1.叢立生 丹東出入境檢驗檢疫局
2.王鐵龍 中國檢驗檢疫科學研究院
摘 要
本文對新疆番茄醬中分離出的優勢微生物的代表菌枯草芽孢桿菌的耐熱性進行了深入探討；并結合實際運用過程中的要求，提出了最低殺菌值F（93,8.9）=1min，進而從熱致死等效的角度得出了，在達到同樣效果下不同溫度轉化的表格。
關鍵詞：番茄制品，細菌，體系
第一章 緒 論
番茄（Lycopersicum esculentum Mill.），又名西紅柿,是世界各國主要蔬菜之一，在我國大部分地區均有栽培。番茄果實圓整、酸甜多汁，含可溶性糖，有機酸、蛋白質、脂肪、纖維素、礦物質、果膠質等多種營養物質。富含維生素 A、維生素 C，平均 100克鮮果中，含維生素 A0.27mg，維生素 C18.5~25.0mg，此外，果中還含有鈣、鐵、磷、硫、鈉、鉀、鎂等礦物鹽類[1，2]；《新編本草綱目》第三冊中記載番茄中還含有生物堿番茄定（tomatidine）及其甙，蘆丁以及新綠原酸（neochlorogenic acid）及呋喃香豆精（marmesin）等[3]。經過古今醫家對番茄的研究，認為除食用外，還是不可多得的藥用菜果。它性微寒，味甘酸，生津止渴，涼血養肝清熱解毒，治高血壓、壞血病、胃熱、口干舌燥，預防動脈硬化、肝臟病、牙齦出血等[2]。
番茄為一年四季之佳蔬。生吃，細嫩酸甜，風味鮮美；熟食，滋味濃香宜口。可將其烹飪，糖漬，制醬，制罐頭等。由于番茄及其制品的獨特食用、保健及輔助治療的功效，近年來已成為國內部分地區以及西方國家餐桌上不可缺少的佐餐食品。目前，番茄出口多為加工出口。加工番茄專用品種干物質含量很高，主要包括可溶性固形物和類胡蘿卜素等，其制品已成為西方國家人們的膳食結構中不可缺少的部分，消費量極大。據 FAO 統計，全世界每年用于加工的番茄達 3000 多萬噸，產品以番茄醬為主，在全部番茄制品中占 70%~80%，并以平均每年 3%的速度遞增。目前，世界每年番茄醬貿易量為 100 萬~200 萬噸，主要番茄制品生產國分布在北美、地中海沿岸以及南美的部分地區，如美國、法國、希臘、意大利等[4]。
番茄制品屬酸性罐藏食品（pH﹤4.7，Aw＞0.85）[5]。通常情況下，罐藏食品的腐敗變質分為嗜熱菌、嗜溫菌、不產芽孢菌、酵母菌和霉菌引起的腐敗。
就芽孢菌而言，嗜熱脂肪芽孢桿菌、凝結芽孢桿菌是引起罐頭產酸腐敗（產酸不產氣腐敗）的嗜熱菌；枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌和蠟樣芽孢桿菌是引起罐頭產酸腐敗的嗜溫菌；也有少數嗜溫芽孢細菌引起罐頭腐敗變質時伴隨有氣體產生，如多黏芽孢桿菌、浸麻芽孢桿菌；TA 菌（如嗜熱解糖梭菌）是一種分解糖、專性嗜熱、產芽孢的厭氧菌；特別是厭氧的肉毒梭狀芽孢桿菌，在食品中的繁殖能產生肉毒毒素，且毒性很強，因此罐藏食品常常把能否殺死肉毒梭菌的芽孢作為滅菌標準。罐藏食品發生由芽孢桿菌引起的腐敗多是由于殺菌不徹底造成的[6]。
無論是嗜溫耐熱性的或嗜熱性的芽孢桿菌，絕大多數菌種均屬可引起罐裝食品“平酸腐敗”的原因菌。這類細菌之所以能在殺菌后密封良好的罐裝食品中出現，究其原因是罐頭殺菌不足或真空度不足（對需氧性菌種而言）造成的[7]。
而對于非芽孢細菌，一類是腸桿菌，如大腸桿菌、產氣桿菌、變形桿菌等；另一類是球菌，如乳鏈球菌、糞鏈球菌和嗜熱鏈球菌等，它們能分解糖類產酸，并產生氣體造成罐頭脹罐。不產芽孢的細菌耐熱性不如產芽孢細菌，如果罐頭中發現有不產芽孢的細菌，這通常是由于罐頭密封不良，漏氣而造成的，或由于殺菌溫度過低造成的[8]。
