二甲基二碳酸盐（维果灵）在饮料中的杀菌效果不容小觑

饮料生产时，微生物无处不在，而果汁、糖、增稠剂等是食品腐败菌的理想培养基。通常情况下，非酒精饮料很容易变质，必须选择合适的方法对饮料进行杀菌。

自从巴氏杀菌和罐藏技术发明以来，热力杀菌成为果汁饮料工业中最重要的杀菌技术，其显著提高了产品的质量，延长了产品的货架期。但是热力杀菌技术也存在一些难以克服的缺点，对一些产品特别是热敏性的果汁产品如荔枝汁、西瓜汁等，采用常规的热力杀菌容易导致产品的色、香、味、功能性及营养成分等发生显著的破坏，失去其原有的新鲜度，甚至产生异味，影响产品的质量。

近年来出现的非热加工技术如超高压、高压二氧化碳和高压脉冲电场等可以克服果汁热加工的缺陷，既可使污染微生物灭活，又能确保果汁的品质和新鲜度，但是目前一些商业化的非热杀菌装备的价格较高，而很多非热杀菌装备还处于实验阶段。因此，继续研发一些经济、有效的非热杀菌技术非常必要。

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。

DMDC杀菌效果及杀菌机制

一、杀菌效果

造成饮料腐败变质的微生物主要包括霉菌、酵母和细菌。研究发现，不同微生物对DMDC抗性存在明显差异。

DMDC对霉菌、酵母和细菌的杀菌困难程度一般为酵母<细菌<霉菌，酵母菌的最小杀菌浓度一般为25～200mg/L，而霉菌的最小杀菌浓度一般为100～250mg/L。一些芽孢杆菌属、毛霉属、乳酸菌属菌株则对DMDC表现出较强的抗性。

郭换丽等在研究DMDC对荔枝汁和桑果汁的杀菌效果中发现，荔枝汁经250mg/L的DMDC处理后残留的耐受菌主要是肠膜状明串珠菌和芽孢杆菌属菌株，而桑果汁中残留的耐受菌主要是毛霉属菌株。因此，为了更有效地提高DMDC对果汁的杀菌效果，研究人员已经研究了DMDC协同超高压均质、Nisin、臭氧或SO₂对果汁饮料的杀菌效果，结果发现，针对性的协同杀菌能有效提高DMDC对耐受菌的杀菌效果。

二、杀菌机理

与DMDC安全性评估和杀菌特性方面的研究相比，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，郭换丽等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)：SYT09(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。

三、杀菌效果的主要影响因素

DMDC的杀菌效果受处理过程中存在的一些物理化学因素影响，如处理温度、pH值、处理时间、处理产品的成分、DMDC浓度、污染菌种类和起始菌浓等。

1、处理温度

DMDC极易与水发生水解，水解速率主要依赖于温度，温度越高水解越快。尽管DMDC在较高的温度下能更快地水解，但研究发现增加温度仅能提高DMDC与菌体反应的速率，缩短杀菌时间，不能提高总的杀菌效果。

研究表明，向不同温度(低温、常温和微热)的荔枝汁中添加DMDC后，各种污染菌的致死速率呈先快后慢的变化趋势，处理一定时间后，继续延长处理时间不会导致污染菌继续死亡。低温、常温和微热的荔枝汁分别在添加DMDC后12、2、1h，其残留菌数达到稳定，不再进一步下降，并且各个温度处理组中残留菌数没有显著差异。

2、处理时间和DMDC浓度

DMDC易发生水解，随着时间的延长DMDC含量降低，对DMDC的杀菌效果进行一阶动力学模型和韦伯模型拟合，发现DMDC的杀菌动力学曲线呈现典型的先快后慢变化趋势，随着DMDC的水解。继续延长处理时间不能显著提高DMDC的杀菌效率。

另外，随着溶液中DMDC浓度的增加，杀菌效果也大大增加，但增幅效果并不与浓度呈简单的正比例关系。

3、pH值

DMDC主要通过与菌体蛋白中的R—NH基团发生修饰反应导致菌体死亡，而DMDC与R—NH基团的反应速率明显依赖R—NH的离子化程度。在pH值3.0～4.0的范围内，DMDC与氨反应形成氨基甲酸甲酯。在较低pH值下会发生氨离子化，不利于该反应进行。

Yu等研究发现，DMDC对荔枝汁中大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最佳作用pH值为4.0，并且当pH值高于5.0时，其杀菌效果显著下降。

4、污染菌种类和菌浓

DMDC对果汁饮料中各类污染菌的杀菌效果存在显著差异，某些乳酸菌、霉菌对DMDC具有较强的耐受性，需要较高浓度的DMDC才能有效杀灭；而处理样中污染菌的初始菌浓对DMDC的杀菌效果也有影响，当微生物浓度低时，接触到DMDC的菌数比较少，杀菌效果比较低；而当微生物浓度高时，平均到每个细胞的有效DMDC比较低，不足以彻底杀灭微生物。以大肠杆菌为例，大肠杆菌浓度为10⁴CFU/mL时，与DMDC接触的有效杀菌浓度最高，DMDC杀菌效果最佳。

5、乙醇及其他成分

DMDC易溶于乙醇等有机溶剂，Porter等研究发现，溶液中的乙醇可以抑制DMDC与水的反应，增加DMDC的杀菌效率。DMDC的水解速率随着乙醇浓度的增加而显著下降，其他水溶性有机溶剂也可以产生类似的效果。研究表明，果酒或果汁饮料的成分对DMDC的杀菌效果也有显著的影响，溶液中悬浮的任何蛋白质物质能与DMDC产生竞争性反应，减少了DMDC与微生物酶蛋白反应的几率，降低了DMDC对微生物的杀菌效率。

DMDC应用效果及对品质的影响

DMDC作为非热杀菌技术中一种重要的杀菌剂，因具有高效、低毒、无残留且不影响食品风味的特点，在食品中的应用前景十分广阔。

一、在果汁中的应用

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/LDMDC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10⁷CFU/mL减少到不可检测水平，苹果汁需3d，而橙汁仅需2d。

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10⁷CFU/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。

二、在软饮料中的应用

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。

展望

DMDC与传统杀菌技术相比具有高效、无残留，且不会对饮料等新鲜度和营养品质造成影响的特点，其作为一种安全有效的防腐剂对设备要求低、成本小、操作简便安全、杀菌效果好，已成为非热杀菌技术研究的热点。

但DMDC在实际应用中仍存在很多问题。首先，DMDC对果汁饮料中各类污染菌的杀菌效果存在显著差异。某些乳酸菌对DMDC具有较强的耐受性，单独使用DMDC杀菌往往效果不理想，这大大限制了DMDC的应用，怎样提高杀菌效果，使DMDC在国家食品添加剂规定范围之内达到杀灭污染菌的结果还有待继续研究；

其次，DMDC与其他杀菌技术的协同作用能够有效增强DMDC的杀菌效果。但关于DMDC与其他杀菌技术协同杀菌的研究较少。在实际生产中的应用也不成熟，需要进一步研究开发；

另外，如何运用DMDC对酶蛋白的修饰使饮料中造成褐变等品质变化的酶钝化，以解决果汁饮料的褐变问题，值得进一步研究。