交流電場殺菌對酵母菌殺死率的影響

艾克拜爾·買買提，熱夏提·達(dá)吾來提，阿布力米提·克力木，阿依屯姑麗·吐爾德，巴吐爾·阿不力克木

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊830052）

交流電場殺菌對酵母菌殺死率的影響

艾克拜爾·買買提，熱夏提·達(dá)吾來提，阿布力米提·克力木，阿依屯姑麗·吐爾德，巴吐爾·阿不力克木*

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊830052）

殺菌工藝是食品加工的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的熱殺菌會導(dǎo)致食品的色澤、風(fēng)味和營養(yǎng)物質(zhì)不同程度的改變和損失。因此，非熱殺菌技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其中，脈沖電場殺菌技術(shù)利用高電壓脈沖作用于物料，使微生物細(xì)胞膜被電擊穿，產(chǎn)生不可修復(fù)的穿孔，導(dǎo)致微生物失活，而達(dá)到殺菌效果。本研究利用交流電使電極間產(chǎn)生類似脈沖電場的高電場，使其作用于酵母菌液進(jìn)行殺菌處理，研究溫度、殺菌時間、液體流速、電場強(qiáng)度等因素對殺菌效果的影響，從而尋找最佳殺菌工藝參數(shù)，為格瓦斯的殺菌工藝提供理論參考。試驗(yàn)表明，最佳殺菌工藝參數(shù)為：溫度為40℃、殺菌時間為80 s、液體流速為100 mL/min、電場強(qiáng)度為10 kV/cm，采用最佳工藝進(jìn)行殺菌處理，其酵母菌死菌率達(dá)到95.5%。說明該交流電場殺菌設(shè)備可有效殺滅酵母菌，具有一定的殺菌能力。

電場殺菌；酵母菌；交流電場

民以食為天，食以安全為先，食品安全關(guān)系到消費(fèi)者的身體健康和生命安全[1]。微生物是引起食品變質(zhì)腐敗的主要原因。殺菌工藝是食品加工的重要環(huán)節(jié)，通過殺菌可延長產(chǎn)品的貯藏期，保證產(chǎn)品的質(zhì)量安全[2]。近年來，國內(nèi)外正在探索各種有效的殺菌方法[3]。其中熱殺菌技術(shù)已成功應(yīng)用在各種食品的殺菌中，但隨著人們對食品質(zhì)量和安全性要求的提高，熱殺菌技術(shù)的弊端已逐步顯現(xiàn)，高溫導(dǎo)致食品產(chǎn)生不同程度的色澤、風(fēng)味和營養(yǎng)物質(zhì)的改變和損失。對此，非熱殺菌技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，且在近年來不斷發(fā)展[4]，非熱殺菌具有節(jié)能、高效、安全、經(jīng)濟(jì)以及更大限度保持食品原有的色香味的特點(diǎn)受到關(guān)注，大大促進(jìn)了包裝食品的生產(chǎn)和發(fā)展[5]。近年來，隨著人們飲食觀念的改變，“原汁原味”的食品逐漸成為時尚，因而冷殺菌技術(shù)也越來越受到食品科學(xué)研究工作者的高度重視[6]。冷殺菌是指不用熱能殺死微生物，因此又稱非加熱殺菌，此殺菌技術(shù)既能控制食品微生物數(shù)量，又能保持食品本身固有的品質(zhì)，滿足消費(fèi)者對食品風(fēng)味，食品營養(yǎng)和食品安全的要求[7]，如超高壓殺菌，超高壓脈沖電場殺菌，脈沖強(qiáng)光殺菌，放射線殺菌等。高壓脈沖電場殺菌技術(shù)利用高電壓脈沖作用于物料，使微生物細(xì)胞膜被電擊穿，產(chǎn)生不可修復(fù)的穿孔或破裂，使細(xì)胞組織受損，導(dǎo)致微生物失活，而達(dá)到殺菌效果[8]。本研究利用交流電使電極間產(chǎn)生類似高壓脈沖電場的高電場，對酵母菌液進(jìn)行殺菌處理，研究溫度、殺菌時間、液體流速、電場強(qiáng)度等因素對殺菌效果的影響，從而尋找最佳殺菌工藝參數(shù)，為格瓦斯的殺菌工藝提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

酵母粉：市售；美籃染色液：中國北京華越洋生物科技有限公司；殺菌裝置：自制；XX8200230蠕動泵：美國密理博公司；TDGC2-KV/A變壓器：中國深圳源恒通科技有限公司；XSP-2CA顯微鏡：中國上海謙科儀器設(shè)備有限公司。

