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从实验室到冷链:次氯酸水保鲜的科学验证

万籁股份与内蒙古农业大学食品科学与工程学院,用 3 篇论文和 1 项发明专利,回答次氯酸水在冷鲜肉和鲜切菜上能不能用、怎么用。

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内蒙古农业大学食品科学与工程学院授予上海万籁的实习实训基地牌匾,2021.06.08—2024.06.07
12秒
50 mg/L 完全杀灭两种腐败菌
25天
鲜切莴笋货架期(对照约 5 天)
3篇
公开发表论文
1项
授权发明专利

案例摘要

2019年起,上海万籁环保科技股份有限公司与内蒙古农业大学食品科学与工程学院合作,研究非电解微酸性次氯酸水在冷鲜肉和鲜切蔬菜保鲜中的作用。实验室条件下,有效氯 50 mg/L 处理 12 秒可完全杀灭两种冷鲜肉优势腐败菌;15℃、50 mg/L 震荡浸泡 5 分钟可将鲜切莴笋货架期由约 5 天延长至 25 天。成果发表为《Foods》《食品科学》《现代食品科技》3 篇论文,并获授权发明专利 1 项(ZL 2021 1 0834912.9)。

01一所农业大学,一家次氯酸水企业

冷鲜肉和鲜切菜都怕同一件事:细菌。冷鲜肉在冷藏条件下依然会长出以假单胞菌为代表的嗜冷腐败菌,肉质发软、发黏、出异味;鲜切菜在清洗、去皮、切分时就沾上了菌,切面褐变、组织软化,几天就卖不动了。

传统含氯消毒剂用在食品上,常被诟病浓度偏高、气味重,还可能生成三卤甲烷等消毒副产物。能不能用更低的有效氯浓度、更短的时间,把这两类问题解决掉?

2019 年,万籁股份带着自家的非电解微酸性次氯酸水,与内蒙古农业大学食品科学与工程学院坐到了一起。内蒙古是我国重要的肉、奶、粮生产基地,大量生鲜要经长距离冷链外运,保鲜是实打实的产业问题。

上海万籁环保科技股份有限公司受聘为内蒙古农业大学食品科学与工程学院第一届董事会董事单位的聘书
2021 年 6 月,万籁受聘为学院第一届董事会董事单位(聘期 2021.06.08—2024.06.07)。
  1. 双方围绕非电解微酸性次氯酸水在生鲜食品保鲜中的应用启动产学研合作。
  2. 万籁受聘为学院第一届董事会董事单位,同批授牌实习实训基地。
  3. 万籁申请发明专利「一种猪肉的冷鲜保藏方法」。
  4. 《食品科学》第 44 卷第 7 期刊出乳化剂协同杀菌研究。
  5. 发明专利获国家知识产权局授权,专利号 ZL 2021 1 0834912.9。
  6. SCI 期刊《Foods》第 12 卷刊出杀菌效果与机制研究(文章号 3980)。
  7. 《现代食品科技》第 40 卷第 5 期刊出鲜切莴笋保鲜研究。

02冷鲜肉:12 秒,两种腐败菌全部失活

研究对象是冷鲜肉里最常见的两种优势腐败菌:莓实假单胞菌(Pseudomonas fragi)和荧光假单胞菌(P. fluorescens)。研究人员把有效氯浓度从 10 调到 50 mg/L,作用时间从 0.2 分钟拉到 10 分钟,逐一测试。

不同有效氯浓度与处理时间下两种冷鲜肉腐败菌的平板计数实验图(Foods论文图2、图3)
不同浓度、不同时间处理后的平板计数(《Foods》2023 论文实验图)。

12 秒完全杀灭

初始菌量约 7 log10 CFU/mL 时,有效氯 50 mg/L 处理 12 秒,两种菌全部被杀灭。

1 分钟:5.60 / 5.74

50 mg/L 处理 1 分钟,两种菌的致死对数值分别为 5.60 和 5.74。

规律也很清楚:有效氯浓度越高、初始菌量越低,杀菌效果越好。这为生产上确定浓度和接触时间提供了依据。

四种手段,看清细菌是怎么死的

  1. 扫描电镜处理后菌体细胞膜皱缩、破损,部分破裂。
  2. 胞内物质泄漏K⁺、核酸、蛋白质外泄,OD280 吸光度较对照升高 133.3%。
  3. 红外光谱膜蛋白和结构蛋白构象被破坏,多糖组成改变。
  4. 流式细胞术50 mg/L 处理后 57.9% 的菌体细胞受损死亡,对照组不到 1%。

肉表面有油?加一点乳化剂

冷鲜肉表面的油脂会挡住次氯酸水和细菌的接触。《食品科学》论文的思路是加入 0.02% 的食品级乳化剂酪蛋白酸钠:

