高壓靜電場(chǎng)對(duì)青霉菌、大腸桿菌和啤酒酵母殺菌效果和作用機(jī)理的試驗(yàn)研究.pdf

1、高壓靜電場(chǎng)作為一種微能源，在農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮、動(dòng)植物培育、食品工程和水處理等領(lǐng)域已經(jīng)有了一些研究和應(yīng)用。微生物體內(nèi)大多含有一定的電解質(zhì)成分，適宜的高壓靜電場(chǎng)處理必然會(huì)對(duì)其生命活動(dòng)產(chǎn)生影響，從而起到一定的殺菌效果。同時(shí)高壓靜電場(chǎng)殺菌與熱殺菌相比，能夠更好地保持食品的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。目前這方面的研究極少，已有的少量試驗(yàn)也都停留在對(duì)微生物致死效果的層面，不夠深入。選擇高壓靜電場(chǎng)殺菌課題，符合食品低溫高效殺菌的發(fā)展趨勢(shì)，具有很高的學(xué)術(shù)價(jià)值和良好的應(yīng)用前

2、景。 本論文自行設(shè)計(jì)制作了高壓靜電場(chǎng)裝置，選擇青霉菌、大腸桿菌、啤酒酵母為處理對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行了高壓靜電場(chǎng)處理，觀察了殺菌效果，通過(guò)檢測(cè)菌體外形結(jié)構(gòu)、菌液成分、菌體內(nèi)酶的活性及DNA組織等的變化，初步探討了致死機(jī)理。此外還針對(duì)牛奶、桔汁、桔子等進(jìn)行了高壓靜電場(chǎng)殺菌的應(yīng)用試驗(yàn)，探討了殺菌效果和樣品理化指標(biāo)、感官指標(biāo)等的變化。 本論文的主要結(jié)論如下： 1、高壓靜電場(chǎng)殺菌設(shè)備，總體應(yīng)由高壓電源、電路(包括升壓電路、橋整流

3、濾波電路、調(diào)壓檢測(cè)電路、保護(hù)電路等)、處理室、測(cè)量和控制裝置等部分組成，以滿足殺菌的需要。 2、高壓靜電場(chǎng)處理對(duì)青霉菌孢子的萌發(fā)具有促進(jìn)和抑制的雙重作用。電場(chǎng)強(qiáng)度小于400kV/m、處理時(shí)間小于20min時(shí)，萌發(fā)率明顯高于對(duì)照。超過(guò)該值，孢子萌發(fā)率隨著電場(chǎng)強(qiáng)度、處理時(shí)間增大而降低。電場(chǎng)強(qiáng)度大于620kV/m、處理時(shí)間超過(guò)1h，可完全抑制孢子的萌發(fā)。預(yù)萌發(fā)時(shí)間為4h以內(nèi)時(shí)，隨著預(yù)萌發(fā)時(shí)間增加，電場(chǎng)處理后萌發(fā)率明顯減小，超過(guò)4h，電

4、場(chǎng)對(duì)已萌發(fā)孢子的抑制則有所減弱。 影響孢子萌發(fā)率的因素主次順序?yàn)椋弘妶?chǎng)強(qiáng)度>處理時(shí)間>處理溫度>預(yù)萌發(fā)時(shí)間。各因素對(duì)青霉菌孢子萌發(fā)率的影響程度都在顯著水平之上。 青霉菌的芽管長(zhǎng)度、產(chǎn)孢量和菌斑直徑等指標(biāo)，均隨著電場(chǎng)強(qiáng)度和處理時(shí)間的延長(zhǎng)而變小，變化趨勢(shì)與萌發(fā)率相似。 3、高壓靜電場(chǎng)處理對(duì)大腸桿菌有良好的殺菌作用，大腸桿菌的致死率隨電場(chǎng)強(qiáng)度的增大而迅速提高，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到667kV/m時(shí)，大腸桿菌的致死率達(dá)98.7％

5、。大腸桿菌致死率隨處理時(shí)間延長(zhǎng)和處理溫度升高而上升。隨著菌液量增多，大腸桿菌致死率稍有增加。 影響大腸桿菌致死率的因素主次順序?yàn)椋弘妶?chǎng)強(qiáng)度>處理時(shí)間>處理溫度>處理量。最優(yōu)水平組合為：電場(chǎng)強(qiáng)度為667kV/m，處理時(shí)間為60min，處理溫度為40℃，處理量為8mL。該條件下大腸桿菌致死率為99.2％。 4、高壓靜電場(chǎng)處理對(duì)啤酒酵母具有良好的殺菌效果。啤酒酵母的致死率先隨著電場(chǎng)強(qiáng)度增大而上升，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度大于100kV/m后