在國內，大家從不同方向對番茄制品的工藝有一定的研究，而研究最多的就是關于番茄制品HACCP體系的建立方面，不過對于工藝反面也有一定的研究成果。楊新輝，勵建榮老師的《番茄制品加工工藝研究進展》介紹了不同殺菌方式技術在番茄制品加工的研究情況[9]；閆國宏老師在《論新疆番茄生產中的“過度加熱”》中討論了過度加熱對于番茄制品的影響，但是從另外一個角度提出了對于影響番茄制品品質的一個重要因素，過度的熱力殺菌問題[10]；王強老師在《玻璃瓶裝番茄醬罐頭殺菌條件的討論》集中討論了在保證產品質量安全的基礎上，探索玻璃瓶番茄醬罐頭殺菌工藝條件，縮短殺菌時間，提高班產量為出發點的研究[11]。閆國宏，傅力，肖春芳，崔賓《新疆番茄醬中枯草芽孢桿菌耐熱性的研究》是從熱力殺菌角度對細菌進行了系統的闡述得出了新疆番茄醬中存在的優勢菌枯草芽孢桿菌在稀釋1O倍的番茄醬中的耐熱性值：D108℃=5.75min；D103℃=6.1min；D98℃=6.8min；D93℃=10.2min。Z=6．41℃的結論[12]，對于指導我們以后殺菌公式的制定起到了重要的作用。對于實際系統的對于殺菌工藝方面的研究幾乎沒有。
在國外，在國外，凝結芽孢桿菌通常被用來作為番茄制品熱處理殺菌過程的指示菌(NCA ,1968; York et al. , 1975; Rodrigo et al. ,1990)，多位學者報道過番茄制品中的凝結芽孢桿菌的耐熱性。Youland 和 Stumbo (1953)研究了濕熱處理下凝結芽孢桿菌ATCC8038)的耐熱性[13]；Knock 等人(1959)測定了凝結芽孢桿菌在南非番茄汁中的 D 值[14]；York 等人(1975)測定了凝結芽孢桿菌(ATCC 8038)在番茄汁中耐熱性[15]；Rodrigo 等人(1990)研究了 ATCC 8038 在番茄濃湯濾液和破碎番茄濾液中的耐熱性[16]。A.J.Sandoval 等人[17]（1992）測定了凝結芽孢桿菌在兩倍濃縮番茄醬中的耐熱性，主要結果是：兩倍濃縮番茄醬(23℃，水分活度 = 0.95 ,pH = 4.0 , 30.3°Brix , 70.1% 濕度，酸度 1.30 克/100 克 以檸檬酸計)中凝結芽孢桿菌的耐熱性。對 1.3 x 104個芽孢/毫升液采用了微量注射方法。測得 D90℃= 3.5 分鐘和 z = 9.5℃ 。
總之，國內外對于純粹從熱力殺菌工藝規程角度出發來研究殺菌工藝的基本上很少，所以可以借鑒的實例也是很少，這就需要我們從我們新疆的實際出發來研究探討我們的殺菌工藝，來形成規范指導我們的實際操作。
第三章 番茄制品耐熱菌研究
3.1引起番茄制品罐頭漲罐細菌簡介
B.J.O.Efiuvwevwere 等[18]（1998）分析了尼日利亞市場上銷售的三種番茄醬中的微生物構成，其中番茄醬中占優勢的芽孢菌主要是凝結芽孢桿菌。在國外凝結芽孢桿菌通常被用來作為番茄制品熱處理殺菌過程的指示菌[19](NCA ,1968; York et al. , 1975; Rodrigo et al. ,1990)，多位學者報道過番茄制品中的凝結芽孢桿菌的耐熱性。Youland 和 Stumbo (1953)研究了濕熱處理下凝結芽孢桿菌(ATCC8038)的耐熱性[14]；Knock 等人(1959)測定了凝結芽孢桿菌在南非番茄汁中的 D 值[15]；York 等人(1975)測定了凝結芽孢桿菌(ATCC 8038)在番茄汁中耐熱性[21]；Rodrigo 等人(1990)研究了 ATCC 8038 在番茄濃湯濾液和破碎番茄濾液中的耐熱性[20]。A.J.Sandoval 等人[13]（1992）測定了凝結芽孢桿菌在兩倍濃縮番茄醬中的耐熱性。