1.2 方法

1.2.1 溫度對殺菌效果的影響

電場強(qiáng)度10kV/cm，處理時間30s，流速200mL/min，對待殺菌液擬采用 0、5、10、15、20、25、30、35、40 ℃低溫處理后再進(jìn)行殺菌處理，用美藍(lán)染色法對酵母菌死菌數(shù)進(jìn)行測定，通過試驗(yàn)初步確定處理溫度，進(jìn)一步試驗(yàn)論證。

1.2.2 殺菌時間對殺菌效果的影響

電場強(qiáng)度10 kV/cm，處理溫度20℃，流速200 mL/min，對待殺菌液擬采用 10、20、30、40、50、60、70、80、90、100 s的處理時間進(jìn)行殺菌處理，用美藍(lán)染色法對酵母菌死菌數(shù)進(jìn)行測定，通過試驗(yàn)初步確定處理時間，進(jìn)一步試驗(yàn)論證。

1.2.3 流速對殺菌效果的影響

電場強(qiáng)度10 kV/cm，處理溫度20℃，處理時間30 s，對待殺菌液擬采用 100、200、300、400、500、600、700、800、900、1 000、1 000 mL/min 的液體流速進(jìn)行殺菌處理，用美藍(lán)染色法對酵母菌死菌數(shù)進(jìn)行測定，通過試驗(yàn)初步確定液體流速，進(jìn)一步試驗(yàn)論證。

1.2.4 電場強(qiáng)度對殺菌效果的影響

處理溫度20℃，處理時間30 s，流速200 mL/min，對待殺菌液由于試驗(yàn)設(shè)備的原因，本次試驗(yàn)的電場強(qiáng)度因素水平只能設(shè)定為 5、7.5、10、12.5、15 kV/cm 5 個水平進(jìn)行殺菌處理，用美藍(lán)染色法對酵母菌死菌數(shù)進(jìn)行測定，通過試驗(yàn)初步確定電場強(qiáng)度，進(jìn)一步試驗(yàn)論證。

1.2.5 正交試驗(yàn)

本試驗(yàn)在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用正交試驗(yàn)方法，確定4個因素，每個因素取3個水平。試驗(yàn)選用L9（34）正交表，以酵母菌死菌數(shù)作為評價標(biāo)準(zhǔn)。

表1 正交表L9（34）Table 1L9（34）orthogonal table

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對殺菌效果的影響

不同溫度對殺菌效果的影響，見圖1。

圖1 不同溫度對殺菌效果的影響Fig.1 Different temperature effects on sterilization

從圖1可以看出，隨著溫度的升高死菌數(shù)也隨之升高，30℃后的死菌數(shù)變化明顯?？紤]原因可能是殺菌后的溫度高于酵母菌可耐受的溫度，使酵母菌無法生長繁殖。溫度的上升可能是待殺菌液通過電極間產(chǎn)生通電加熱所致。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)殺菌后的最終溫度未超過60℃。綜合考慮試驗(yàn)結(jié)果，選取30、35、40℃3個殺菌前處理溫度，繼續(xù)對交流電場殺菌工藝進(jìn)行正交試驗(yàn)分析，已確定殺菌前最佳的處理溫度。

2.2 殺菌時間對殺菌效果的影響

不同殺菌時間對殺菌效果的影響，見圖2。

從圖2可以看出，隨著殺菌時間的延長死菌數(shù)呈上升趨勢，50 s后死菌數(shù)上升明顯，考慮原因可能是隨著殺菌時間的延長待殺菌液通過電極間的時間也隨之變長，因此待殺菌液的溫度不斷上升，溫度的上升可能是死菌數(shù)增加的主要原因。綜合考慮試驗(yàn)結(jié)果，選取80、90、100 s 3個殺菌時間，繼續(xù)對交流電場殺菌工藝進(jìn)行正交試驗(yàn)分析，已確定最佳的殺菌時間。

圖2 不同殺菌時間對殺菌效果的影響Fig.2 Different times effects on sterilization

2.3 流速對殺菌效果的影響

不同流速對殺菌效果的影響，見圖3。

圖3 不同流速對殺菌效果的影響Fig.3 Liquid flow rate effects on sterilization

從圖3可以看出，流速越大死菌數(shù)越少，流速增加時溫度上升不明顯，考慮原因可能是由于流速的增加使得待殺菌液在電極間停留的時間變短，導(dǎo)致溫度上升不明顯，從而使死菌數(shù)下降。綜合考慮試驗(yàn)結(jié)果，選取100、200、300 mL/min 3個流速，繼續(xù)對交流電場殺菌工藝進(jìn)行正交試驗(yàn)分析，已確定最佳的流速。

