抗菌组合物及其方法

专利名称：抗菌组合物及其方法
背景技术：
本发明涉及一种包括磷酸盐、柠檬酸盐、硅酸盐的抗菌水溶液。本发明还涉及一种控制食品中细菌污染和/或生长的方法，防止在金属物件上形成硅酸盐聚集体，和/或便于从金属物件除去硅酸盐聚集体的方法，以及为了环境保护的目的，减少在工业抗菌工艺中使用磷酸盐的方法。
细菌在我们周围的环境中生存，例如空气、土壤、岩石和水。许多细菌是致病的，且能够引起例如波特淋菌食物中毒、大肠埃希氏菌(E-coli)食物中毒、霍乱、百日咳、疫症、猩红热、白喉、肺结核、伤寒、炭疽病等的疾病。在美国，源于食物感染的程度在数量上记录在1994年的CAST报告(Foodborne PathogensRisks and Consequences.TaskForce No.122，Council for Agricultural Science and Technology，Washington D.C.)中，且在过去几年来经广泛地描绘(CDC.1988c.1997Final FoodNet Surveillance report.U.S.Department of Health and HumanServices，October，1998)。许多别的细菌，尽管不是病原体，但是是腐败细菌(spoilage bacteria)，并且是造成食品的保存限期和新鲜度下降的原因。
未经适当的卫生处理，人类食品例如水果、蔬菜和禽畜肉将无可避免地受到细菌的污染或降解。例如，由于其使用时的便利，所谓的“salad ina bag”产品得到消费者广泛接受。然而，一个或多个蔬菜切段与其它切段接触的表面交叉污染，会导致该产品容易受到细菌降解。同样地，杀死禽畜，并将它们的畜体加工以生产成人类食用的食品。典型地，对该禽畜进行加工包括取出内脏，这种加工可使畜体的可食用部分受到细菌的污染。再者，根据加工时的卫生条件，还存在其它的污染源有关。
另外，当家禽放进烫池(scalder)(一个典型的早期阶段加工技术)时，其表面带有大量微生物。当从烫池取出家禽时，微生物转移至烫水中，并可再沉积到该禽类上。此外，家禽排泄物可排至烫水中，使进一步增加其中存在的微生物。然后，在机械摘毛机(picker)中给烫洗过的禽类去毛，通常设置这程序可除去其皮肤的表皮层。这样使得微生物更容易地粘附在裸露的禽类上。牛畜体同样地将它们皮上带有的微生物转移到屠宰房，由于去皮本身为激烈的步骤，含有微生物的残骸能够在空中传播，且降落在裸露的畜体上。不幸的是，从裸露的家禽或牛肉除去微生物是很困难的。因此，对除去这些微生物的方法进行了研究。
在食品卫生领域中，人们对发展用作食品级抗菌剂的组合物进行了广泛的研究。例如，美国专利号5,436,017说明抑制肉中细菌生长的方法，其中将经柠檬酸缓冲的柠檬酸钠加入肉中，使柠檬酸钠含量达到1％至7％，且优选大约为1％至1.3％。
WO 97/23136说明去除细菌污染的方法，其涉及用低浓度碱金属正磷酸盐溶液与渗透压休克和/或溶菌酶溶液和/或乳酸链球菌肽溶液中的任一结合的溶液的处理。该文献测试了低浓度正磷酸三钠与溶菌酶的组合对生菜叶或鸡皮上的某些细菌的抑制，以及低浓度正磷酸三钠与乳酸链球菌肽的组合对鸡皮上的某些细菌的抑制。美国专利号5,283,073公开一种使家禽畜体用含有4％或更多的磷酸三碱金属盐的溶液处理的工艺，以除去、减少或阻碍细菌的污染和/或生长。然而，根据所公开的内容，不合需要的较高含量的磷酸盐将被投入废液中，且最后排到环境中。磷酸盐是湖和河流污染的主要来源，且高磷酸盐含量促使海藻和水草的过度生产。
为了尝试减少或期望消除磷酸盐的使用，美国专利申请2003/0194475提出了一种食品抗菌方法，其中磷酸盐溶液由碱金属硅酸盐水溶液代替。然而，硅酸盐易于“聚集”成不溶性形式，且非常牢固地粘附在金属尤其是铁类金属上，例如钩环和油滴盘(drip pan)的表面。这种聚集硅酸盐可一般以“水垢”、白点、污点或胶质的残余物出现，均难以除去。为了本说明书的用途，它们各自统称为水垢。水垢一般视为不合需要的，因为其可提供一个易于细菌/微生物渗透的表面。
有利地，本发明提供一种抗菌水溶液，其能够减少上述某些问题。更具体而言，本发明能够减少细菌污染和/或阻碍食品中细菌的生长；得到包含有限量的磷酸盐化合物的废液；且限制硅酸聚集体在金属物件上的形成和/或促使其被清除。
发明概述本发明的一个方面在于提供一种抗菌水溶液，其包括(A)具有式(I)的磷酸盐，(B)具有式(II)的柠檬酸盐， 和(C)具有式[(M7)2O]·(SiO2)m·(H2O)z的硅酸盐，其中M1、M2、M3、M4、M5、M6和M7互相独立地选自由氢、钠和钾构成的组；x、y和z互相独立为0至12之间的任何数；且m是1至6之间的任何数。
本发明的另一个方面在于提供控制食品中细菌的污染和/或生长的方法，其包括使食品与足量的上述的抗菌溶液接触。
本发明的又一个方面在于提供防止在金属衬底上形成硅酸盐聚集体，和/或促使从金属衬底除去硅酸盐聚集体的方法，其包括对金属物件使用上述说明的硅酸盐溶液。
本发明的再一个方面在于，出于环境的原因，提供减少磷酸盐在抗菌工艺中的使用的方法，其包括使用上述说明的水溶液代替包含较高磷酸盐含量的溶液。