新疆番茄醬中優勢菌是嗜溫芽孢桿菌—枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)，黃忠梅等人[22]鑒定了新疆番茄醬中厭氧菌/兼性厭氧菌，枯草芽孢桿菌被檢出；吳海文，黃玲等人都從新疆番茄醬中分離出枯草芽孢桿菌，并把其定為新疆番茄醬中的優勢菌；枯草芽孢桿菌的芽孢能在 100℃沸水內 1h仍可存活，是耐熱性較強的芽孢[7]。
而國外文獻中凝結芽孢桿菌通常被用來作為番茄制品熱處理殺菌過程的指示菌(NCA , 1968; York et al. , 1975; Rodrigo et al. ,1990) 。凝結芽孢桿菌是嗜熱菌而枯草芽孢桿菌是嗜溫菌，通常情況下凝結芽孢桿菌的耐熱性會高于枯草芽孢桿菌，若照搬照用從國外引進的生產設備和殺菌工藝參數等勢必會造成新疆番茄醬生產的“過度加熱”現象[10]，造成產品品質的下降和許多不必要的資源浪費。如：降低了番茄醬成品質量；設備耗能、負荷徒增；縮短了設備清洗周期，增加了設備清洗成本；高設備投資；高環保壓力等。亟需新疆番茄產業加大這方面的研究，從而做好殺菌工藝參數的優化及設備匹配。
3.2引起漲罐細菌熱致死時間與致死率研究
根據前人研究的成果，我們參照閆國宏，傅力，肖春芳，崔賓《新疆番茄醬中枯草芽孢桿菌耐熱性的研究》中對枯草芽孢桿菌在稀釋1O倍的番茄醬中的耐熱性研究得出其耐熱值：D108℃=5.75min；D103℃=6.1min；D98℃=6.8min；D93℃=10.2min。Z=6.41℃的結論[17]。 根據一般的F值與D值的關系可用F=nD來表示，n數是不固定的，隨工廠衛生條件、食品污染微生物種類及其程度而變化，對于酸化產品一般用6D值來殺死嗜熱性芽孢桿菌。如果是按照這樣計算的話，合理的殺菌致死值應該是F=61.2min(其中T=93，Z=6.41)。還有就是在閆國宏老師的《新疆番茄醬中嗜溫微生物的分離鑒定及枯草芽孢桿菌耐熱性的研究中》[23]提到其枯草芽孢的殺菌F值 F(103,6.41) = 97.36 min，這兩組數值與美國FDA的對熱力殺菌的要求。美國 FDA 一般對于酸性食品的要求為 F（93，8.9）=1的要求相距甚遠，主要是由于番茄醬是由大桶醬經過殺菌后包裝的，基本上都已經達到商業無菌了，另外番茄醬的pH值在3.8-4.2之間，一般情況下，芽孢桿菌沒有極強的耐酸能力基本無法存活的。即使像國外一樣熱力殺菌的目標菌群是凝結芽孢桿菌的話，它能夠在pH值4.0或是更酸的介質中生長，但是其最高的生長溫度是54~60℃，所以在高溫條件下是很難生存的。這也是我們常見的過度殺菌或是過度加熱的一個主要的問題。
按照美國FDA和IFTPS對殺菌值的要求F（93，8.9）=1,所以我們只要達到這個要求就可以殺滅上述細菌了，為了更好地理解和掌握在實際殺菌過程的操作，我們需要掌握在產品中心溫度在不同條件下相當于上述殺菌值的一個時間，見下表：
表1
|
其他條件下的1分鐘的殺菌值相當于93℃一分鐘殺菌值的相對系數 |
產品中心溫度 |
其他條件下的1分鐘的殺菌值相當于93℃一分鐘殺菌值的相對系數 |
|
|
100 |
5.995 |
85 |
0.129 |
|
99 |
4.642 |
84 |
0.100 |
|
98 |
3.594 |
83 |