2.4 電場強(qiáng)度對殺菌效果的影響

電場強(qiáng)度對殺菌效果的影響，見圖4。

圖4 電場強(qiáng)度對殺菌效果的影響Fig.4 Electric field intensity effects on sterilization

從圖4可以看出，電場強(qiáng)度越高，死菌數(shù)越多，電場強(qiáng)度從10 kV/cm時開始死菌數(shù)變化明顯，考慮原因可能是酵母菌對電場敏感，所能耐受的電場強(qiáng)度為10 kV/cm，這與其他文獻(xiàn)記載一致。此外，在提高電場強(qiáng)度過程中發(fā)現(xiàn)溫度變化明顯，隨強(qiáng)度提高溫度隨之提高，從而起到殺菌效果。在高電場強(qiáng)度作用下未發(fā)現(xiàn)電擊穿現(xiàn)象，考慮原因可能是觀察不夠仔細(xì)。綜合考慮試驗(yàn)結(jié)果，選取10、12.5、15 kV/cm 3個電場強(qiáng)度，繼續(xù)對交流電場殺菌工藝進(jìn)行正交試驗(yàn)分析，已確定最佳的電場強(qiáng)度。

2.5 正交試驗(yàn)結(jié)果

本試驗(yàn)在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定4個因素，每個因素取3個水平，為溫度30、35、40℃；時間為80、90、100 s；流速為 100、200、300 mL/min；電場強(qiáng)度為10、12.5、15 kV/cm。試驗(yàn)選用L9（34）正交表，以酵母菌死菌數(shù)作為評價標(biāo)準(zhǔn)。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析Table 2 The result and different level analyses of orthogonal

從表2可知，交流電場殺菌的影響因素的主次順序?yàn)镈>A>B>C，即電場強(qiáng)度＞溫度＞殺菌時間＞液體流速。通過正交試驗(yàn)獲得 A3、B1、C1、D1這一組合為最佳組合，即溫度為40℃、殺菌時間為80 s、流速為100 mL/min、電場強(qiáng)度為10 kV/cm，為論證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，選用這一組合進(jìn)行殺菌試驗(yàn)，結(jié)果待殺菌液中酵母菌的死菌率達(dá)到95.5%，試驗(yàn)證明這一組合為最佳，已達(dá)預(yù)訂殺菌目標(biāo)。

3 結(jié)論

試驗(yàn)表明最佳殺菌工藝參數(shù)為：溫度為40℃、殺菌時間為80 s、液體流速為100 mL/min、電場強(qiáng)度為10 kV/cm，采用最佳工藝進(jìn)行殺菌處理，其酵母菌死菌率達(dá)到95.5%。說明采用交流電場殺菌可有效殺滅酵母菌。試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)隨著電場強(qiáng)度、時間、流速等的變化，殺菌后液體的溫度也隨著變化，因此考慮死菌數(shù)的上升可能與待殺菌液的溫度變化有關(guān)。在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)有細(xì)胞電擊穿現(xiàn)象，但數(shù)量極少，因此可以說明具有脈沖電場殺菌的類似特征。

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Effect of AC Electric Field Sterilization on the Killing Rate of Yeasts

Aikebaier·Maimaiti，Rexiati·Dawulaiti，Abulimiti·Kelimu，Ayitunguli·Tuerde，Batuer·Abulikemu*
（Institute of Food Science and Medicine，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，Xinjiang，China）

The sterilization process is an important part of food processing，traditional thermal sterilization in killing spoilage microorganisms at the same time，can cause food color，flavor and nutrients varying degrees of change and loss.There fore，non-thermal sterilization technology emerges as the times require and continue to develop，where electric field sterilization technology utilizes high-voltage pulse applied to the material，microbial membrane electrical breakdown in the strong electric field，produce irreparable perforation，lead to microbial inactivation，and reach the effect of sterilization.In this study，the high electric field strength caused by alternating current was used to process the sterilization of liquid yeast，the effects of temperature，sterilization time，liquid velocity and electric field strength of the raw materials on the sterilization were studied，in order to find the best sterilization process parameters，as to provide theoretical basis for food sterilization technology.Experiment showed that the optimum parameters of the sterilization process was：raw material liquid temperature of 40℃，sterilization time of 80 s，liquid flow rate of 100 mL/min，the electric field intensity of 10 kV/cm，the optimum technology was adopted to improve the sterilization，the death rate of yeast bacterium reached to 95.5%.This study showed that the ac electric field sterilization equipment could effectively kill yeast，had certain ability of sterilization.

the electric field sterilization；yeast；ac electric field

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.14.025

新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)校前期資助課題（XJAU201316）

艾克拜爾·買買提（1975—），男（維吾爾），講師，碩士，研究方向：生物技術(shù)。

*通信作者：巴吐爾·阿不力克木（1968—），男（維吾爾），副教授，研究方向：農(nóng)畜產(chǎn)品加工。

2015-07-21