6、開始下降。100kV/m條件下的致死率先隨著處理時(shí)間增加致死率不斷上升，處理3min時(shí)最高，可達(dá)到99.1％，此后開始下降。啤酒酵母致死率隨處理室溫度升高而上升，但升幅不大，40℃和30℃相比僅升高2.3％。隨著菌液量增大，啤酒酵母的致死率緩慢上升，8mL與6mL相比增加了1.2％。 影響啤酒酵母致死率的因素主次順序?yàn)椋弘妶?chǎng)強(qiáng)度>處理時(shí)間>處理溫度>處理量。最優(yōu)水平組合為A<,2>B<,2>C<,3>D<,3>即：電場(chǎng)強(qiáng)度100

7、kV/m，處理時(shí)間3min，處理室溫度40℃，處理量為8mL，其致死率為99.8％。 5、高壓靜電場(chǎng)處理后，青霉菌的孢子表面出現(xiàn)皺縮和孔洞，青霉菌中蛋白酶的活力和單孢子懸液的電導(dǎo)率沒有明顯變化。所以，高壓靜電場(chǎng)處理使青霉菌孢子的結(jié)構(gòu)和形態(tài)受到破壞，是青霉菌孢子致死的主要原因。 6、高壓靜電場(chǎng)處理后，大腸桿菌菌體發(fā)生凹陷，表面凸凹不平。0～333kV/m電場(chǎng)強(qiáng)度下可提高大腸桿菌中蛋白酶活力，最多提高29.9％，超過(guò)333k

8、V/m，酶活逐漸降低，降幅可達(dá)13.2％，去除菌體的上清液中蛋白質(zhì)和核酸的含量與對(duì)照相比有顯著增加，菌液的電導(dǎo)率有所升高，pH值有所下降，表明細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞使細(xì)胞質(zhì)外流、DNA被破壞、酶活力改變等，是大腸桿菌致死的主要原因。 7、高壓靜電場(chǎng)處理后，啤酒酵母的中部出現(xiàn)凹陷，表面出現(xiàn)褶皺，啤酒酵母中蛋白酶活性沒有明顯變化，去除菌體的上清液中蛋白質(zhì)和核酸含量與對(duì)照相比顯著增加，菌液的電導(dǎo)率、pH值有所升高。因此，形態(tài)結(jié)構(gòu)改變、細(xì)胞膜被

9、破壞、細(xì)胞質(zhì)外流是啤酒酵母致死的主要原因。 8、牛奶中大腸桿菌的致死率，隨著高壓靜電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度和處理時(shí)間的增加而上升。影響致死率的因素主次順序?yàn)椋弘妶?chǎng)強(qiáng)度>處理時(shí)間>處理溫度>處理量，最佳參數(shù)組合為：電場(chǎng)強(qiáng)度500kV/m，處理時(shí)間45min，處理溫度40℃，菌液量12mL。該條件下致死率為96.6％。處理前后牛奶的蛋白質(zhì)、脂肪、非脂干物質(zhì)含量等理化指標(biāo)以及滋味、口感、氣味、色澤等感官品質(zhì)無(wú)明顯變化，均在正常范圍。 9、

10、經(jīng)高壓靜電場(chǎng)處理的孢子在桔子果實(shí)上的致病率較低，感病果實(shí)病斑的擴(kuò)展也明顯較慢。表明高壓靜電場(chǎng)處理能夠抑制桔子果實(shí)發(fā)病，減緩病斑的擴(kuò)展。 10、高壓靜電場(chǎng)處理對(duì)桔汁能起到較好的滅菌效果，隨著高壓靜電場(chǎng)的處理劑量(場(chǎng)強(qiáng)×?xí)r間)增加，致死率明顯增高，580kV/m、60min時(shí)為86.46％。隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加，Vc的損失越來(lái)越大，580kV/m損失達(dá)38.90％。桔汁的電導(dǎo)率隨場(chǎng)強(qiáng)的增加而升高，580kV/m比對(duì)照提高12.60％。