0.07 11.22±0.09
總酸(%) 0.439±0.004 0.345±0.005 0.312±0.002 0.289±0.013 0.218±0.007 0.128±0.002 0.165±0.014 0.117±0.002
還原糖(mg/100 g) 25.51±0. 25 25.34±0. 31 24.87±0. 20 24.65±0. 23 25.71±0. 28 23.14±0. 31 25.62±0.34 24.57±0.32
⊿E 56.24±0.18 61.78±0.09 62.67±0.01 62.88±0.02 63.82±0.09 66.24±0.10 67.04±0.12 67.12±0.13
L 30.86±0.27 31.67±0.12 31.78±0.15 31.36±0.11 35.64±0.26 32.74±0.29 31.76±0.31 33.02±0.23
A -0.74±0.03 -0.87±0.05 -0.83±0.02 -0.79±0.01 -0.85±0.03 -0.66±0.03 -0.56±0.04 -0.67±0.03
B -2.69±0.014 -2.73 -2.83 -2.84 -2.86 -3.24 -2.8 -3.07
由表 4 可知, 通過三組兩兩復配實驗(X2、X3、
X4)得出最優(yōu)抑菌率分別為45.8%、84.6%、86.9%, 通
過響應面實驗得出最優(yōu)組的抑菌率為84.2%, 雖然略
低于兩組兩兩復配, 但明顯高于三組單因素最優(yōu)組
(抑菌率分別為33.1%、45.7%、40.1%)和一組兩兩復
配(45.8%)。本文為探究性實驗, 兩兩復配和響應面實
驗之間沒有必然的聯(lián)系, 分別研究各組不同復配對
龍眼汁的抑菌效果和品質(zhì)保持效果, 在此基礎上, 可
以考慮聯(lián)合其他殺菌方式進一步殺菌, 再結(jié)合經(jīng)濟
因素等, 為投入實際生產(chǎn)提供依據(jù)。
4 討 論
納他霉素的抑菌機制是通過與真菌細胞質(zhì)膜上
的甾醇分子結(jié)合, 破壞細胞質(zhì)膜的滲透性, 引起菌內(nèi)
氨基酸、電解質(zhì)等重要物質(zhì)滲出而死亡[13]; Nisin 主要
抑制革蘭氏陽性菌, 特別是對產(chǎn)生孢子的細菌有很
強的抑制作用[14]; 溶菌酶通常對革蘭氏陽性菌的溶
菌作用非常有效, 但對革蘭氏陰性菌則無效或效果
很差[15]。三種生物防腐劑抑菌機制不同, 抑菌范圍和
效果也有所不同。研究發(fā)現(xiàn)三種生物防腐劑復配后的
抑菌效果明顯高于同濃度任一種單獨使用的效果,
分析認為是通過復配, 將破壞細胞膜作用和溶菌作
用相結(jié)合, 擴大了抑菌范圍, 因而起到抑菌的增效作
用。但是另一方面, 在龍眼汁貯藏期間的抑菌效果并
沒有隨著防腐劑添加量的增加和貯藏時間的延長而
增大, 而是在一定濃度一定貯藏時間內(nèi)的抑菌效果
最佳, 這可能因為防腐劑本身有一定的局限性。相比
較而言, Nisin 的抑菌作用要大于納他霉素和溶菌酶,
因此, Nisin 分別與溶菌酶和納他霉素復配后的抑菌
效果優(yōu)于納他霉素與溶菌酶復配, 又以Nisin:納他霉
素=9:1 比例復配時的效果最好。
本研究還表明, 兩兩復配和響應面最優(yōu)組的龍
眼汁在貯藏結(jié)束28 d 時的細菌總數(shù)為7.1×106
CFU/mL、5.6×106 CFU/mL, 分別是對照組的86.9%
和84.2%, 說明生物防腐劑兩兩復配和響應面處理組
具有一定抑菌效果, 但盡管如此, 各處理組的細菌總
數(shù)均超過了《果、蔬汁飲料衛(wèi)生標準》[16]中菌落總
數(shù)＜500 CFU/mL 的標準要求。此結(jié)果說明僅采用添
加生物防腐劑的辦法作用有限, 龍眼汁在貯藏期間,
微生物仍處于可生長繁殖狀態(tài), 生物防腐劑僅能延
緩其生長速度, 不能完全將其殺死, 到貯藏后期隨著
微生物數(shù)量的增加, 這種延緩作用就越來越弱。因此,
為使無加熱處理龍眼汁進一步提高貯藏期, 必須與
其他冷殺菌技術相結(jié)合, 如超聲波處理加生物防腐
劑、脈沖電場處理加生物防腐劑等, 相關研究有待于
今后進一步深入進行。
5 結(jié) 論
(1)三種生物防腐劑兩兩復配適宜比例為: 納他
霉素:溶菌酶=3:7、Nisin:溶菌酶=5:5、Nisin:納他霉素
=9:1; 處理后龍眼汁在1 ℃貯藏29 d 時的抑菌率分別
為45.8%、84.6%、86.9%。
(2)通過響應面優(yōu)化實驗得到的復配優(yōu)化濃度為:
納他霉素、Nisin、溶菌酶的濃度均為225 mg/kg, 模
768 食品安全質(zhì)量檢測學報第 6 卷
型預測的最大抑菌率為 83.8%, 驗證值為84.2%。
(3)三種生物防腐劑復配后能延緩龍眼汁的Vc
含量、總酸含量和色差的變化, 起到維持龍眼汁品質(zhì)
的作用。
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(責任編輯: 楊翠娜)
作者簡介
方田田, 碩士研究生, 主要研究方向
為果蔬食品加工工藝。
E-mail: anyangfangtian@163.com
余小林, 碩士, 教授, 主要研究方向為
園藝產(chǎn)品加工與貯藏。

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