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1、-高压静电场对流质食品的杀菌研究-第 11 页目 录1 前言12 材料与方法22.1 实验材料22.1.1 试验需用的试剂、仪器及用具22.1.2 试验用培养基22.2 实验方法32.2.1 实验方法：32.2.2 检测内容及方法33 结果分析43.1 高压静电场对果汁中vc的影响43.1.1 制作Vc标准曲线43.1.2 Vc含量测定与分析53.2 高压静电场对果汁中微生物灭活的影响73.2.1 不同电场电压对果汁杀菌效果的影响73.2.2 不同时间的高压静电场处理对杀菌效果的影响94 讨论104.1 高压静电场杀菌的原理104.2 高压静电场的最佳杀菌处理条件114.3 不同处理方式对于高
2、压静电场杀菌效果的影响114.4 高压静电场灭菌应用到生产的利弊115 结论12参 考 文 献13致 谢14附录1相关英文文献15附录2 英文文献中文译文21摘 要本文主要通过自制高压静电场对流质食品进行杀菌处理实验研究。实验采用自制的苹果汁、梨汁为材料，采用不加盖、加盖密封及真空包装三种形式，然后置于不同高压静电场下分别处理20、40、60min，以比较不同处理的杀菌效果。实验设定电场装置中两极板距离为5cm，电场电压设定为0、2、4、6、8、10kv六种，其中0kv为对照组。实验结果表明：不同高压静电场都具有明显的灭菌效果，而且，电场电压越大，处理时间越长灭菌作用越强，电场电压10Kv时，
3、细菌致死率达到100%；其次，不同处理方式对于高压静电场的灭菌效果影响很小，而电场电压及作用时间是影响灭菌效果的主要因素；另外，高压静电场对流质食品中的Vc或者其他营养成分的影响很小，不加盖的Vc损失最多，其含量减少12%14%。加盖密封的Vc含量减少4.5%6.0%。真空塑料包装的Vc含量减少35%。关键词：高压静电场；流质食品；杀菌ABSTRACTThisarticle mainlyusing the self-made high voltage electrostatic field on liquid food sterilization experiment. The samples
4、 using apple and pear juice by self-made. And the juice sample three different form, not stamped, sealed and vacuum packing. Then, 20, 40,60min were treated under different high voltage electrostatic field to compare the sterilization effect of different treatment. In the experiment setting, the dis
5、tance of two plates is 5cm, the electric field voltage is 0, 2, 4, 6, 8, 10kV, and 0kv is the control group. The experimental results show that the different high voltage electrostatic fields have obvious sterilization effect. The higher the electric field voltage, the longer the processing time, th
6、e stronger sterilization effect. When the electric field voltage is 10Kv, the bacterial death rate is 100%. Secondly, the effect of different treatment on the sterilization of high voltage electrostatic field is very small, and the electric field voltage and time are the main factors that affect ste
7、rilization effect. In addition, effect of high voltage electrostatic field of VC in a liquid food or other nutrients is very small, not stamped with the loss of VC most the content reduce 12% 14%. The Vc content of the seal is reduce 4.5%6.0%. The Vc content of Vacuum plastic packaging reduce 3 5%.K
