臭氧對葡萄酒裝瓶機就地清洗(CIP)研究

通過使用臭氧對葡萄酒裝瓶機進行就地清洗(CIP)，很大限度地減少葡萄酒釀造行業(yè)清洗對環(huán)境的影響;

在釀酒工業(yè)中，良好的清潔和衛(wèi)生措施在裝瓶過程中是必不可少的，以保持質(zhì)量，避免裝瓶后微生物發(fā)現(xiàn)有利于其發(fā)展的環(huán)境時的后續(xù)變化。通過管道連接的設備，如葡萄酒裝瓶機，通常采用就地清洗(CIP)方法進行清洗，通常需要高耗水量和使用對環(huán)境有負面影響的化學清洗劑。臭氧很近引起了人們的注意，因為它對各種微生物都有功效，而且它的清潔能力不會在處理過的表面留下殘留物，從而保護了環(huán)境和人類健康。本研究旨在研究水處理(3.5?mg/L，接觸時間15和30?min)和氣臭氧處理(30 μL/L，接觸時間30和60?min)與常規(guī)過氧乙酸消毒處理(1%，接觸時間15?min)對6種葡萄酒相關微生物在瓶裝葡萄酒中增殖潛力的影響。為此，使用人工污染的葡萄酒來填充剛性和柔性不銹鋼管和裝瓶機。采用培養(yǎng)依賴法評估每種治療的有效性。微生物對不同的處理方法表現(xiàn)出不同的敏感性。水臭氧暴露30?min是管道清洗有效的處理方法，其次是過氧乙酸。另一方面，當考慮裝瓶機時，使用過氧乙酸作為消毒劑導致細胞完全去除，而30?min的水溶液臭氧接觸能夠消除除釀酒酵母外的所有微生物。

眾所周知，酵母和細菌對葡萄酒發(fā)酵的有益貢獻(Fleet, 2008)。然而，它們在瓶裝葡萄酒的保質(zhì)期內(nèi)存在是不可取的，原因有兩個:(a)它們降低了葡萄酒的感官吸引力，(b)一些物種可以改變葡萄酒的預期特性(Fleet, 1992)。當葡萄酒對消費者不再有吸引力時，就被認為是變質(zhì)的。一般來說，它們有令人不快的氣味，外觀，味道，質(zhì)地，或這些缺陷的組合。眾所周知，酵母菌和細菌等微生物在生長不受歡迎的情況下能夠引起腐敗(Du Toit和Pretorius, 2000)。這種變化可以發(fā)生在整個生產(chǎn)鏈的任何階段，從收獲前的葡萄，收獲和加工期間(Pinto等人，2015年)，也可以發(fā)生在瓶裝葡萄酒中(Loureiro和Malfeito-Ferreira, 2003年)。

在葡萄酒生產(chǎn)中，裝瓶過程是點之后，任何微生物存在是不希望的，一般有害的葡萄酒質(zhì)量(雅各布森，2005年)。特別是，許多瓶裝葡萄酒可能含有少量殘留的葡萄糖、果糖或蘋果酸，這些都是微生物很好的生長基質(zhì)(Loureiro和Malfeito-Ferreira, 2003)。在微生物發(fā)生變化的情況下，醋酸桿菌、Zygosaccharomyces bailii (Zuehlke et al.， 2013)和bruxellensis (Oelofse et al.， 2008)通常負責這一過程，但其他種類的酵母和細菌也可能在瓶裝葡萄酒條件下生長(Cimaglia et al.， 2018)。此外，如果瓶裝葡萄酒中蘋果酸的濃度高于0.1?g/L (rib<s:1> reau- gayon et al.， 2006)，那么乳酸菌(LAB)通常是葡萄球菌(Oenococcus oeni)會對葡萄酒進行蘋果酸乳酸發(fā)酵(Valdes la Hens et al.， 2015)。由于葡萄酒在裝瓶時更容易受到污染，釀酒師必須在葡萄酒裝瓶之前和過程中防止這些問題，因為這是葡萄酒生產(chǎn)中不可逆轉的一點。為了防止腐敗酵母菌(Du Toit and Pretorius, 2000)和細菌(Bartowsky, 2009)的生長，并減少葡萄酒儲存過程中的感官變化，在這一階段有效地管理衛(wèi)生條件、無菌(膜)過濾和正確的抗菌藥物劑量是必不可少的。然而，一些釀酒師認為葡萄酒過濾會影響紅酒的質(zhì)量。因此，有一種繞過這個過程的趨勢(Arriagada-Carrazana et al.， 2005)。為了保證裝瓶過程的清潔，與未經(jīng)過濾的葡萄酒直接接觸的管道和裝瓶機器必須徹底清潔和消毒，以減少可能的交叉污染。此外，在許多酒廠中，同一條生產(chǎn)線用于裝瓶不同年份和風格的多種葡萄酒(如紅葡萄酒和白葡萄酒，甜葡萄酒和芳香葡萄酒)。在這種情況下，通常只有熱水用于清洗生產(chǎn)線和裝瓶機，然后再更換不同的葡萄酒，因此缺乏衛(wèi)生處理可能會導致裝瓶過程中的交叉污染(Jacobson, 2005)。

