巴氏杀菌法:从葡萄酒发酵之谜到美味鲜奶

时间:2019年03月29日信息来源:科普中国 点击: 收藏此文 【字体:

  我们在超市购买牛奶时,经常会看到包装上写着“巴氏杀菌乳”,给牛奶杀菌是巴氏杀菌法最常见的应用之一,不过它最初被发明的时候可是另有原因的,今天就来一起了解一下吧!

  在1849年的法国,一位名叫路易·巴斯德的青年副教授与教务长的女儿玛丽·罗兰结了婚。他们总共生了五个孩子,但遗憾的是其中三个都因伤寒去世了。不幸的经历让他下定决心扩展研究领域,除了物理和化学,他还要研究医学、微生物学,帮助那些饱受疾病困扰的人们。

  巴氏杀菌法:从葡萄酒发酵之谜到美味鲜奶 

  巴斯德(图片来源:Wikimedia Commons) 

  不过,当他在医学领域有所作为之前,一个来自学生父亲的请求给他的医院研究之路带来了一个小插曲。当时,法国的酒业闻名欧洲,只是有一个问题让酿造厂很头疼:酿造好的酒放置一段时间后会变酸。束手无策的他们找到了当时担任里尔大学化学教授的巴斯德,希望他能帮助他们解开谜题,拯救酿造厂。

  巴斯德随即深入这家甜菜酿酒工厂考察,这段时期系统的观察和实验,让巴斯德获得了自己科研生涯中几个非常重要的发现。他发现在酒变质的过程中,有一个生物化学过程起着关键作用——发酵现象。他通过显微镜观察看到,没有变质的酒液中含有一种圆形的酵母细胞,而变酸的酒液中则含有长条形的乳酸杆菌。酵母能将甜菜汁中的糖分转化为酒精,但如果乳酸杆菌在酒液里大量繁殖,就会让酒变酸。

  搞清楚了酒为什么会变酸之后,巴斯德便开始着手解决问题。既然酒变酸是由乳酸杆菌引起的,那么只要杀死乳酸杆菌,不就可以保证酒的风味了吗?想要杀菌最简单的办法就是煮沸,这是一种历史悠久食物处理法,但如果把酒给煮沸,酒精早就挥发干净了,连酒都不存在的话,还谈什么风味。

  不过巴斯德没有放弃,他进行了一系列的测试,使用各种方法加热酒液,又想出了很多方法来冷却酒液。1862年,他第一次通过加热再冷却的方法成功杀死了乳酸杆菌,他的实验迎来重大进展!

  就在这个时候,巴斯德又收到了来自拿破仑三世新的委托——解决葡萄酒变酸的麻烦,挽救因这一问题而濒临破产的英法葡萄酒贸易。后来反复的实验中,巴斯德终于发现杀死乳酸杆菌的办法,其实酒并不需要煮沸,只要加热到50℃~60℃就行了,此时酒既不会蒸发,酸味也消失了,甚至口感还会变得更加柔和。

  巴斯德向酿酒厂展示自己的的研究成果后,引来了不少争议,没办法他只好通过实践来证明巴氏杀菌法确实有效,酿酒厂厂主们眼见为实,终于相信了他,然后这种杀菌法就迅速地被酿酒行业采用了。

  虽然人类早就学会了通过加热来更安全地享用食物,但巴斯德是第一个对发酵现象及其解决方案做出科学解释的人。1874年,巴斯德因对发酵现象的研究而获得了科普利奖。

  尽管这种低温杀菌技术已经在酿酒业被证实是确实有效的,但那时还没有人想到把巴氏杀菌法应用到乳制品上,甚至连巴斯德自己也没有,新技术的推广和应用总是艰难的。对于酿酒业来说,巴氏杀菌法更大程度上解决的是口感问题,当应用到乳制品上时,巴氏杀菌法才发挥出了在改善饮食安全上的优势。

  牛奶富含蛋白质和糖分,未经消毒的情况下是沙门氏菌、弧形杆菌、布鲁氏杆菌多种致病菌生长和繁殖的温床,很难想象饮用牛奶这个现在看来再普通不过的行为,在过去曾经引发过多种传染病,甚至有许多婴儿因为饮用牛奶而死亡。

  巴氏杀菌法:从葡萄酒发酵之谜到美味鲜奶 

  巴氏杀菌酸奶(网络图) 

  到了1886年,德国农业化学家弗朗茨·冯·索格利特呼吁将巴氏杀菌法应用于向公众出售的牛奶等其他饮品。在巴氏杀菌法诞生后一个多世纪,人们才开始大规模使用它来给牛奶等饮品杀菌。到了20世纪初,美国和英国规定了牛奶必须经过巴氏杀菌处理。这项诞生于酿酒行业的技术不仅拯救了许多生命,也改变了人们的生活方式,也算是以另一种方式实现了巴斯德治病救人的心愿。

  在牛奶生产过程中使用的巴氏杀菌法与酿酒厂使用的巴氏杀菌法略有不同,它经过调整后专门针对牛奶中的有害菌,换句话说,巴氏杀菌法并不会杀死牛奶中的全部细菌,这也是为什么经过巴氏杀菌的牛奶保质期较短,在放置一段时间后仍旧会变质。不过大家也不用担心,这些”留下来“的细菌基本对人体无害甚至是有益的,我们完全可以放心饮用。

  即便到了今天,就算采用最先进的生产技术,也无法生产出100%天然无菌的牛奶,牛的乳房、挤奶设备上都含有各种微生物,我们仍旧需要依靠各种人工杀菌手段。

  巴氏杀菌法:从葡萄酒发酵之谜到美味鲜奶 

  巴氏杀菌奶的生产过程(图片来源:explainthatstuff.com) 

  目前牛奶加工厂广泛使用的的是高温短时巴氏杀菌法(HTST),在现代工厂中,加热和冷却过程在板式热交换器中进行,通常加热温度为72℃~85℃,15秒~20秒后再进行冷却。一般的巴氏杀菌奶需要冷藏密封保存,以防止细菌再次侵入并减缓细菌的繁殖速度。这种杀菌法不会损害牛奶原本的风味,但保质期仅有一周左右,受到地方性小型乳制品厂欢迎,也就是大家常说的“本地牛奶”。大型奶制品企业经常采用的则是超高温瞬时杀菌技术(UHT),加热温度为135℃~140℃,持续2~4秒,基本可以杀死全部细菌,对口感有一定影响,但可以在常温下密封保存数月。

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  参考资料: 

  1.陈艳.牛奶巴氏杀菌加热系统的建立与应用[J].领导科学论坛,2016,(第Z1期). 

  2.刘欣.巴斯德与微生物学的创立[J].中国医学人文,2016,(第9期). 

  3.https://www.mcgill.ca/oss/article/history-science-science-everywhere-you-asked/who-first-suggested-milk-be-pasteurized-make-it-safer-consumption 

(作者:佚名 编辑:admin)
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