8、eyword：high voltage electrostatic field；liquid food；sterilization高压静电场用于流质食品的杀菌研究李从戎（天津农学院 食品科学与生物工程学院）1 前言食品腐败变质的主要原因是食品中微生物的繁殖,这些微生物可能是食品原料中的，也可能是生产加工过程中混入的，由此造成的损失每年大约占食品原料的10%20%。所以,杀菌是食品加工过程中的一个重要环节。杀菌方法多种多样, 主要分为热杀菌和冷杀菌。食品工业中广泛采用加热灭菌法,这一方法效率高、效果好,但会破坏食品中的热敏成分, 影响食品的风味 1 。因此,近年来其他杀菌方法开始得到迅速发展,
9、高压静电场杀菌技术就是一项目前得到人们广泛关注的新型冷杀菌方法。目前多数液态食品，如牛奶、果汁、茶饮料、啤酒等均采用巴氏加热灭菌2。但是，加热处理在产生杀菌、钝化酶类等作用的同时，也会使一些热敏性的营养素和风味物质遭到破坏，降低了食品的营养价值，而且会让食品的天然色泽变化，使食品原有的风味改变。另外，食品中含有丰富的蛋白质、多酚及维生素C等热敏性物质成分，高温会导致食物中的热敏物质被破坏，以及蛋白质变性。因此，人们一直在探索新的杀菌方法，以求在有效延长食品贮存期的同时，最高限度的保持食品的品质和原有风味。为了解决这一问题，各种冷杀菌方法就应运而生。冷杀菌克服了热杀菌的不足，已逐渐成为研究的热点
10、。冷杀菌是利用现代生物物理学的方法最大程度地灭菌，即不影响食品品质，又可保持其新鲜度，并且延长贮存期，减少贮存损失。目前国内外集中研究的冷杀菌技术，主要包括高压脉冲电场杀菌、超高压杀菌、脉冲强光杀菌、磁力杀菌、感应电子杀菌、辐照杀菌、微波杀菌、超声波杀菌、紫外线杀菌、臭氧杀菌、膜分离技术、低温等离子体杀菌等3。利用电场进行灭菌的报道最早见于1900年初。Beattie和Lewis分别在1915和1925年设计出利用电场灭菌的设施，并发现，当电压在3000V以上时对细菌有致死作用。但这种设施由于产生的电场强度有限，主要利用通过电流时产生的欧姆热进行灭菌4。在1940年后的很长一段时间内，没有对这
11、种技术进一步的研究报道。80年代初，在基因工程领域出现了一种利用高压脉冲电场来提高细菌细胞膜通透性，进而引入外来基因的新技术，被称为电转化5。研究发现，如果进一步提高电场强度，细菌的细胞膜会发生不可逆的破坏，从而使细菌失活，有人提出可利用这种技术进行非热力学的灭菌。90年代以后，这种灭菌法重新引起了人们的重视，对其灭菌机理以及灭菌效果等进行了大量的研究。研究重点主要放在高压电场的系统设计，灭菌模型的构建以及对食品中营养物质的影响等方面。近年来，利用高压静电场对于食品的杀菌研究报导很多。目前对高压静电场杀菌机理还不完全清楚,但可能是由于在电场处理时细胞膜出现穿孔极化现象而使膜破裂, 导致膜内汁液
12、流失, 膜内各生物酶活性受到影响, 最终导致细胞死亡。黄炜等人6初步研究了高压静电场在流质食品中的杀菌条件，结果表明，不同的处理方式以及处理量对杀菌率均有较大影响。蒋耀庭等( 1999) 对高压静电场处理过的酱油香气成分、氨基酸、理化指标进行分析。结果表明, 高压静电场既可改善酱油色、香、味, 亦可杀灭酱油中的有害细菌7。丹阳等 ( 2004) 对高压静电场操作过程中由于微弱的放电所产生的臭氧进行观测发现, 随着电场强度的增加, 臭氧产生量增加; 电场产生的臭氧对密闭环境空气中毛霉具有杀灭作用, 随着电场强度的增加, 灭菌效率增加; 并且认为高压静电场所产生的臭氧不能忽视8。高压电场杀菌是在两
13、个电极间产生瞬间高压,并能破坏细菌的细胞膜, 改变其通透性, 从而杀死细胞。高压电场杀菌一般在常温下进行, 处理时间为几十毫秒到几十分钟。所以用这种方法处理过的食品与新鲜食品相比在物理性质、化学性质、营养成分上改变很小, 风味、滋味无感觉出来的差异。而且杀菌效果明显, 达到商业无菌的要求, 特别适用于热敏性食品, 具有广阔的应用前景。2 材料与方法2.1 实验材料2.1.1 试验需用的试剂、仪器及用具试剂：无菌水、无水醋酸钠、冰醋酸、100g/ml Fe2(SO4)3 溶液、0.15邻菲啰啉试液、1%NaF溶液、营养琼脂粉、麦康凯琼脂。仪器及用具：榨汁机、高压电厂发生设备、试管、烧杯、培养皿、
14、透明胶带、塑料袋、塑料热封口设备。2.1.2 试验用培养基细菌培养基（营养琼脂平板培养基）：将蛋白胨10g、牛肉粉3g、氯化钠5g、琼脂15g放入1000mL中，加热溶解，分装于烧瓶内。放入灭菌锅中灭菌在121灭菌30min。在超级工作台中完成。大肠杆菌培养基（麦康凯琼脂平板培养基）：将蛋白胨17g， 猪胆盐(或牛，羊胆盐)5g，氯化钠5g，17g琼脂加入1000mL水中，调节PH为7.2，加热溶解。趁热加入10g乳糖，冷却后放入灭菌锅中灭菌在121灭菌30min，然后冷却至50-55，加入001结晶紫溶液lOml和0.5中性红溶液5mL，在超级工作台中完成。2.2 实验方法2.2.1 实验方