0.077 |
|
97 |
2.783 |
82 |
0.060 |
|
96 |
2.154 |
81 |
0.046 |
|
95 |
1.668 |
80 |
0.036 |
|
94 |
1.292 |
79 |
0.028 |
|
93 |
1.000 |
78 |
0.022 |
|
92 |
0.774 |
77 |
0.017 |
|
91 |
0.599 |
76 |
0.013 |
|
90 |
0.464 |
75 |
0.010 |
|
89 |
0.359 |
74 |
0.008 |
|
88 |
0.278 |
73 |
0.006 |
|
87 |
0.215 |
72 |
0.005 |
|
86 |
0.167 |
71 |
0.004 |
3.3番茄制品罐頭熱加工評價體系建立
熱殺菌后的番茄制品罐頭并不是絕對無菌，而是在罐頭內不含有致病的微生物，但允許罐內殘存某些微生物和芽孢，它們在罐頭的真空、密封等條件下處于休眠狀態，外界微生物難以侵入，番茄制品在正常室溫條件下貯藏和銷售過程中，這些非致病性微生物不活動（不生長、不繁殖），使罐頭番茄制品能夠長期保存不變質，且不會影響人體健康。番茄制品罐頭產品在熱殺菌過程中，必然導致番茄制品表面層具有較高的溫度和較多的熱量積聚，如果受熱部位超過了番茄制品忍受限度，番茄制品品質就會急劇下降，其色、香、味、功能性及營養成分等會遭到不同程度的破壞，經過熱殺菌后番茄制品的新鮮產品失去了原有的新鮮度，甚至還會產生異味，從而影響產品質量。
以殺菌為目的的番茄制品熱殺菌工藝是番茄制品企業食品安全的最核心的關鍵控制點，是番茄制品企業體系運行的基礎，日常檢驗監管的主要內容，熱殺菌工藝的好壞直接關系到番茄制品的質量。為了能夠建立一套適宜的番茄制品熱殺菌工藝，必然需要一套合理、安全的熱殺菌工藝評價體系，綜合以上分析，整個評價體系應該至少包含以下幾個內容:
1.對相關人員進行相關培訓，做到持證上崗。使得重要崗位、關鍵工序崗位人員具有專業的知識，從而能夠勝任本職工作，這樣就做到了“崗位責任制”,使工作規范化。比如殺菌操作工，需要懂得法規對于殺菌鍋的基本要求，懂得操作的基本程序，懂得如何處理應急預案和防護。
2. 對于熱加工設備的評估。首先熱加工設備需要按照SN0400.6-2005[36]和美國FDA 21 CFR 113[37]對設備進行檢查，若發現設備的結構和法規要求的有出入的話，建議進行改造，并且進行記錄。其次對熱加工相關的原件需要專業技術機構定期進行檢測，并有相應記錄。殺菌設備定期檢測能夠及時、準確地掌握其各種性能指標是否滿足番茄制品熱殺菌工藝要求，并掌握設備各種性能指標的變化。比如對熱殺菌設備的系統溫度傳感器及溫度計每年定期行校準，在校準周期內用已校準的水銀溫度計監測，保證設備穩定且經校準，才能使得番茄制品熱殺菌工藝可調可控。
3. 熱加工設備的熱分布檢測。熱分布檢測是番茄制品熱殺菌工藝評價體系的基礎，主要考察熱殺菌設備在番茄制品殺菌過程中產品受熱是否均勻。在進行熱分布檢測時，殺熱菌設備一定要按照正常的生產過程加工產品，對單一空載的熱殺菌設備熱分布檢測是沒有意義的。由于番茄制品熱殺菌過程中對殺菌設備的要求比較高，一般番茄制品企業殺菌設備常年使用，缺乏維護、保養，容易產生安全隱患，推薦番茄制品企業每年對熱殺菌設備進行一次熱分布檢測。