經(jīng)常使用頻繁和自動清洗，即CIP(就地清洗)。在1990年版的乳制品技術協(xié)會手冊中給出了CIP的定義，即“在不拆卸或打開設備的情況下對工廠或管道電路進行清潔，操作員很少或根本沒有人工參與”和“該過程涉及在湍流和流速增加的條件下對表面進行噴射或噴涂或在整個工廠內(nèi)循環(huán)清潔溶液”(Romney, 1990)。CIP在食品加工業(yè)中的使用，與葡萄酒工業(yè)一樣，通常包括冷水或熱水沖洗，洗滌劑堿性清洗，洗滌劑酸性清洗和化學消毒液消毒(Wirtaren和Salo, 2003)。在過去的十年中，環(huán)保意識的提高引起了食品和飲料行業(yè)對水資源短缺和體力消耗等問題的關注(Pettigrew et al.， 2015)。此外，所用的化學清洗液并不總是生物可降解的(Tanmnay等人，2014)，而清洗過程對食品加工中的總體廢水有很大貢獻。因此，人們越來越有興趣研究能夠很大限度地減少CIP操作中水和生物不可降解化學品的使用的創(chuàng)新技術，因為這個問題代表了經(jīng)濟、環(huán)境、安全和社會方面可持續(xù)發(fā)展的組成部分之一(Christaki和Tzia, 2002)。

在這方面，在過去的幾十年里，臭氧(O3)作為消毒劑的使用越來越受到關注，主要是因為它使用簡單，對多種微生物具有很高的抗菌活性(Khadre et al.， 2001)。臭氧可以替代傳統(tǒng)的微生物控制化學溶液(Morata et al.， 2017)。這種分子是氧分子受到強烈放電時原子重排產(chǎn)生的，具有一些吸引人的特點，在食品和飲料工業(yè)中具有潛在的應用前景(Horvitz和Cantalejo, 2014)。臭氧會自動分解成氧氣而不會在食物中留下殘留物，因此它的使用不需要很后沖洗處理過的材料以去除任何殘留的消毒劑。這些優(yōu)點使臭氧對食品和飲料工業(yè)具有吸引力，因此，美國食品和藥物管理局(FDA, 2001年)已將其宣布為GRAS(公認安全)，可用于食品加工。隨后，臭氧被批準作為水相和氣相食品處理、儲存和加工的直接添加劑(Morata et al.， 2017)。臭氧也被用于食品工業(yè)，以加強食品表面衛(wèi)生，消毒食品工廠設備，再利用廢水，并減少能源使用和工廠浪費(Guzel-Seydim等人，2004年)。

在葡萄酒行業(yè)，臭氧在釀酒的不同階段被提出應用，包括小維多(bellincontrol等人，2017)和巴貝拉葡萄漿果(Cravero等人，2016)、桶(Guzzon等人，2017)和罐(Guillen等人，2010)的消毒。還評估了臭氧(氣態(tài)和水溶液形式)對接種在收獲后的巴貝拉葡萄上的布魯克斯芽胞桿菌的抗菌潛力(Cravero等人，2018)。盡管在葡萄酒工業(yè)中使用臭氧，但人們對這種消毒劑在CIP系統(tǒng)中的功效知之甚少。因此，本研究旨在調(diào)查氣態(tài)和水性臭氧在減少柔性和剛性管道(作為灌裝線的組成部分)和裝瓶機中存在的微生物負荷(包括酵母和細菌)方面的有效性。

細菌和酵母菌株:

本研究使用了4種酵母和2種細菌(表1)，其中2種商業(yè)菌株釀酒酵母Uvaferm BC?和酒球菌Oenococcus oeni VP41(加拿大蒙特利爾Lallemand Inc.)和4種DISAFA培養(yǎng)收集的菌株，即Zygosaccharomyces bailii Zb23、Brettanomyces bruxellensis B23F、醋酸桿菌Sc10和Starmerella bacillaris FC54(意大利都靈大學農(nóng)業(yè)、森林和食品科學系)

柔性和剛性管道的衛(wèi)生處理及對酵母菌的影響

每種處理前后從剛性和柔性管道中回收的6種微生物(4種酵母和2種細菌)的活菌計數(shù)見圖3。人工污染后的葡萄酒在剛性和柔性管道中循環(huán)后及處理前酵母菌和細菌的初始負荷分別為:釀酒酵母5.45?±?0.21 Log CFU/mL, Starm 5.24?±?0.34 Log CFU/mL。布魯塞爾芽胞桿菌為5.15?±?0.21 Log CFU/mL，布魯塞爾芽胞桿菌為5.45?±?0.24 Log CFU/mL

討論:

有人建議在釀酒行業(yè)中使用臭氧作為抗菌劑，用于葡萄(Guzzon et al.， 2018)和釀酒桶(Guzzon et al.， 2017)上的一些酵母和細菌。在本研究中，研究了使用過氧乙酸和臭氧(水或氣體形式)去除不銹鋼表面上的酵母和細菌的可能性。使用的消毒液顯著提高了對每一種附著種群的去除

結論:

這是第一次將過氧乙酸(常用抗菌劑)和臭氧(替代創(chuàng)新劑)進行比較，以減少人工污染的紅葡萄酒循環(huán)后不銹鋼管和裝瓶機中存在的六種與葡萄酒相關的微生物的數(shù)量。在處理中，30?min接觸時間的水臭氧顯示出增強的抗菌活性，因為它是能夠保證在剛性和柔性管道中消毒的處理。

作者:Vasileios Englezos, Kalliopi Rantsiou, Francesco Cravero, Simone Giacosa, Susana Río Segade, Guglielmo Gai, Enrico Dogliani, Vincenzo Gerbi, Rolle, Luca, Cocolin, Luca Simone