脈沖強(qiáng)光對微生物的殺菌效果
發(fā)布時間：
2023/03/20
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脈沖強(qiáng)光是一項有望取代傳統(tǒng)的物理和化學(xué)殺菌手段的新技術(shù)，它是利用瞬時的、高強(qiáng)度的脈沖光能量，有效殺滅暴露在食品和包裝材料表面或水中的細(xì)菌、霉菌、 孢子、病毒、原生質(zhì)、休眠孢子等各類微生物以及食品中的內(nèi)源酶。脈沖強(qiáng)光對各類微生物殺菌效果都非常明顯，而且它是一種無汞、低熱、無副產(chǎn)物的新型殺菌技術(shù)。
脈沖強(qiáng)光是一項有望取代傳統(tǒng)的物理和化學(xué)殺菌手段的新技術(shù)，它是利用瞬時的、高強(qiáng)度的脈沖光能量，有效殺滅暴露在食品和包裝材料表面或水中的細(xì)菌、霉菌、 孢子、病毒、原生質(zhì)、休眠孢子等各類微生物以及食品中的內(nèi)源酶。脈沖強(qiáng)光對各類微生物殺菌效果都非常明顯，而且它是一種無汞、低熱、無副產(chǎn)物的新型殺菌技術(shù)。
一、脈沖強(qiáng)光殺菌機(jī)理
1.光化作用
由于細(xì)菌的細(xì)胞中含有細(xì)菌的遺傳信息核酸,當(dāng)核酸被脈沖強(qiáng)光照射時會大量吸收紫外光，從而在體內(nèi)形成一部分的間二氮雜苯和間二氮雜苯的異構(gòu)體。這種物質(zhì)會使細(xì)菌自身的新陳代謝機(jī)能出現(xiàn)障礙，并且會導(dǎo)致細(xì)菌的遺傳性出現(xiàn)問題，直至死亡。脈沖強(qiáng)光中的200-280nm部分容易被吸收，光化作用主要是UVC。
2.光熱作用
雖然光化作用主要來自于UVC,但脈沖強(qiáng)光的UVA和UVB部分也起著一定的殺菌作用。當(dāng)輻射劑量達(dá)到一定的水平，UVA和UVB可以使細(xì)胞的表面溫度迅速升高至130°C，從而破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁，使細(xì)胞液蒸發(fā)，徹底破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致死亡
二、脈沖強(qiáng)光對大腸桿菌的殺菌實驗
1.實驗裝置以及參數(shù)
自制脈沖強(qiáng)光殺菌裝置，該裝置采用電容式脈沖發(fā)生電路，手動控制，使用直管型脈沖強(qiáng)光燈做脈沖光源，用半圓柱形反光面對脈沖光源聚光。經(jīng)測試，裝置所發(fā)出脈沖強(qiáng)光波長范圍為200~1100nm, 脈沖強(qiáng)光的脈沖寬度為20μs，輸入能量為644J。該裝置光照強(qiáng)度、閃照次數(shù)、閃照間隔、受照射物體離光源的距離均可調(diào)節(jié)控制。
2.實驗方法
2.1菌液的制備
將斜面試管中的大腸桿菌活化,在無菌超凈工作臺中接種于無菌水中, 接種量控制在106 ～107個/ml。
2.2處理方法
每個直徑為75 mm平皿盛入一定體積的待處理菌液,放在殺菌處理室中央,與光源地距離2 cm,按照設(shè)定的工藝參數(shù)進(jìn)行脈沖強(qiáng)光閃照處理,每次重復(fù)試驗3次。
2.3試驗參數(shù)設(shè)置
光照強(qiáng)度: 0. 2, 0. 25, 0. 3, 0. 375,0. 5, 0. 625, 0. 75 J /cm2 ; 閃照次數(shù): 1, 2, 4, 8, 16;菌液厚度:3. 4, 6. 8, 10. 2, 13. 6, 17 cm;菌液透光率: 1, 2, 4, 8, 16, 32;菌液濃度(稀釋倍數(shù)) : 10, 100, 1 000倍。
2.4大腸桿菌致死檢驗