4. 對番茄制品的熱穿透情況進行檢測。熱穿透檢測的目的主要是考察在殺菌過程中番茄制品內部所受傳熱能量是否可以滿足產品的安全性要求，是番茄制品熱殺菌工藝評價體系的重要內容。通過熱穿透試驗記錄番茄制品在殺菌過程中溫度的變化情況，再通過專業軟件，如ELLAB的ValsuiteBasic軟件，計算出產品的殺菌值，又稱F值，是否能夠滿足實際的要求。
5. 對結果的確認，按照設定的殺菌公式、殺菌規程實際生產，檢測番茄制品目標菌群熱致死時間與致死率等參數。殺菌公式并不是生搬硬套所謂的“經驗公式”，而是需要系統地考慮各關鍵因子對殺菌效果的影響，對各種條件綜合考慮，如番茄制品初溫、真空度、罐型、水活度、工廠衛生條件等，特別需要將熱分布檢測結果同番茄制品熱穿透檢測結果進行綜合分析，才能確定合理的升溫、排氣、恒溫的溫度和時間，得出一個適宜的殺菌公式。而且當熱殺菌工藝條件或參數變化時，應重新對熱殺菌設備的熱分布和番茄制品熱穿透情況進行檢測，根據實際情況修正或重新制定殺菌公式、殺菌規程，而不是盲目提高或降低殺菌溫度、時間。通過檢測目標菌群熱致死時間與致死率驗證熱殺菌公式、殺菌規程適宜與否，從而有效評價番茄制品熱殺菌工藝，控制番茄制品食品安全。
6. 設備的維護、保養。良好的保養是設備的良好運行的前提，設備在長期、不同環境中的使用過程中，機械的部件磨損，間隙增大，水垢等增多，影響傳熱，因此良好的保養是設備穩定、可靠運行的必要條件。因此，建立科學的、有效的設備日常管理機制，加大設備日常管理力度，理論與實際相結合，科學合理的制定設備的維護、保養計。簡而言之可以用“清潔、潤滑、緊固、調整、防腐”十字來概括。
隨著番茄制品熱殺菌工藝的改進與提高，熱殺菌工藝條件或參數的不斷變化，對番茄制品熱殺菌工藝的評價不是一勞永逸的，評價體系亦并不是一成不變的，要注重日常監測與評價體系的不斷更新。只有經過嚴格、合理、安全的番茄制品熱殺菌工藝評價，再按照設定的殺菌公式、殺菌規程進行實際生產，才能有效的保證番茄制品的產品質量。
第四章 總結
通過對番茄制品耐熱菌的研究，我們明晰了該細菌的特性，對于我們下一步進行合理熱處理，建立良好操作規范，建立合理的熱加工操作及關鍵限值提供一個有意義的參考。
[1] 張德權，艾啟俊主編.蔬菜深加工新技術. 北京：化學工業出版社，2003：318-320
[2] 于謙林主編.出口創匯蔬菜生產新技術. 北京：中國農業出版社， 2003：24-25
[3] 吳征鎰主編.新編本草綱目. 上海：上海科學技術出版社，1990：291
[4] 閆國宏.論新疆加工番茄醬產業的發展. 罐藏食品 2007 ,63 (1) :24～31
[5] 21 CFR 113, Thermally Processed Low-Acid Foods Package in hermetically Sealed, the U.S. Government Printing Office
[6] 江漢湖主編.食品微生物學.北京：中國農業大學出版社，2002，373-374
[7] 趙貴明主編.食品微生物實驗室工作指南.北京：中國標準出版社，2005，254、282、252、278、256-257、288
[8] 苑禮孝.罐頭食品商業無菌檢驗中的微生物及其特性與培養特征.新疆檢驗檢疫科技，1999（3）：6-16
[9]楊新輝，勵建榮.番茄制品加工工藝研究進展.食品與發酵工業.2010(5):81-83
[10]閆國宏.論新疆番茄醬生產中的“過度加熱”.農產品加工學刊2007（5）：41
[11]王強.玻璃瓶裝番茄醬罐頭殺菌條件的討論.食品工業.2010(6):53-54
[12] 閆國宏，傅力，肖春芳，崔賓.新疆番茄醬中枯草芽孢桿菌耐熱性的研究.科學研究.2008(11):88-89