  • 冷鲜肉接种实验中,两种腐败菌的致死对数值较单独使用分别提高 55.4% 和 62.7%;
  • 复配液避光封口贮存 20 天,有效氯浓度只下降约 20%,在几种配方中稳定性最好。
微酸性次氯酸水单独及结合0.02%酪蛋白酸钠在冷鲜肉体内的杀菌效果柱状图
单独使用 vs 结合酪蛋白酸钠的致死对数值(《食品科学》2023 论文图)。

03鲜切莴笋:货架期从 5 天到 25 天

第二个方向选了鲜切莴笋。研究先做单因素试验,再做四因素三水平正交试验,找出影响保鲜效果的因素顺序:处理方式>处理时间>有效氯浓度>处理温度。最佳工艺是 15℃ 下,用有效氯 50 mg/L 的非电解微酸性次氯酸水震荡浸泡 5 分钟。

最佳工艺下鲜切莴笋贮藏品质对比(《现代食品科技》2024)
指标对照组最佳工艺处理组
感官品质第 5 天衰老黄化,评分降至 2.0 分第 5 天 9.2 分,第 25 天仍在 5 分以上
菌落总数第 10 天达 6.03 lg CFU/mL前 10 天未检出,第 25 天 0.72 lg CFU/mL
维生素 C第 5 天降至 17.3 mg/100 g,第 15 天腐败无法测定第 25 天仍有 14.5 mg/100 g
丙二醛(MDA)第 10 天达 0.82 nmol/g第 25 天 0.26 nmol/g
货架期约 5 天25 天
鲜切莴笋贮藏期间菌落总数、维生素C含量与丙二醛含量变化曲线
菌落总数、Vc、MDA 随贮藏时间的变化。

包装也要跟上

研究还比较了包装材料:PA/PE 高阻隔复合膜>PE 薄膜>不包装。PA/PE 膜的氧气透过量为 24.0 cm³·m⁻²·d⁻¹,PE 膜高达 6052.0 cm³·m⁻²·d⁻¹。次氯酸水处理加高阻隔包装,保鲜效果更好。

鲜切莴笋研究结论页:最佳保鲜工艺与包装组顺序
研究结论页。

04可查、可溯源的公开成果

全部研究结论都已公开发表或获得授权,可通过 DOI 和专利号自行查询。

类型题目出处
SCI 论文Bactericidal Efficacy and Mechanisms of Non-Electrolytic Slightly Acidic Hypochlorous Water on Pseudomonas fragi and Pseudomonas fluorescens《Foods》2023, 12, 3980;DOI 10.3390/foods12213980
北大核心微酸性次氯酸水结合乳化剂酪蛋白酸钠对冷鲜肉主要腐败菌的杀菌作用《食品科学》2023, 44(7): 74—80;DOI 10.7506/spkx1002-6630-20220616-172
北大核心微酸性次氯酸水对鲜切莴笋的保鲜作用效果《现代食品科技》2024, 40(5): 134—141;DOI 10.13982/j.mfst.1673-9078.2024.5.0343
发明专利一种猪肉的冷鲜保藏方法ZL 2021 1 0834912.9;申请 2021-07-23,授权 2023-10-24;专利权人:上海万籁环保科技股份有限公司

三篇论文均由内蒙古农业大学食品科学与工程学院与上海万籁环保科技股份有限公司共同完成。发明专利的发明人涵盖校企双方研究人员。

合作课题同时用于学院硕士研究生培养,研究生以该课题完成了毕业答辩,科研产出和人才培养同步推进。

发明专利证书:一种猪肉的冷鲜保藏方法,专利号ZL 2021 1 0834912.9,专利权人上海万籁环保科技股份有限公司(发明人信息已做模糊处理)
发明专利证书 ZL 2021 1 0834912.9。

05合作方:学院与通信作者

内蒙古农业大学食品科学与工程学院

学院成立于 1988 年,拥有食品科学与工程一级学科博士学位授权点(2011 年获批)和博士后科研流动站(2019 年获批);食品科学与工程专业为国家级一流本科专业建设点。

董同力嘎 教授

内蒙古农业大学副校长,曾任食品科学与工程学院院长,博士生导师。研究方向为食品保鲜与贮藏、食品包装与贮运、绿色高阻隔包装材料。内蒙古自治区「草原英才」,上海市院士(专家)工作站首席专家。发表论文 190 余篇(SCI 收录 80 余篇),获授权发明专利 9 项。本项目 3 篇论文的通信作者,并参与发明专利研发。

