射频对辣椒粉杀菌动力学与品质影响的机理研究

Many food-borne outbreaks have been associated with low-moisture foods because of the presence of pathogens. Those pathogens are able to survive for long time even in low moisture environment, they can grow very fast and result in food-borne illness when outside environment changes, such as humidity or temperature. Therefore, it is necessary to control the pathogens inside the low-moisture foods. Unfortunately, so far there is no effective pasteurization method to control pathogens inside the low-moisture foods. Paprika powder (Capsicum annuum), one of the typical spices, is chosen as an example of low-moisture foods in this project, and radio frequency (RF) energy is proposed to inactivate mostly concerned pathogens (Salmonella spp. and Bacillus cereus) inside the paprika powder. The influence of the initial water activity of paprika powder on RF pasteurization process will be studied, and the kinetics studies will be conducted and the associated kinetics model will be developed for RF pasteurization of paprika powder to explain the mechanism of RF pasteurization. Meanwhile, the influence of RF pasteurization treatment on the quality changes of paprika powder will be investigated, the changes in the major components and bioactive compounds of paprika powder will be analyzed, the mechanism of quality changes after RF pasteurization treatment will be interpreted, and the theoretical basis and technology support for the application of RF pasteurization technology in low-moisture foods will be obtained. It is expected that this study will build the theoretical basis for RF pasteurization of low-moisture foods that are critical for the scientific research and industry application of RF pasteurization of paprika powder.

全球许多食品安全问题是由低水分食品中的致病菌残留造成，这些致病菌往往可以在低水分食品中长期存活，一旦外界环境发生变化，就会迅速大量迅速繁殖并造成食物中毒，因此对低水分食品进行杀菌显得十分必要。但目前还没有一种有效的针对低水分食品的杀菌方法。本项目选取具有代表性的低水分调味品——辣椒粉为对象，进行射频杀灭辣椒粉中致病菌（沙门氏菌和蜡样芽孢杆菌）的机理研究。重点研究物料不同初始水分活度对杀菌效果的影响，明确射频对辣椒粉进行杀菌的机理，构建射频杀菌动力学模型，为低水分物料的射频杀菌技术奠定理论基础；并研究射频杀菌处理对辣椒粉品质变化的影响，分析辣椒粉射频处理前后主要营养成分含量的变化，阐明射频处理对辣椒粉品质的影响机理，为射频杀菌技术在低水分调味品中的应用提供理论基础和技术支撑。本项目的研究成果将对建立产业化的辣椒粉射频杀菌新技术起到极其重要的科学研究意义和实际应用价值。

目前世界范围内的很多食品安全问题都是由低水分食品中致病菌残留所造成，低水分食品的杀菌问题已成为国内外研究的一个焦点问题，目前还没有一种针对低水分食品的有效杀菌方法和技术。本项目围绕这一科学问题和技术难题，以低水分调味品——辣椒粉为研究对象，主要针对易感染的沙门氏菌和蜡样芽胞杆菌来进行研究，探讨新型射频加热技术在辣椒粉杀菌上的效果，并重点研究辣椒粉不同初始水分活度对射频杀菌效果的影响，并建立相应的动力学模型；此外，研究射频杀菌处理对辣椒粉品质和营养成分的影响规律。本项目的研究结果表明，辣椒粉的初始水分活度对射频杀菌效果具有显著影响，在本项目研究的水分活度范围内（0.56-0.74），射频处理对蜡样芽胞杆菌芽孢的杀菌效果随水分活度的增加而增强；但是对于鼠伤寒沙门氏菌来说，射频杀菌的效果随着水分活度的增加呈现先增加后降低的趋势，当水分活度为0.71时，射频杀菌效果最为明显，射频加热辣椒粉到70°C（升温时间110 s）并保持60 s，可以使辣椒粉中的鼠伤寒沙门氏菌数量降低5个对数级。通过动力学分析发现Weibull模型可以较好的预测沙门氏菌和蜡样芽胞杆菌芽孢在射频加热处理下的致死情况。射频处理后辣椒粉颜色略变暗，维生素C含量有所下降，但是与传统热处理相比，射频杀菌处理对辣椒粉颜色和维C的破坏都较小。射频处理后辣椒粉中维生素C含量和色度（dE）都满足一级动力学反应，其反应活化能（Ea）分别为100 kJ/mol和151 kJ/mol；z值分别为23.8℃和15.7℃。此外，研究还表明射频杀菌处理对辣椒粉中辣椒素类物质含量及辣度没有显著影响，且不受物料初始水分活度的影响，这表明射频杀菌处理可以较好的保持辣椒粉的辣度。通过本项目的研究，阐明了辣椒粉初始水分活度对射频杀菌效果的影响机理，明确了射频杀菌处理对辣椒粉品质的影响规律，为射频杀菌技术在低水分调味品中的应用提供理论基础和技术支撑。