將處理完的菌液按1 ∶10 稀釋,選取10- 2 , 10- 3 , 10- 4 , 10 - 5 , 10 – 6,5個稀釋度,每個稀釋度做3次重復(fù)試驗,記數(shù)時取平均值。菌檢使用蛋白胨培養(yǎng)基。經(jīng)培養(yǎng)后與對照組(未經(jīng)處理的同樣菌種)進(jìn)行比較。
將處理過的菌用平板計數(shù)法進(jìn)行活菌數(shù)的檢測。
殺菌率= [ (對照殘菌數(shù)- 處理殘菌數(shù)) /對照殘菌數(shù)]×100%
選擇光照強(qiáng)度、閃照次數(shù)、菌液厚度、菌液透光率、菌液濃度作為影響因素。
3. 實驗結(jié)果
3.1 光照強(qiáng)度對殺菌效果的影響
光照強(qiáng)度與殺菌率成正比，殺菌率隨光照強(qiáng)度增加而增加，當(dāng)光照強(qiáng)度為0.75J/cm2 時大腸桿菌完全至死。
3.2 閃照次數(shù)對殺菌效果的影響
在光照強(qiáng)度為0.5J/cm2,菌液厚度3.4 mm,菌液透光率為100的情況下，采用不同的閃照次數(shù)進(jìn)行處理。閃照次數(shù)與殺菌率成正比，殺菌率隨閃照次數(shù)增加而增加。
3.3 菌液厚度對殺菌效果的影響
在透光率為1的情況下，菌液厚度與殺菌率成反比，菌液液層越厚，殺菌越低。當(dāng)透光率為100時,改變菌液厚度,殺菌率基本沒有變化。由此得出,菌液厚度與菌液透光率相互影響,一定菌液厚度只有在一定透光率下才影響殺菌效果,反之,也成立.
從以上結(jié)果分析可看出，脈沖強(qiáng)光殺菌對于大腸桿菌的殺菌效果是十分顯著的，在幾個脈沖就可達(dá)到完全致死，與傳統(tǒng)紫外線殺菌相比，在相同的殺菌效果下，殺菌處理時間更快，該技術(shù)是一種具有廣闊前景的殺菌技術(shù)，對其他微生物殺菌效果如下表：
|
菌 種 |
處 理 方 式 |
殺 滅 效 果 |
來 源 |
|
大腸桿菌 |
輻照強(qiáng)度0.5J/cm2 閃照16次 |
6個數(shù)量級 |
東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院 |
|
枯草芽孢桿菌 |
輸入能量700J 閃照30次 |
5個數(shù)量級 |
華南理工大學(xué)食品生物工程學(xué)院 |
|
單核細(xì)胞增生李斯特菌 |
單次輸入3J 閃照200次 |
4個數(shù)量級 |
蘇格蘭斯特拉斯克萊德大學(xué)生物科學(xué)和生物技術(shù)學(xué)院 |
|
沙門氏菌 |
單次輸入3J 閃照200次 |
4個數(shù)量級 |
蘇格蘭斯特拉斯克萊德大學(xué)生物科學(xué)和生物技術(shù)學(xué)院 |
|
金黃色球菌 |
輻照強(qiáng)度5.6J/cm2 閃照5S |
8個數(shù)量級 |
美國賓夕法尼亞州立大學(xué)農(nóng)業(yè)和生物工程學(xué)院 |
|
釀酒酵母菌 |
輸入能量700J 閃照30次 |
7個數(shù)量級 |
華南理工大學(xué)生物工程學(xué)院 |
|
啤酒酵母菌 |
單次輸入7J 閃照50次 |
6-8個數(shù)量級 |
比利時根特大學(xué)食品微生物學(xué)和食品化學(xué)實驗室 |
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黑曲霉菌 |
輸入能量700J 閃照40次 |
4個數(shù)量級 |
華南理工大學(xué)生物工程學(xué)院 |
|
皰疹病毒HSV-1 |
1.0 J/cm2的總劑量 |
5個數(shù)量級 |
英國赫特福特郡生物食品研究所 |
|
牛疹病毒 |
2.0 J/cm2的總劑量 |
4-8個數(shù)量級 |
英國赫特福特郡生物食品研究所 |
|
甲型肝炎病毒 |
2.0 J/cm2的總劑量 |
5個數(shù)量級 |
英國赫特福特郡生物食品研究所 |
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