高压脉冲与热灭菌技术的研究

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由于大肠杆菌是食物中最常见的一类致病菌，对于它的杀灭程度直接决定了一种灭菌方法是否能够达到工业生产的要求，所以我们选择了大肠杆菌作为实验对象。本课题旨在探讨一种将高压脉冲电场的非热灭菌与高温灭菌相结合的灭菌技术，通过对大肠杆菌的灭菌试验，寻找最佳的灭菌参数。

1材料与方法

1.1材料与仪器

微生物菌种实验采用大肠杆菌（CGMCC1.90）为目标微生物，由杭州师范学院生物所提供；细菌培养基蛋白胨10g,酵母提取物5g,氯化钠(NaCl)5g，加双蒸水至1L，高温高压灭菌备用。

1.2大肠杆菌的培养及不同的灭菌方式

大肠杆菌从固体斜面接种至牛肉膏蛋白胨培养基，37℃培养24h，取1mL菌液用无菌水稀释106倍后，充分混匀后，使菌液浓度为106～107CFU/mL左右。

1.2.1大肠杆菌在不同温度下的生长情况

将大肠杆菌菌液分别放于4支试管中，3mL/支，分别放入35、40、45、50、55℃水浴锅中5min。采用平板计数法，取未作用的对照和水浴作用后的菌悬液各0.2mL，涂平板，倒置于恒温培养箱中培养48h后计菌落数。我们以对照组，即37℃时生长的菌落数为基础，分别计算其他温度条件下大肠杆菌的菌落数占37℃时菌落数的百分比，从而观察各个温度条件下大肠杆菌生长情况的不同。

1.2.2单独用高压脉冲电场与用电场+高温联合方法的灭菌效果

高压脉冲电场处理：参数如下：场强=70kv/cm、脉宽=10µs、频率=10Hz、时间=10s、脉冲数=100个。将大肠杆菌菌液分别放于3支试管中，3mL/支，分别放入40、45、50℃水浴锅中5min。然后分别进行高压脉冲电场处理，参数同上。采用平板计数法，取未作用的对照、电场作用后、水浴并电场作用后的菌悬液各0.2mL，涂平板，倒置于恒温培养箱中培养48h后计菌落数。

1.2.3单独用高温与用电场+高温联合方法的灭菌效果

将大肠杆菌菌液分别放于3支试管中，3mL/支，分别放入40、45、50℃水浴锅中5min。之后将每支试管中的菌液均分2分，一份直接铺平板，一份进行高压脉冲电场处理，参数同上。采用平板计数法，取未作用的对照、水浴作用后、水浴并电场作用后的菌悬液各0.2mL，涂平板，倒置于恒温培养箱中培养48h后计菌落数。

2结果与分析

2.1大肠杆菌在不同温度下的生长情况

首先我们观察大肠杆菌分别在35℃、40℃、45℃、50℃和55℃条件下的生长的菌落数。大肠杆菌在不同温度下的生长情况见，从中可以看出，大肠杆菌的生长受温度影响很大，37~40℃是最适宜的生长温度。之后随着温度的升高，其存活率迅速下降，并且在55℃时已经完全达到了灭菌效果（存活率已达到0%）。说明55℃或以上能够有效的杀灭大肠杆菌。已有文献表明，温度影响大肠杆菌生长的一个重要因素[14-15]。但是高温灭菌方法也存在其不足之处，达到所需温度的能耗过大，作用时间长以及有些食品或物品不能够承受这么高的温度。

2.2单独用高压脉冲电场与用电场+高温联合方法的灭菌效果

在本实验中，我们选取的参数为场强=70kv/cm、脉宽=10µs、频率=10Hz、时间=10s、脉冲数=100个。为将仅用高压脉冲电场与高温和高压脉冲电场相结合的方法对大肠杆菌的灭菌效果对比（以对照组control的菌落数为基础）。从图5中可以看到，仅仅使用高压脉冲电场，48h后，大肠杆菌的存活率为24.60%±4.23%，而配合温度条件之后，大肠杆菌的存活率分别达到66.64%±3.33%（40℃）、10.01%±2.91%（45℃）和0.43%±0.26%（50℃）。由此我们可以得出结论，适当的配合高温处理，能够有效的弥补高压脉冲电场灭菌效果的不足。但这灭菌效果的提高仅仅是由于温度升高的结果，还是高压脉冲电场与高温共同作用的结果，还需要接下来的实验结果进行说明。

2.3单独用高温与用电场+高温联合方法的灭菌效果

高温与高压脉冲电场和高温联合方法对大肠杆菌的存活率的影响见图6。所示，以对照组control的菌落数为基础，40℃条件下，配合高压脉冲电场比单独使用高温，大肠杆菌的存活率从126.0%±3.56%降低至60.64%±2.12%，而45℃条件下，存活率则由66.27%±2.12%降至13.69%±2.78%。到50℃时，两种方法的差别已不是很明显了。由此我们可以得出结论，高压脉冲电场配合一定的温度条件能够有效的提高两种方法分别作用的灭菌效果。对比之前大肠杆菌存活率的温度曲线，我们可以看到，达到10%左右的存活率，单靠高温灭菌需要50℃左右，而配合高压脉冲电场，仅需要45℃即可。这样既节省了能源，又能够降低食品或物品的温度。

3结论

实验结果表明，单一的高温灭菌方法或单一的高压脉冲电场灭菌方法都不能够省时、有效、节能的进行灭菌。而将这两种方法相结合，能够有效的提高灭菌效果。将食品在45℃条件下进行预热5min后再进行高压脉冲电场灭菌，大肠杆菌的存活率已降至13.69%。这样既节省了能源，又适用于一些不能够加热至45℃以上的食物的灭菌，能够互补两种灭菌方法的优缺点，成为一种实用的灭菌手段。

作者：刘珂舟杨勇袁夏冰韩其国屠亚威符米静单位：杭州电子科技大学生命信息与仪器工程学院杭州电子科技大学自动化学院