发明详述一般地，本发明涉及包括磷酸盐、柠檬酸盐、硅酸盐的抗菌水溶液；一种控制食品中细菌污染和/或生长的方法；防止在金属衬底上形成硅酸盐聚集体，和/或促使从金属衬底除去硅酸盐聚集体的方法。
本发明提供的抗菌水溶液包括(A)具有式(I)的磷酸盐，
(B)具有式(II)的柠檬酸盐， 和(C)具有式[(M7)2O]·(SiO2)m·(H2O)z的硅酸盐，其中M1、M2、M3、M4、M5、M6和M7互相独立地选自由氢、钠和钾构成的组；x、y和z互相独立为0至12之间的任何数；且m是1至6之间的任何数。
本领域的技术人员已知的是，当M1、M2和M3全不为氢时，式(I)的磷酸盐称作磷酸盐或正磷酸盐，例如磷酸三钠、十二水合磷酸三钠(Na3PO4·12H2O)、六水合磷酸三钠、磷酸三钾等。当M1、M2和M3中的一个是氢时，式(I)的磷酸盐例如可称作，磷酸氢二钠(disodiumhydrogenphosphate)、磷酸氢钠(sodium hydrogenphosphate)、七水合磷酸二钠(sodium hydrogenphosphate heptahydrate)、磷酸仲钠(sec-sodiumphosphate)、磷酸氢二钠(sodium phosphate dibasic)或磷酸二钠(disodiumphosphate)、和磷酸氢二钾(dipotassium hydrogenphosphate)、三水合磷酸氢二钾(dipotassium hydrogen phosphate trihydrate)、磷酸氢钾(potassium hydrogenphosphate)、三水合磷酸氢二钾(potassiumhydrogenphosphate trihydrate)、磷酸仲钾(sec-potassium phosphate)、磷酸氢二钾(potassium phosphate dibasic)、三水合磷酸氢二钾(potassiumphosphate dibasic trihydrate)、磷酸二钾(dipotassium phosphate)等。当M1、M2和M3中的两个是氢时，式(I)的磷酸盐例如可称作，磷酸二氢钠(sodiumdihydrogenphosphate)、磷酸二氢钠(sodium phosphate monobasic)、二水合磷酸二氢钠(sodium phosphate monobasic dihydrate)、磷酸二氢钠(monosodium phosphate)、磷酸二氢钾(potassium dihydrogenphosphate)、磷酸二氢钾(potassium phosphate monobasic)、磷酸二氢钾(monopotassiumphosphate)等。当M1、M2和M3中三个全是氢，式(I)的磷酸盐成为磷酸或正磷酸。在本发明的一个优具体选实施方式中，M1、M2和M3全是钠，且x＝12，即十二水合磷酸三钠(TSP)(Na3PO4·12H2O)。
尽管可能对本发明的适用性较低，其它含磷的盐或酸可单独使用或与式(I)的磷酸盐联合使用，所述磷酸盐为例如偏磷酸盐(MPO3)、亚磷酸盐(M3PO3)、偏亚磷酸盐(MPO2)、焦磷酸盐(M4P2O7)、焦亚磷酸盐(M4P2O5)、次磷酸盐(M3PO2)、过氧(单)磷酸盐(M3PO5)、连二磷酸盐(M4P2O6)、其水合形式和其混合物。这里的“M”的定义(已作必要的修正(Mutatis Mutandis))类似于式(I)的磷酸盐的定义。
式(I)的市售的磷酸盐包括AvGardTM十二水合TSP(Rhodia)。
在抗菌溶液中，式(I)的磷酸盐的浓度在大约0.1wt％至大约4wt％的范围内。优选地，式(I)的磷酸盐的浓度大约为0.5wt％至大约2wt％。在一个优选具体实施方式
中，磷酸盐在抗菌水溶液中的浓度大约为1wt％。式(I)的磷酸盐的浓度是根据其无水形式和抗菌溶液的总重量计算的。只要适当的调整补尝相关的结合水的重量，式(I)的磷酸盐的无水形式或水合形式也可用于形成抗菌溶液。
当M4、M5和M6不是氢时，式(II)的柠檬酸盐例如可称作，柠檬酸钠(sodium citrate)、柠檬酸三钠(sodium citrate tribasic)、柠檬酸三钠盐(citric acid trisodium salt)、柠檬酸三钠(trisodium citrate)、二水合柠檬酸钠(sodium citrate dihydrate)、二水合柠檬酸三钠(sodiumcitrate tribasic dihydrate)、二水合柠檬酸三钠盐(citric acid tripotassiumsalt dihydrate)、二水合柠檬酸三钠(trisodium citrate dihydrate)、柠檬酸钾(potassium citrate)、柠檬酸三钾(tripotassium citrate)、柠檬酸三钾(potassium citrate tribasic)、柠檬酸三钾盐(citric acid tripotassium salt)、一水合柠檬酸钾(potassium citrate mnohydrate)、一水合柠檬酸三钾(tripotassium citrate mnohydrate)、一水合柠檬酸三钾(potassium citratetribasic monohydrate)、一水合柠檬酸三钾盐(citric acid tripotassium saltmonohydrate)等。