06从实验数据到生产参数

经研究验证的工艺参数
场景参数来源
鲜切蔬菜保鲜有效氯 50 mg/L,15℃,震荡浸泡 5 分钟《现代食品科技》2024
冷鲜肉减菌有效氯 50 mg/L,处理 12 秒至 1 分钟《Foods》2023
油脂表面增效复配 0.02% 酪蛋白酸钠,致死对数值提高 55.4%~62.7%《食品科学》2023
包装协同PA/PE 高阻隔复合膜包装合作研究
即用即取有效氯会随贮存衰减,现用现取
标明条件杀灭数据对应特定菌种、浓度和时间
现场验证水质、温度、有机物负荷会影响效果
油脂增效肉类等油脂表面建议配合乳化剂

在论文之外,万籁另委托第三方对 CELA 消毒剂(有效氯 50 ppm、pH 6.50)做了杀菌检测:对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌、铜绿假单胞菌的杀灭率达 99.999% 以上,对诺如病毒、流感病毒、H1N1 病毒、猫杯状病毒的杀灭率达 99.8% 以上,具体作用时间与方法以检测报告为准。产品可用于屠宰、肉品加工、果蔬加工、水产、蛋品、中央厨房和冷链等食品场景。

相关案例与科普:更多成功案例;CELA 非电解工艺介绍。

常见问题

关于这项产学研合作与次氯酸水食品保鲜研究的常见提问。

万籁股份和内蒙古农业大学合作研究什么?
2019年起,上海万籁环保科技股份有限公司与内蒙古农业大学食品科学与工程学院围绕非电解微酸性次氯酸水在生鲜食品保鲜中的应用开展产学研合作,研究方向为冷鲜肉主要腐败菌控制和鲜切蔬菜保鲜。
合作产出了哪些公开成果?
合作产出3篇公开发表论文和1项授权发明专利:《Foods》2023年第12卷文章号3980(DOI 10.3390/foods12213980);《食品科学》2023年44卷7期74—80页;《现代食品科技》2024年40卷5期134—141页;发明专利“一种猪肉的冷鲜保藏方法”(ZL 2021 1 0834912.9),2023年10月24日授权,专利权人为上海万籁环保科技股份有限公司。
非电解微酸性次氯酸水对冷鲜肉腐败菌的杀菌效果如何?
《Foods》论文在实验室条件下研究了莓实假单胞菌和荧光假单胞菌:初始菌量约7 log10 CFU/mL时,有效氯50 mg/L处理12秒可将两种菌完全杀灭;50 mg/L处理1分钟,两种菌的致死对数值分别为5.60和5.74。
次氯酸水是怎样杀死细菌的?
研究用扫描电镜、胞内物质泄漏、傅里叶红外光谱和流式细胞术交叉验证:处理后菌体细胞膜皱缩破损,OD280吸光度较对照升高133.3%,膜蛋白构象改变;50 mg/L处理后流式细胞术检测到57.9%的菌体细胞受损死亡。
冷鲜肉表面有油脂,次氯酸水还有效吗?
油脂会削弱次氯酸水与菌体的接触。《食品科学》论文加入0.02%食品级乳化剂酪蛋白酸钠复配,冷鲜肉接种实验中两种腐败菌的致死对数值较单独使用分别提高55.4%和62.7%;该混合液避光封口贮存20天,有效氯浓度下降约20%。
鲜切莴笋的最佳保鲜工艺是什么?
《现代食品科技》论文通过单因素和L9(3⁴)正交试验确定:15℃下用有效氯50 mg/L的非电解微酸性次氯酸水震荡浸泡5分钟效果最佳,影响顺序为处理方式>处理时间>有效氯浓度>处理温度。
鲜切莴笋的货架期延长了多少?
最佳工艺处理后,鲜切莴笋货架期由对照组的约5天延长至25天:处理组前10天菌落总数未检出,第25天为0.72 lg CFU/mL,Vc含量仍为14.5 mg/100 g;对照组第5天感官评分已降至2.0分。
包装材料对保鲜有影响吗?
有。研究发现包装对保鲜效果的影响顺序为PA/PE高阻隔复合膜>PE薄膜>不包装,PA/PE膜氧气透过量为24.0 cm³·m⁻²·d⁻¹,与次氯酸水处理配合可进一步提升保鲜表现。
万籁与学院还有哪些合作?
2021年6月,上海万籁受聘为内蒙古农业大学食品科学与工程学院第一届董事会董事单位,聘期2021年6月8日至2024年6月7日;同批被学院授牌为实习实训基地。合作课题也支撑了学院硕士研究生的培养。
这些研究数据可以直接用于生产吗?
论文数据是在特定菌种、有效氯浓度、温度和处理时间下的实验室结论。实际生产中水质、温度、有机物负荷和食品基质都会影响效果,规模化应用前建议结合现场条件验证;次氯酸水有效氯会随贮存衰减,宜即用即取。

为食品加工与冷链提供次氯酸水减菌方案

屠宰、肉品、果蔬、水产与中央厨房,万籁技术团队可结合研究参数和现场条件给出用量建议。

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