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二甲基二碳酸盐

发布日期:2019/11/2 13:16:10

背景及概述[1]

二甲基二碳酸盐(Dimethyl dicarbonate,DMDC)又名维果灵,是我国食品添加剂使用标准中允许使用的一种果汁饮料防腐剂(INS号242)。在常温甚至低温条件下,DMDC 对果汁饮料中的很多污染菌具有较强的杀灭能力,其防腐作用与菌体内关键酶蛋白被 DMDC 修饰失活密切相关。与其他物理杀菌技术相比,使用DMDC 的成本低,操作简便、安全,而且不影响产品的口味、气味和色泽,已经成为新兴非热杀菌技术研究的热点之一。 目前,DMDC在欧美很多国家的碳酸饮料和其他一些菌数少于500CFU/mL的橙汁饮料的杀菌工艺中已普遍使用。

杀菌机理[1]

对 DMDC 杀菌机理方面的研究相对较少。目前,研究人员主要研究了焦碳酸盐类化合物(主要是DMDC和焦碳酸二乙酯)的化学反应特性,发现焦碳酸基团上的碳具有很强的亲电子能力,焦碳酸盐类化合物的反应活性很强,能与多种反应基团(如巯基、羟基、氨基和羧基)发生化学反应。其中,研究人员重点研究了焦碳酸盐类化合物与酶蛋白之间的反应特性。结果表明,在酶蛋白与焦碳酸盐类化合物的反应中,酶蛋白中主要是组氨酸残基中的咪唑基团参与反应,生成甲(或乙)氧甲酰咪唑基团。另外,研究也发现很多酶(如牛脑组织琥珀酸半醛还原酶、核酸水解酶、乙醇脱氢酶等)经焦碳酸盐类化合物修饰后,其酶活性发生显著降低,酶活性下降与酶蛋白中组氨酸的修饰程度具有显著相关性。

近期,我们利用电子显微镜和荧光染色技术比较了 DMDC 处理后大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和酿酒酵母细胞的损伤情况。 结果发现,缓冲液中的上述 3 株菌株经 DMDC 处理后,平板计数发现其已经完全失活,但对 DMDC 处理后的菌体细胞进行 PI(红色):SYTO9(绿色)荧光染色处理后,采用激光共聚焦扫描显微镜观察发现,3 株菌的细胞膜通透性并未发生显著破坏,且电镜观察也未发现微生物细胞形态发生明显变化。

目前,很多研究人员推测 DMDC 的杀菌机制可能与 DMDC 处理后微生物体内关键酶的修饰失活有关。DMDC 对酶修饰的种类和程度等还有待进一步研究。

应用 [1]

DMDC 在果汁中的应用较为广泛,技术也相对成熟。 DMDC在果汁中的杀菌效果受果汁种类和菌种等的影响,且 DMDC 与其他杀菌技术联合使用能够大大提高杀菌效果。 Fisher等研究表明,用 250mg/L DMDC 分别处理的苹果 汁和橙汁在 4℃下贮藏,大肠杆菌O157:H7的数量从107 CFU/mL 减少到不可检测水平,苹果汁需 3 d,而橙汁仅需 2 d。

Lakins 等报道,DMDC 和苯甲酸钠组合处理的苹果汁比单独使用 DMDC 处理的苹果汁到检测不到接种的沙门氏菌(初始值 107 CFU/mL)所需的时间缩短一半。Worobo 等研究表明,菌株和果汁的品种差异,也会影响果汁中微生物对DMDC 的灵敏度。在相同条件下,麦金托什苹果果汁中大肠杆菌O157:H7 的 D 值比红元帅苹果果汁的低很多。而且DMDC 对果汁中同种微生物不同形态的杀菌效果也不相同,在苹果汁中 DMDC 对叶霉病菌子囊孢子的致死浓度比营养细胞高 20 倍左右。Yu 等研究表明,与热处理相比,DMDC 处理的荔枝汁颜色、风味更好,还保留了更多的总酚和抗氧化能力,更好地保证了果汁的品质。

DMDC 最早用作葡萄酒的酵母杀菌剂。 Terrell等研究了DMDC 作为杀菌剂在葡萄汁和葡萄酒中的杀菌效力。 研究表明,作为酵母杀菌剂,DMDC普遍比 SO2 和山梨酸更有效,当葡萄汁中酿酒酵母接种量为 2~200 CFU/mL 时,21℃下添加 0.8 mmol/LDMDC 可以阻止发酵腐败,当贮存温度升高至 31℃时,DMDC 的杀菌效果显著增强。 同样,Morris 等证明了 0.8 mmol/L DMDC 在 31℃下能有效防止葡萄汁腐败,而山梨酸、焦亚硫酸钾或这两者组合只能延迟但不能防止腐败变质。

综合乙醇对 DMDC 的影响,DMDC 在葡萄酒中的杀菌效果更好。 研究表明,在酒精含量 10%和 12%的葡萄酒中 接种 Saccharomyces. cerevisiae 和 S. bayanus(葡萄酒中经常污染的两酵母),接种量为 500 CFU/mL,仅需加入 150mg/L DMDC 即可完全抑制酵母生长。此外,Ough等研究了 SO2 和 DMDC 在葡萄酒中的联合使用效果,表明两者联合使用有加成效果。

软饮料指酒精含量低于 0.5%的天然或人工配制的饮料,其几乎占据大部分饮料市场,与人们的日常生活息息相关。 在软饮料中使用 DMDC 不会与糖、糖醇或人工甜味剂(如糖精、甜蜜素)发生反应,保持了饮料的营养品质;而且 DMDC 快速分解,不对人体产生危害;并能有效杀灭饮料中的污染微生物。 基于上述优点,在德国 DMDC 已被建议用于商业用途,作为人造饮料等软饮料的杀菌剂。

DMDC 不仅用于饮料杀菌,也可以应用于食物的保鲜。 Rash等报道,使用 10000 mg/L DMDC 溶液浸泡甜瓜 3 min 能够有效降低沙门氏菌的数量,且杀菌程度与 DMDC 浓度有关。 研究表明,新鲜辣味酱 经过100 mg/L DMDC 和 1%山 梨酸钾的组合处理后保质期可延长几个星期,在4℃贮藏条件下,新鲜辣味酱的菌落总数和真菌总数在 8 d 的存储期内均下降到不可检测水平。 DMDC 还可以运用到蔬菜等的保鲜中,用 250 mg/L DMDC 对鲜切菜心组织灭菌 10 min, 能有效降低鲜切菜心中的菌数,维持菜心的营养品质;DMDC 在鲜切胡萝卜和大白菜的贮藏中也有很好的杀菌效果。

主要参考资料

 [1]郭换丽,余元善,吴继军,徐玉娟,肖更生,邹波.二甲基二碳酸盐的研究进展及其在食品杀菌中的应用[J].广东农业科学,2015,42(04):71-76.

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