当M4、M5和M6中的一个是氢时，式(II)的柠檬酸盐例如可称作，柠檬酸二钠盐(citric acid disodium salt)、倍半水合柠檬酸二钠盐(citric acid disodium salt sesquihydrate)(1.5H2O)、柠檬酸氢二钠(sodium hydrogencitrate)、倍半水合柠檬酸氢二钠(sodiumhydrogencitrate sesquihydrate)、柠檬酸氢二钠(disodium hydrogen citrate)、倍半水合柠檬酸氢二钠(disodium hydrogen citrate sesquihydrate)、柠檬酸氢二钠(sodium citrate dibasic)、倍半水合柠檬酸氢二钠(sodium citratedibasic sesquihydrate)等。当M4、M5和M6中的两个是氢时，式(II)的柠檬酸盐例如可称作，柠檬酸二氢钾(potassium citrate monobasic)、柠檬酸二氢钾(potassium dihydrogen citrate)、柠檬酸二氢钾盐(citric acidmonopotassium salt)、柠檬酸二氢钠(sodium citrate monobasic)、柠檬酸二氢钠(sodium dihydrogen citrate)、柠檬酸二氢钠盐(citric acidmonosodium salt)等。当M4、M5和M6中三个都是氢时，式(II)的柠檬酸盐成为柠檬酸或一水合柠檬酸等。在本发明的一个优选具体实施方式
中，M4、M5和M6全是钠。
市售的式(II)的柠檬酸盐包括Danisco提供的食品级化合物。
在抗菌水溶液中，式(II)的柠檬酸盐的浓度在大约0.1wt％至大约4wt％的范围内。优选地，式(II)的柠檬酸盐的浓度为大约0.5wt％至大约2wt％。在一个优选具体实施方式
中，柠檬酸盐在抗菌水溶液中的浓度大约为1wt％。式(II)的柠檬酸盐的浓度是根据其无水形式和抗菌溶液的总重量而计算的。只要经过适当的调整使补尝任何相关的结合水的重量，式(II)的柠檬酸盐的无水形式或其水合式也可用于形成抗菌溶液。
本发明适用的硅酸盐可以是无水或水合的、结晶或无定形的。硅酸盐化合物的优选实例包括，但并不限制为二硅酸钠、偏硅酸钠、二硅酸钾、偏硅酸钾。更优选的实例包括无水偏硅酸钠、无水偏硅酸钾、五水合偏硅酸钠、五水合偏硅酸钾、六水合偏硅酸钠、六水合偏硅酸钾、九水合偏硅酸钠、九水合偏硅酸钾以及其混合物等。在一个优选的实施方式中，硅酸盐为结晶[Na2O]·(SiO)m·(H2O)z，其中m可以在0.5至3.5的范围内，例如m＝1；z可以是优选使硅酸盐化合物的水含量在0％至55％的范围，例如z可以在0至9的范围内，例如0，5，6或9。
式(II)的市售的硅酸盐包括PQ Corporation，PA；INEOS，IL；和Oxidental Chemicals，TX所提供的的那些化合物。
根据本发明，在抗菌溶液中硅酸盐的浓度可大于或等于0.05wt％，例如，由0.1wt％至硅酸盐饱和。优选地，在抗菌溶液中硅酸盐的浓度由大约0.4wt％至大约15wt％。更优选地，在抗菌溶液中硅酸盐的浓度由大约2wt％至大约6wt％。在一个优选具体实施方式
中，硅酸盐在抗菌溶液中的浓度大约为4wt％。硅酸盐的浓度是根据无水硅酸盐和抗菌溶液的总重量而计算的。只要经过适当的调整补尝相关的结合水的重量，硅酸盐的无水形式或其水合形式也可用于形成抗菌溶液。
在一个极度优选的具体实施方式
中，抗菌水溶液包括十二水合磷酸三钠(TSP)(Na3PO4·12H2O)、柠檬酸钠和SMS。
本发明的抗菌水溶液可通过使磷酸盐、柠檬酸盐和硅酸盐溶解在水中制成。本发明用作溶剂的水不受特别限制。例如，考虑到成本的因素，溶剂可以是自来水。然而，应当明白，自来水可含有少量别的组分，如此制备的抗菌水溶液也落在本发明的范围内。
任选地，本发明的抗菌水溶液可进一步包括组分(D)，其选自由碳酸盐、氢氧化物、氯化物、硫酸盐、氨及其混合物构成的组。碳酸盐的实例包括无水或水合碳酸钠、无水或水合碳酸氢钠、无水或水合碳酸钾、无水或水合碳酸氢钾。氢氧化物的实例包括氢氧化钠和氢氧化钾。氯化物的实例包括氯化钠和氯化钾。硫酸盐的实例包括硫酸钠和硫酸钾。优选的组分(D)选自氢氧化钠和碳酸钠。
在一个高度优选的实施方式中，根据抗菌溶液的总重量，组分(D)的浓度为0.05wt％至15wt％，优选为0.2wt％至7wt％，更优选为0.4wt％至2wt％。
在抗菌溶液中，磷酸盐、柠檬酸盐、硅酸盐、任选的组分(D)和其它少量的自来水痕量组分之间是酸碱平衡的。优选地，最终的抗菌水溶液的pH值控制在11至14的范围内，优选大约为12至13.5，更优选大约为12.75至13.25。