[13] A.J.Sandoval ,J.A.Barreiro ,and S. Mendoza 1992 . Thermal resistance of Bacillus coagulans in double concentrated tomato paste .J.Food Sci,57(6):1369-1370
[14] Youland, G. and Stumbo, C .1953 . Resistance values reflecting the order of death of spores of Bacillus coagulans subjected to moist heat . Food Technol. 7:286
[15] Knock ,G.,Lambrechts, M., Hunter, R., and Riley , F.R. 1959 .J.Sci. Food gric.10:337. In Hersom,A.C. and Hulland, E.D. 1964. Canned Foods , an Introduction to their Microbiology(Baumgartner) ,5thed .Chem.Pub.Co. Inc.,New York
[16]York,G.,Heil,J.,Marsh, G., Ansa ,A., Merson ,R., Wolcott ,T., and Leonard ,S.1975 .Thermobacteriology of canned whole peeled tomatoes .J.Food Sci,40(4):764
[17] Rodrigo ,M., Martinez , A., Sanchis ,J., Trama , J., and Giner ,V.1990 .Determination of hot-fill-hold-cool process specifications for crushed tomatoes .J. Food Sci .55(4):1029
[18] BJO.Efiuvwevwere et al. Microbiological profile and potential hazards associated with imported and local brands of tomato paste in Nigeria Journal of Applied Microbiology 1998,84,409-416
[19] 黃忠梅,黃玲.番茄醬中厭氧菌/ 兼性厭氧菌的鑒定結果分析.新疆農業科學 2007 ,44 (5) :654 -657
[20] 吳海文,黃玲,傅力.番茄醬中好氧細菌分離方法的研究.新疆農業科學,2006,43(1):63-68
[21] 閆 國 宏 , 傅 力 , 古 麗 娜 孜 . 疑 似 脹 袋 番 茄 醬 中 幾 種 微 生 物 的 檢 測 研 究 . 食 品 科 技2007,194(12);187-189
[22] 李朝偉都能夠.罐頭食品生產加工與安全性管理。國家質檢總局 進出口食品安全局.2001:43
[23] 閆國宏.新疆番茄醬中嗜溫微生物的分離鑒定及枯草芽孢桿菌耐熱性的研究中.碩士畢業論文.2008:44
第一作者簡歷：
姓名：叢立生 性別：男 工作單位：丹東市出入境檢驗檢疫局 職務：食品科科長 研究方向：罐頭等食品企業評審及監管