高壓脈沖與熱滅菌技術的研究
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由于大腸桿菌是食物中最常見的一類致病菌，對于它的殺滅程度直接決定了一種滅菌方法是否能夠達到工業(yè)生產(chǎn)的要求，所以我們選擇了大腸桿菌作為實驗對象。本課題旨在探討一種將高壓脈沖電場的非熱滅菌與高溫滅菌相結合的滅菌技術，通過對大腸桿菌的滅菌試驗，尋找最佳的滅菌參數(shù)。
1材料與方法
1.1材料與儀器
微生物菌種實驗采用大腸桿菌（CGMCC1.90）為目標微生物，由杭州師范學院生物所提供；細菌培養(yǎng)基蛋白胨10g,酵母提取物5g,氯化鈉(NaCl)5g，加雙蒸水至1L，高溫高壓滅菌備用。
1.2大腸桿菌的培養(yǎng)及不同的滅菌方式
大腸桿菌從固體斜面接種至牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，37℃培養(yǎng)24h，取1mL菌液用無菌水稀釋106倍后，充分混勻后，使菌液濃度為106～107CFU/mL左右。
1.2.1大腸桿菌在不同溫度下的生長情況
將大腸桿菌菌液分別放于4支試管中，3mL/支，分別放入35、40、45、50、55℃水浴鍋中5min。采用平板計數(shù)法，取未作用的對照和水浴作用后的菌懸液各0.2mL，涂平板，倒置于恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48h后計菌落數(shù)。我們以對照組，即37℃時生長的菌落數(shù)為基礎，分別計算其他溫度條件下大腸桿菌的菌落數(shù)占37℃時菌落數(shù)的百分比，從而觀察各個溫度條件下大腸桿菌生長情況的不同。
1.2.2單獨用高壓脈沖電場與用電場+高溫聯(lián)合方法的滅菌效果
高壓脈沖電場處理：參數(shù)如下：場強=70kv/cm、脈寬=10µs、頻率=10Hz、時間=10s、脈沖數(shù)=100個。將大腸桿菌菌液分別放于3支試管中，3mL/支，分別放入40、45、50℃水浴鍋中5min。然后分別進行高壓脈沖電場處理，參數(shù)同上。采用平板計數(shù)法，取未作用的對照、電場作用后、水浴并電場作用后的菌懸液各0.2mL，涂平板，倒置于恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48h后計菌落數(shù)。
1.2.3單獨用高溫與用電場+高溫聯(lián)合方法的滅菌效果
將大腸桿菌菌液分別放于3支試管中，3mL/支，分別放入40、45、50℃水浴鍋中5min。之后將每支試管中的菌液均分2分，一份直接鋪平板，一份進行高壓脈沖電場處理，參數(shù)同上。采用平板計數(shù)法，取未作用的對照、水浴作用后、水浴并電場作用后的菌懸液各0.2mL，涂平板，倒置于恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48h后計菌落數(shù)。
2結果與分析
2.1大腸桿菌在不同溫度下的生長情況
首先我們觀察大腸桿菌分別在35℃、40℃、45℃、50℃和55℃條件下的生長的菌落數(shù)。大腸桿菌在不同溫度下的生長情況見，從中可以看出，大腸桿菌的生長受溫度影響很大，37~40℃是最適宜的生長溫度。之后隨著溫度的升高，其存活率迅速下降，并且在55℃時已經(jīng)完全達到了滅菌效果（存活率已達到0%）。說明55℃或以上能夠有效的殺滅大腸桿菌。已有文獻表明，溫度影響大腸桿菌生長的一個重要因素[14-15]。但是高溫滅菌方法也存在其不足之處，達到所需溫度的能耗過大，作用時間長以及有些食品或物品不能夠承受這么高的溫度。
2.2單獨用高壓脈沖電場與用電場+高溫聯(lián)合方法的滅菌效果
在本實驗中，我們選取的參數(shù)為場強=70kv/cm、脈寬=10µs、頻率=10Hz、時間=10s、脈沖數(shù)=100個。為將僅用高壓脈沖電場與高溫和高壓脈沖電場相結合的方法對大腸桿菌的滅菌效果對比（以對照組control的菌落數(shù)為基礎）。從圖5中可以看到，僅僅使用高壓脈沖電場，48h后，大腸桿菌的存活率為24.60%±4.23%，而配合溫度條件之后，大腸桿菌的存活率分別達到66.64%±3.33%（40℃）、10.01%±2.91%（45℃）和0.43%±0.26%（50℃）。由此我們可以得出結論，適當?shù)呐浜细邷靥幚恚軌蛴行У膹浹a高壓脈沖電場滅菌效果的不足。但這滅菌效果的提高僅僅是由于溫度升高的結果，還是高壓脈沖電場與高溫共同作用的結果，還需要接下來的實驗結果進行說明。
2.3單獨用高溫與用電場+高溫聯(lián)合方法的滅菌效果
高溫與高壓脈沖電場和高溫聯(lián)合方法對大腸桿菌的存活率的影響見圖6。所示，以對照組control的菌落數(shù)為基礎，40℃條件下，配合高壓脈沖電場比單獨使用高溫，大腸桿菌的存活率從126.0%±3.56%降低至60.64%±2.12%，而45℃條件下，存活率則由66.27%±2.12%降至13.69%±2.78%。到50℃時，兩種方法的差別已不是很明顯了。由此我們可以得出結論，高壓脈沖電場配合一定的溫度條件能夠有效的提高兩種方法分別作用的滅菌效果。對比之前大腸桿菌存活率的溫度曲線，我們可以看到，達到10%左右的存活率，單靠高溫滅菌需要50℃左右，而配合高壓脈沖電場，僅需要45℃即可。這樣既節(jié)省了能源，又能夠降低食品或物品的溫度。
3結論
實驗結果表明，單一的高溫滅菌方法或單一的高壓脈沖電場滅菌方法都不能夠省時、有效、節(jié)能的進行滅菌。而將這兩種方法相結合，能夠有效的提高滅菌效果。將食品在45℃條件下進行預熱5min后再進行高壓脈沖電場滅菌，大腸桿菌的存活率已降至13.69%。這樣既節(jié)省了能源，又適用于一些不能夠加熱至45℃以上的食物的滅菌，能夠互補兩種滅菌方法的優(yōu)缺點，成為一種實用的滅菌手段。
作者：劉珂舟楊勇袁夏冰韓其國屠亞威符米靜單位：杭州電子科技大學生命信息與儀器工程學院杭州電子科技大學自動化學院