当用于控制食品中细菌的污染和/或生长时，本发明的抗菌水溶液可以在大约0℃至大约85℃的温度下使用，更优选大约0℃至大约70℃的温度，再更优选大约10℃至大约50℃的温度，且又再更优选大约20℃至大约40℃的温度。
本发明通过抗菌溶液控制细菌的污染和/或生长的机理可以是，例如该溶液能够溶解、摧毁或破坏正在食品中作用的细菌的结构。如在本文所用的，术语“控制细菌的污染和/或生长”一般意指减少细菌的污染或阻碍细菌的生长，以及既减少细菌的污染又阻碍细菌的生长。
任选地，本发明的抗菌水溶液可与其它抗菌处理联合使用以改善控制细菌的污染和/或生长的效果而低于目标值，所述其他处理例如为物理方法、抗菌化学品和抗菌生化剂。
典型的物理方法包括，但并不限制于以例如为大约160至大约180温度的热水冲洗畜体；和以蒸汽和真空清洗畜体，等。
典型的抗菌化学品包括，但并不限制为氯；啤酒花酸(hops acid)萃取物或啤酒花树脂；丙酸杆菌代谢物；壳聚糖；叔丁基氢醌(TBHQ)；二氧化氯；气体灭菌剂，例如环氧乙烷和环氧丙烷；四甲酸铵(ammoniumtetraformate)；酸，例如乳酸、醋酸、丙酸、山梨酸、酒石酸、苯甲酸、硝酸、酰氧基链烯酸(acyloxyalkenoic acid)，及酸的盐；及其混合物。
啤酒制造中啤酒花的苦涩组分，尤其是β酸，被发现是食品中有效的杀菌剂。在啤酒花中最普遍包含的苦味酸是α酸和β酸，也分别称作葎草酮和蛇麻酮。两者都使啤酒苦涩，但α酸比β酸更苦，且不适宜应用于大部分食品。啤酒花萃取物的制造者通过各种色谱方法大量地将α酸和β酸分离，且开发了一种在超临界的条件下使用液态二氧化碳分离这两种酸成分的技术。该操作的副产品是包含大约61重量百分比β酸的产品，剩余物基本由啤酒花树脂构成。该副产品可以与麦芽糊精或其它食品级载体进行标准化制备、喷雾干燥并用作抗菌食品成分。
包含在啤酒花中的α酸一般已知为葎草酮(humulone)、合葎草酮(cohumulone)和加葎草酮(adhumulone)，同时包含在啤酒花中的β酸一般已知为蛇麻酮(lupulone)、合蛇麻酮(colupulone)和加蛇麻酮(adlupulone)。具有抗菌性能的啤酒花酸或啤酒花树脂的化学修饰的衍生物，例如在美国专利号5,455,038中公开的六氢合蛇麻酮和四氢异葎草酮，特别期望与本发明一起使用。啤酒花酸或啤酒花树脂的任何合适的盐的形式也特别期望与本发明一起使用。
丙酸杆菌代谢物可通过在牛奶、干酪乳清或肉汤培养基或其它合适的营养混合物中培养丙酸杆菌例如谢氏丙酸杆菌(Propionibacteriumshermanii)、费氏丙酸杆菌(P.freudenreichii)、戊糖丙酸杆菌(P.pentosaceum)、特氏丙酸杆菌(P.thoenii)、阿拉伯糖丙酸杆菌(P.arabinosum)、P.rubrum、詹氏丙酸杆菌(P.jensenii)、P.peterssonii和相关的种类(在Malik et al.，Can.J.Microbiol.141185，1968中说明)而得到。食品中可随后加入所得到的培养液，以抑制革兰氏阴性细菌。代谢物可进行分离或提纯或以混合物使用。可在各种食品中引入粉末状或液态中性丙酸杆菌代谢物，使它们不太容易因革兰氏阴性细菌的生长和/或酶活性而受到腐坏。
市售的丙酸杆菌代谢物可由Rhodia Inc.得到，其商标为MICROGRARD。MICROGRARDMG100是与脱脂奶固体进行标准化制备并喷雾干燥的巴氏杀菌发酵脱脂奶。MICROGRARDMG200是与麦芽糊精进行标准化制备并喷雾干燥的巴氏杀菌发酵右旋糖。MICROGRARDMG250是发酵右旋糖产品的浓缩(冻结或液态)版本。由数字标识的丙酸杆菌株由美国典型培养物保藏中心(ATCC)提供。其它培养物广泛存在，或能够由俄勒冈州立大学(科瓦利，俄勒冈)得到。
对控制细菌的污染和/或生长有效用的任何合适的抗菌生化剂可存在于本发明中。对抗革兰氏阳性细菌的典型抗菌生化剂可包括，但并不限制于羊毛硫抗生素、溶菌酶、片球菌素、乳酸菌类细菌素。
术语“羊毛硫抗生素”由Schnell et al.创造(1988.Nature333276-278)，用于形容包括乳酸链球菌肽的一组细菌素，该乳酸链球菌肽包含氨基酸羊毛硫氨酸和其它“非蛋白”氨基酸。Kellner et al.(1988.Eur.J.Biochem 17753-59)对这些细菌素的一般特性作过评论，其中他们指出“...聚环多肽抗生素具有高含量的不饱和氨基酸(去氢丙胺酸、去氢紫矿春(dehydrobutrine))和硫醚氨基酸(内消旋羊毛硫氨酸(mesolanthionine)，(2S，3S，6R-3-甲基羊毛硫氨酸))。而且，溶毒丙胺酸、3-羟基天冬氨酸和S-(2-氨基乙烯基)-D-胱氨酸也出现在某些成员中”。本组成员包括乳酸链球菌肽、枯草菌素、pep 5、表皮素、gallidermin、肉桂霉素、Ro09-0198、耐久霉素和血管紧张肽转化酶抑制肽(ancovenin)。这些核糖体合成肽抗生素包含19至34个氨基酸，且由各种微生物包括葡萄球菌种、芽孢杆菌种和链霉菌种产生。除了非蛋白氨基酸这种独特的组分以外，还可基于特异性，与其它多肽抗生素相区别。一般的细菌素，特别是羊毛硫抗生素，特征在于其作用的抗菌谱十分狭窄。因此，在实际浓度下，仅少数的细菌种类对某特定的细菌素敏感。这与抗菌谱宽的其它多肽抗生素形成对比，这些抗生素例如是对大部分细菌有抑制活性的多粘菌素B，以及由Jaynes et al.在国际公开申请WO 89/00194中提及的对大部分细菌、酵母、甚至是哺乳动物细胞都具有抑制活性的抗菌肽。
乳酸链球菌肽偶然以分子量为大约7000的二聚物出现。其包含一些在总共34种氨基酸中并不常见的氨基酸，所述不常见的氨基酸包括b-甲基羊毛硫氨酸、去氢丙氨酸和羊毛硫氨酸。在肽中具有五种不常见的硫醚键合，使其在酸溶液中表现得稳定。乳酸链球菌肽是其中一种充分表征的细菌素，且与其它羊毛硫抗生素例如枯草菌素和表皮素，在结构和作用上具有显著的同源性(Buchman et al 1988.J.Bio.Chem.263(3116260-16266))。最近对乳酸链球菌肽，其物理特性和应用的评论包括“Bacteriocins of Lactic Acid Bacteria”，T.R.Klaenhammer，1988.Biochimie 70337-349，“Nisin”，A.Hurst，1981.Avd.Appl.Microbiol.2785-121和美国专利号4,740,593。乳酸链球菌肽是形容一些紧密相关的物质的集合名称，该紧密相关的物质表现相似的氨基酸组成和某些有限范围的抗生素活性。E.Lipinska在“Antibiotics and Antibiosis inAgriculture”(M.Woodbine，Ed.)pp.103-130中说明此现象。
M.Doyle在“Effect of Environmental and Processing Conditions onListeria Monocytogenes”，Food Technology，1988.42(4)169-171中提出使用乳酸链球菌肽抑制单核细胞增生李斯特菌(L.monocytogenes)。这篇参考文件说明对生物生长的初期抑制(约为12小时)且提出单核细胞增生李斯特菌可在低至5.0的pH水平下生长，且具有耐碱性，可在pH9.6的条件下生长。
乳酸链球菌肽是市售的，提供自Rhodia Inc.，其商标为MICROGRARDMG 300，且纯化形式的商标为NovasinTM。在实际应用中，食品中的羊毛硫抗生素加入量使其活性成分(乳酸链球菌肽)为大约1ppm至大约25ppm之间(以处理用溶液的重量计)。
溶菌酶可并入本发明的水溶液中使用，以改善控制细菌的污染和/或生长的效率。当使用溶菌酶时，其加入食品中的量为大约20ppm至500ppm之间(处理用溶液的重量)，更优选为大约50ppm至100ppm之间。溶菌酶也是市售的，提供自Rhodia，其商标为NovaGARDTM。溶菌酶(lysozyme)(溶菌酶(muramidase)；粘肽N-乙酰粘多糖酶水解酶；1，4-β-N-乙酰己糖胺酶，E.C.3.2.1.17)为粘液溶解酶，它们从各种来源中分离，并为充分表征的酶。鸡蛋清溶菌酶于1992年被W.Fleming首次发现，鸡蛋清溶菌酶是其中首批被测序的蛋白之一，首个使用x-射线晶体学提出的三维结构，首个被提出其详细作用机理的蛋白。其对革兰氏阳性细菌的抗微生物活性例如在CRC Crit.Reviews in Food Sceince and Nutrition，1998，26(4)359-395中被V.N.Procter et al详细说明。鸡蛋清溶菌酶的分子量大约为14,300至14,600，等电点为pH10.5-10.7。它们由129种氨基酸组成，通过四个二硫桥键相互连接。类似的酶自其它来源分离到并进行了表征，该来源包括例如大肠埃希氏菌抗菌素T4(Escherichia colibacteriophage T4)和人类的泪水等不同产生源。尽管有些微小的区别(例如，人类溶菌酶有130种氨基酸)，乙酰己糖胺聚合物的水解能力基本上相同。因此，为了本发明的目的，术语溶菌酶意指包括那些具有将乙酰己糖胺及其相关聚合物水解的能力的外膜降解酶。
已知溶菌酶用于杀死细菌和真菌或抑制其生长，且在欧洲用于控制腐败菌梭菌(Clostridium tyrobutyrucum)在干酪中的生长。并且提出其在其它食品保藏应用中的使用，以及提出抑制(在某些例子中，为杀死)单核细胞增生李斯特菌的生长(Hughey et al，1987，Appl.Environ.Microbiol 532165-2170)。
为了改善控制细菌的污染和/或生长的效能，本发明的抗菌水溶液还可与乳酸菌和足球菌细菌代谢物，特别是片球菌素一起使用。乳酸菌和片球菌素两者已知是对革兰氏阳性而非革兰氏阴性细菌具有选择活性的化合物。
在本发明的各种具体实施方式
中，食品中的宽谱细菌的污染和/或生长可由抗菌水溶液单独使用或与其它抗菌处理剂联合地使用。该细菌可包括革兰氏阴性细菌例如大肠埃希氏菌、沙门氏菌、弯曲杆菌等；革兰氏阴性腐败细菌例如铜绿假单胞菌、产碱菌和欧文氏菌种等；革兰氏阳性病原体例如单核细胞增生李斯特菌、金黄葡萄球菌、炭疽芽孢杆菌、肉毒梭菌、产气荚膜梭菌、棒状杆菌、双球菌、分枝杆菌、链球菌、链霉菌等。沙门氏菌的实例包括鼠伤寒沙门氏菌、猪霍乱沙门氏菌、肠炎沙门氏菌；大肠埃希氏菌的实例包括大肠埃希氏菌ATCC 25922、大肠埃希氏菌ATCC 8739、大肠埃希氏菌O 157:H7 ATCC 43895等。
食品中的细菌含量可通过例如在标准化样本中的集落形成单位(CFU)的标准需氧菌计数法测定。例如，大肠埃希氏菌的数量可根据AOAC官方方法991.14，通过大肠埃希氏菌/大肠菌群计数测试片(PetrifilmTM(3M))进行测定。沙门氏菌的数量可根据AOAC官方方法990.13，通过使进行了三次肉汤增菌步骤的样本进行比色脱氧核糖核酸杂交测试(GENE-TRAKTM(Neogen Corporation))进行测定。推测的阳性结果一般可根据FDA-BAM(8thEdition Revision A，1998)而确定。结果以阳性结果的百分比显示，计算方法为((测试系列中阳性结果的数目/测试系列中样本的总数)×100)。
本发明的抗菌水溶液可用于处理多种食品，例如，可食用水果和蔬菜，可食用禽畜，例如鸟类、鱼类、甲壳类、贝壳类、哺乳类等。可食用水果和蔬菜的实例包括，但并不限制为生菜、西红柿、黄瓜、胡萝卜、菠菜、甘蓝菜、牛皮菜、卷心菜、椰菜、花椰菜、南瓜、豆、胡椒、苹果、橙、梨子、瓜类、桃、葡萄、梅子和樱桃。典型的鸟类包括鸡、火鸡、鹅、阉鸡、母鸡、鸽、鸭、珍珠鸡、雉、鹌鹑和鹧鸪。典型的鱼类包括鲶鱼、鲑鱼、大麻哈鱼、比目鱼、金枪鱼、剑鱼和鲨鱼。典型的甲壳类包括小龙虾、小虾、大虾、螃蟹和龙虾。典型的贝壳类包括蛤蚌、扇贝、蚝和蛤贝。典型的哺乳类包括牛、猪、绵羊、羊羔和山羊。
适用于食品的添加剂对本领域的技术人员是已知的，例如，天然或合成的调味料、香精油、香料、染料或着色剂、维生素、矿物质、营养物、酶、例如瓜尔胶和黄原胶的粘合剂等。在优选具体实施方式
中，瓜尔胶是用于促使抗菌剂结合至处理的食品表面。
在本发明的一个优选具体实施方式
中，抗菌水溶液是用于处理已取出内脏的畜体的，其中动物内脏经除去。除去内脏的畜体通常包括骨头、骨骼肌和相连筋膜。在一个优选具体实施方式
中，在接受本发明的抗菌水溶液处理前，鱼类或鸟类的皮不从已取去内脏的畜体中移除。在另一个优选具体实施方式
中，在接受本发明的抗菌水溶液处理前，哺乳类的皮从其已取去内脏的畜体移除。在多个具体实施方式
中，本发明的方法适用为畜体加工线的主要步骤，使畜体的细菌污染减至低于目标值。
例如，禽畜尸体可于屠宰后，于骤冷前或骤冷期间或骤冷之后，通过将畜体浸渍在抗菌水溶液中或将抗菌水溶液喷射在畜体上使其与抗菌溶液接触。在一个优选具体实施方式
中，通过在大气压(psig)以上计示压力为2磅/平方英寸，更优选2psig至400psig下，将抗菌水溶液喷射至畜体全部可到达的表面，使禽畜尸体与抗菌水溶液接触。在另一优选实施方式中，可在3psig至40psig的压力下，将抗菌水溶液喷射至畜体上使鸟类尸体与水溶液接触。在又另一优选实施方式中，可在20psig至150psig的压力下，将抗菌水溶液喷射至畜体上使哺乳类尸体与水溶液接触。
禽畜尸体可与抗菌水溶液接触超过或等于大约1秒至大约5分钟，更优选为大约5秒至大约2分钟，且更优选为大约15秒至大约1分钟。优选的接触时间意指主要的应用工艺的时间，例如，使抗菌水溶液与畜体接触的浸渍或喷射。例如，禽畜尸体可在抗菌水溶液的容器中浸没15秒，从溶液中取出，滴水30秒，并放置在塑料袋中。使用后可立即从畜体上清洗掉抗菌水溶液或另选地可容许其保留在畜体上。本发明所处理的禽畜尸体可于该处理后立即根据正常工艺条件，例如排水或骤冷，进行加工。任选地，可在进一步加工前从畜体上清洗掉抗菌溶液残余物。
畜体可通过以下步骤进行清洗将适量的酸性缓冲剂，例如Butterfield’s缓冲液加至包含畜体的塑料袋中，然后摇动缓冲液袋中的畜体，期间，可中和任何残余的碱性抗菌溶液。然后可除去袋中的清洗溶液，并将畜体容器放置在集装箱中的冰水上使进行骤冷。
本发明的抗菌溶液容许简易和节约地清洗食用禽畜尸体，以减少畜体的细菌污染和/或阻碍细菌在畜体上的生长，而不会根本地使畜体的感官性能(organleptic properties)受到损害，且不会生成包含更多磷酸盐的废液。感官性能包括例如外观、质地、味觉和嗅觉等的感觉性能。
作为另一重要的优点，本发明提供防止在金属物件上形成硅酸盐聚集体的方法，和/或促使从金属物件除去硅酸盐聚集体的方法，其包括对金属物件使用抗菌水溶液。在工业食品加工设备中，硅酸盐聚集体已知为不受欢迎的“水垢”、白点、污点、胶质的残余等。金属物件可以是食品加工设备中的任何金属工具或装置，例如钩环、钩环手柄、油滴盘、机壳、底盘和辅助装置等。
不受理论所限制，硅酸盐聚集体被认为是硅酸盐在工业中的应用，在例如家禽畜体的食品时通过硅酸盐变性而形成的，所述工业设置有不断循环的溶液，且其固有强度被重组。所有在应用中积聚的副产品以自净控制的平衡浓度保留在溶液中。硅酸盐溶液的变性例如偏硅酸钠(SMS)导致沉淀的发生，其包覆在金属表面且包含硅酸盐。届时，例如经一天的操作，硅酸盐就会变成二氧化硅或聚硅(poly silica)，其非常牢固地结合在例如铁的金属表面上。
可利用普通清洁剂除去硅酸盐聚集体。典型的清洁剂包括Rhodia提供的Mirataine化合物族以及Unisan提供的化合物。
有利地，据信，本发明在提供足够的抗微生物活性的同时，仅形成有限的水垢和/或更容易除去水垢。
有利地，可想象的是，将柠檬酸盐化合物加至磷酸盐和硅酸盐化合物中可改善其抗微生物活性。
在一个优选具体实施方式
中，抗菌水溶液经回收和再利用。优选地，在再利用前，将回收的溶液过滤以除去固体。优选地，监控抗菌水溶液的一个或多个组分的各自含量，且通过在溶液中加入适量的磷酸盐、柠檬酸盐、硅酸盐、水、碳酸盐和/或氢氧化物以恢复理想的抗菌水溶液。
具体实施例方式
以下提供的实例有助说明本发明。它们并不是用于限制本发明所附权利要求的范围。
进行了实验室试验和生产性试验两者的实验。在各实验中，于水中制备含有4％偏硅酸钠(INEOS)，1％十二水合磷酸三钠(AvGard)和1％柠檬酸钠(Danisco)的抗微生物溶液。在实验室规模实验中，将鸡畜体沉浸在溶液中4至16小时以得到肉汤。然后将所得到的肉汤洒溅于2×5英寸的不锈钢取样片(Coupons)的表面上16至192小时。取样片(Coupons)在例如曝露多天的重复基础上作评估，通常在每天的基础上进行检测。洒溅是通过搅拌肉汤而完成的。更具体而言，使用蠕动泵洒溅肉汤，使肉汤分散在取样片旁的推进器的旋转表面上。立即或在干燥后，移走并且清洗所得到的取样片。使用Mirataine JCHA、Mirataine H2CHA或Mirataine CBS进行清洗。所评估的取样片是根据目视检验进行评定的，且根据水垢沉积物的可见数量进行评级。使用上述的抗微生物溶液后，显示出优异的水垢抑制/去除结果，其在6-10之间(总级别为10)，同时使用另一肉汤溶液作为比较说明，该肉汤溶液显示相对较低级别的水垢抑制。
进行生产性试验实验，在940lbs.水中使用40lbs.SMS、10lbs.TSP和10lbs.柠檬酸钠制备上述溶液。进行8小时循环生产性试验，使用符合典型畜体处理程序的所述主题溶液。于循环期间，清洗油滴盘和钩环，且对所生成的污水垢进行目视评估。可选地于干燥前和干燥后清洗装置。使用水、含1％Mirataine的5％NaOH、或含1.5％Mirataine CBS的5％NaOH中的其中一种进行清洗。于数星期的时间内重复该工艺，每星期重复1至3次。实验显示了水洗从钩环除去水垢残余物的能力，以及水洗从油滴盘除去污水垢的能力，并且使用Mirataine清洁剂改善了水垢的清除力。实现这些成果的能力经数星期的评估得以显示。
典型的
具体实施例方式
通过优选具体实施方式
的参考得以说明。只要参阅和明白上述详细的说明，对本领域的其它技术人员，改性和改造将会是显而易见的。有意地使典型具体实施方式
在那些改性和改造落在所附权利要求以及其的范围内的情况下包括其所有改性和改造。
权利要求
1.一种抗菌水溶液，其包括(A)具有式(I)的磷酸盐，(B)具有式(II)的柠檬酸盐，和(C)具有式[(M7)2O]·(SiO2)m·(H2O)z的硅酸盐， 其中M1、M2、M3、M4、M5、M6和M7互相独立地选自由氢、钠和钾构成的组；x、y和z互相独立地为0至12之间的任何数；且m是1至6之间的任何数。
2.如权利要求1所述的抗菌水溶液，其中M1、M2和M3都是钠。
3.如权利要求1或2所述的抗菌水溶液，其中所述磷酸盐选自十二水合磷酸三钠(Na3PO4·12H2O)、六水合磷酸三钠及其混合物构成的组。
4.如前述任一项权利要求所述的抗菌水溶液，其中x＝12。
5.如前述任一项权利要求所述的抗菌水溶液，其中根据溶液的总重量，所述磷酸盐的浓度为大约0.1％至4％。
6.如前述任一项权利要求所述的抗菌水溶液，其中根据溶液的总重量，所述磷酸盐的浓度为大约0.5％至2％。
7.如前述任一项权利要求所述的抗菌水溶液，其中M4、M5和M6都是钠。
8.如前述任一项权利要求所述的抗菌水溶液，其中根据溶液的总重量，所述柠檬酸盐的浓度为大约0.1％至4％。
9.如前述任一项权利要求所述的抗菌水溶液，其中根据溶液的总重量，所述柠檬酸盐的浓度为大约0.5％至2％。
10.如权利要求1至9中的任一项所述的抗菌水溶液，其中所述硅酸盐选自由二硅酸钠、偏硅酸钠、二硅酸钾、偏硅酸钾及其混合物构成的组。
11.如权利要求1至9中的任一项所述的抗菌水溶液，其中所述硅酸盐选自由无水偏硅酸钠、无水偏硅酸钾、五水合偏硅酸钠、五水合偏硅酸钾、六水合偏硅酸钠、六水合偏硅酸钾、九水合偏硅酸钠、九水合偏硅酸钾及其混合物构成的组。
12.如权利要求1至9中的任一项所述的抗菌水溶液，其中所述硅酸盐包括结晶[Na2O]·(SiO2)m·(H2O)z，其中m在0.5至3.5的范围内；且硅酸盐的含水量在0％至55wt％的范围内。
13.如前述任一项权利要求所述的抗菌水溶液，其中m＝1。
14.如前述任一项权利要求所述的抗菌水溶液，其中z在0至9的范围内。
15.如前述任一项权利要求所述的抗菌水溶液，其中z是0、5、6或9。
16.如前述任一项权利要求所述的抗菌水溶液，其中根据溶液的总重量，所述硅酸盐的浓度为大约0.4％至15％。
17.如前述任一项权利要求所述的抗菌水溶液，其中根据溶液的总重量，所述硅酸盐的浓度为大约2％至6％。
18.如前述任一项权利要求所述的抗菌水溶液，其包括十二水合磷酸三钠、柠檬酸钠和偏硅酸钠。
19.如前述任一项权利要求所述的抗菌水溶液，其中溶液的溶剂为自来水。
20.如前述任一项权利要求所述的抗菌水溶液，其进一步包括组分(D)，所述组分(D)选自由碳酸盐、氢氧化物、氯化物、硫酸盐、氨及其混合物构成的组。
21.如权利要求20所述的抗菌水溶液，其中组分(D)选自由无水或水合碳酸钠、无水或水合碳酸氢钠、无水或水合碳酸钾、无水或水合碳酸氢钾、氢氧化钠、氢氧化钾、氯化钠、氧化钾、硫酸钠、硫酸钾及其混合物构成的组。
22.如权利要求21所述的抗菌水溶液，其中组分(D)选自由氢氧化钠、碳酸钠及其混合物构成的组。
23.如权利要求20至22中的任一项所述的抗菌水溶液，其中根据溶液的总重量，组分(D)的浓度为0.2％至7％。
24.如权利要求20至23中的任一项所述的抗菌水溶液，其中根据溶液的总重量，组分(D)的浓度为0.4％至2％。
25.如前述任一项权利要求所述的抗菌水溶液，其pH值为11至14。
26.如前述任一项权利要求所述的抗菌水溶液，其pH值为12至13.5。
27.如前述任一项权利要求所述的抗菌水溶液，其pH值为12.75至13.25。
28.一种控制食品中细菌的污染和/或生长的方法，其包括使食品与权利要求1至27中的任一项所述的抗菌溶液接触。
29.如权利要求28所述的方法，其进一步包括将食品用抗菌化学品处理，所述抗菌化学品选自由氯；啤酒花酸萃取物或啤酒花树脂；丙酸杆菌代谢物；壳聚糖；叔丁基氢醌(TBHQ)；二氧化氯；气体灭菌剂，例如环氧乙烷和环氧丙烷；四甲酸铵；酸，例如乳酸、醋酸、丙酸、山梨酸、酒石酸、苯甲酸、硝酸、酰氧基链烯酸、及其盐，及其混合物构成的组。
30.如权利要求29所述的方法，其中丙酸杆菌代谢物通过培养丙酸杆菌菌株而得到，所述丙酸杆菌菌株选自由谢氏丙酸杆菌、费氏丙酸杆菌、戊糖丙酸杆菌、特氏丙酸杆菌、阿拉伯丙酸杆菌、P.rubrum、詹氏丙酸杆菌和P.peterssonii构成的组。
31.如权利要求28至30中的任一项所述的方法，其进一步包括将食品用抗菌生化剂处理。
32.如权利要求31所述的方法，其中所述抗菌生化剂选自由羊毛硫抗生素、溶菌酶、片球菌素、乳酸菌、及其混合物构成的组。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述羊毛硫抗生素选自由乳酸链球菌肽、枯草菌素、pep 5、表皮素、gallidermin、肉桂霉素、Ro09-0198、耐久霉素和血管紧张肽转化抑制酶肽及其混合物构成的组。
34.如权利要求28至33中的任一项所述的方法，其中所述细菌选自由例如大肠埃希氏菌、沙门氏菌和弯曲杆菌等的革兰氏阴性细菌；例如铜绿假单胞菌、产碱菌和欧文氏菌种等的革兰氏阴性腐败细菌；例如单核细胞增生李斯特菌、金黄葡萄球菌、炭疽芽孢杆菌、肉毒梭菌、产气荚膜梭菌、棒状杆菌、双球菌、分枝杆菌、链球菌和链霉菌等的革兰氏阳性病原体构成的组。
35.如权利要求28至34中的任何一项所述的方法，其中所述食品为可食用水果、蔬菜或禽畜。
36.如权利要求35所述的方法，其中所述水果或蔬菜选自由生菜、西红柿、黄瓜、胡萝卜、菠菜、甘蓝菜、牛皮菜、卷心菜、椰菜、花椰菜、南瓜、豆、胡椒、苹果、橙、梨子、瓜类、桃、葡萄、梅子和樱桃及其混合物构成的组。
37.如权利要求35所述的方法，其中所述禽畜选自由例如鸡、火鸡、鹅、阉鸡、母鸡、鸽、鸭、珍珠鸡、雉、鹌鹑和鹧鸪的鸟类；鲶鱼、鲑鱼、大麻哈鱼、比目鱼、金枪鱼、剑鱼和鲨鱼的鱼类；小龙虾、小虾、大虾、螃蟹和龙虾的甲壳类；蛤蚌、扇贝、蚝和蛤贝的贝壳类；牛、猪、绵羊、羊羔和山羊的哺乳类；及其混合物构成的组。
38.如权利要求35或37所述的方法，其中食品为已取出内脏的禽畜畜体。
39.如权利要求28至38中的任一项所述的方法，其进一步包括将添加剂加至食品中。
40.如权利要求39所述的方法，其中所述添加剂选自由天然或合成的调味料、精油、香料、染料或着色剂、维生素、矿物质、营养物、酶、例如瓜尔胶和黄原胶的粘合剂、及其混合物构成的组。
41.一种防止在金属物件上形成水垢聚集体，和/或促使从金属物件除去水垢聚集体的方法，其包括使用如权利要求1至27中的任一项所述的硅酸盐溶液。
42.如权利要求41所述的方法，其进一步包括使用清洁剂清除水垢。
43.如权利要求41或42所述的方法，其中所述金属物件选自钩环、钩环手柄、油滴盘、机壳、底盘和辅助装置。
44.如权利要求28至43中的任一项所述的方法，其进一步包括回收和再利用所述抗菌水溶液。
全文摘要
本发明提供一种抗菌水溶液，其包括磷酸盐、柠檬酸盐和硅酸盐；控制食品中细菌污染和/或生长的方法；防止在金属物件上形成硅酸盐聚集体，和/或促使从金属物件除去硅酸盐聚集体的方法；以及在工业抗菌工艺中减少使用磷酸盐的方法。
文档编号A23L3/3508GK101094734SQ200580038323
公开日2007年12月26日 申请日期2005年11月8日 优先权日2004年11月10日
发明者查尔斯·R·莫斯托勒 申请人:丹尼斯科有限公司