15、法：购买新鲜苹果和梨为实验材料榨汁使用，榨汁前先进行70o水浴处理25min，榨汁后分为6组，利用0kv/5cm、2kv/5cm、4kv/5cm、6kv/5cm、8kv/5cm、10kv/5cm不同高压静电场分别对果汁进行20min 、40min、60min处理。对每组样品处理方法拟确定三种:a 处理: 以敞开培养皿盛放样品；b 处理: 用培养皿盛放样品后, 加盖, 并用透明胶带密封；c 处理: 以塑料包装袋盛放样品, 并抽真空。每份样品用量均为20mL，处理温度均在室温下进行。处理后，测定样品的Vc 含量、细菌总数及大肠菌群。每次试验进行高压静电场的灭菌处理之后，当及时将试验样品放入无菌工作
16、台内。无菌工作台内还应当有提前放置好的进行过121高压灭菌30min的移液管、培养皿、涂布器、吸耳球、培养基、灌装好9ml蒸馏水的试管，并提前倒平板，做好试验所需的固体培养基。进行稀释后，取少量样液涂布在培养基中，培养48小时后观察。2.2.2 检测内容及方法（1）Vc的测定：目的为检测高压静电场是否会对果汁中的营养物质造成影响采用三价铁和邻菲啰啉分光光度法测定取样品液3ml,加入 5ml NaAc.Hac 缓冲液（准确称取82g无水醋酸钠的和6Og冰醋酸，于1000m1容量瓶中，用去离子水稀释至刻度。）,1ml 100g/ml的Fe2(SO4)3 溶液,搅匀；加入2ml 0.15%邻菲啰啉,
17、2ml 1% NaF 溶液,摇匀,定容至25 ml；在510 nm 测A ,根据标准曲线计算Vc含量。（2）检验细菌数的方法为：取1mL样液放于消过毒的试管内，用无菌生理盐水稀释成10倍的稀释液。用lmL灭菌吸管吸取l：10的稀释液lmL，沿管壁徐徐注入含有9mL灭菌去离子水的试管中(注意吸管尖端不要触及管内稀释液)，振摇试管，混合均匀，做成1：100的稀释液。如此每递增稀释一次，即换用1支1mL灭菌吸管，再做l：1000稀释液。不同的菌群分别采用不同的选择性培养基进行培养和计数。细菌总数用营养琼脂平板培养计数，大肠杆菌用麦康凯琼脂平板培养计数。每个稀释度吸取0.2ml均匀涂布于培养基平板上(
18、稀释涂布平板法)。每个样品涂3个平板，置37培养48h。观察培养结果，计数时取平均数，计算出样液中的细菌总数、大肠菌群数。3 结果分析3.1 高压静电场对果汁中vc的影响3.1.1 制作Vc标准曲线分别吸取400g/ml的Vc标准溶液0.1，0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7，0.8，0.9,1.Oml于25ml的容量瓶中;分别吸取0.003mo1/L的Fe3+溶液2. 5m1加入到25m1容量瓶中，震荡混匀。再分别加入2.5m1邻菲啰啉溶液，混匀，静置1min，以便Fe2+与邻菲啰啉充分络合;加去离子水至刻度，振摇混匀后，用分光光度计在波长为514nm处，用lcm的比色
19、皿，以试剂空白调零，分别测定吸光度值A，并制作Vc标准溶液浓度一吸光度值（见表1及图1）。表1 Vc标准溶液浓度一吸光度值吸取Vc标准溶液量ml吸光度值Avc标准浓度g/ml相当于vc含量g00000.10.2151.6400.20.3923.2800.30.6014.81200.40.7766.41600.50.89382000.61.0349.62400.71.28711.22800.81.30212.83200.91.30414.436011.299164003.1.2 Vc含量测定与分析果汁中的vc会在榨汁中和榨汁后一段时间内氧化，致失去还原性，从而无法将三价铁离子还原成二价铁离子，导
20、致三价铁和邻菲啰啉分光光度发法测得的吸光度值成下降趋势.榨汁后三个小时，测得的吸光度几乎为零。在工业果汁生产中，在榨汁后会加入额外的Vc防止果汁褐变，以保证果汁的外观和风味。由韩富根,韩锦峰等人的研究10得知，抗坏血酸氧化酶在60o的时候活性只能持续20分钟而且在持续时间内活性都较低，而抗坏血酸在超过80o的时候会快速的被氧化破坏。所以本实验事先对实验用的苹果和梨采用70o水浴25分钟处理使其中的酶钝化失活，再榨汁后进行电场处理。为了防止Vc在与空气接触的时候Vc被空气中的氧气氧化，榨好的果汁，要用保鲜膜封好放入冰箱冷藏，以随时取用。电场处理后苹果汁和梨汁中的Vc变化如图2、图3所示。在对样品
21、中的抗坏血酸氧化酶进行钝化失活处理后，电场处理过程中不加盖处理的样品中的VC含量有所下降，但是我们可以从两张图中看出，高压静电场的电压并不是果汁中Vc损失的主要原因。而主要影响Vc损失的是不同的处理方式，不加盖处理，加盖密封处理与真空塑料袋处理是用于模拟市售流质食品的包装方式与暴露在空气中的实验处理效果的对比。在三种处理方式中不加盖处理这种方式在实验过程中Vc损失最高，处理60min后的对比处理前果汁中的Vc含量，Vc流失12%14%。加盖密封处理在040分钟时损失较快，4060分钟时Vc流失的速度趋于平稳下降，Vc流失4.5%6.0%。真空塑料包装处理的样品在整个处理过程中Vc消耗缓慢，在处
22、理60min后Vc的流失量在35%左右.三种样品处理方式在实验过程中与空气的接触量不同，不加盖处理的样品在整个实验过程中都暴露在空气中，与空气的接触度最高，使得这部分样品在实验过程中Vc的流失的最多；加盖密封的样品只接触到了少量空气，从图中可以看出，这部分样品在处理前40min内消耗了包装内的大部分氧气；真空塑料袋包装的样品全程没有接触空气这一部分样品的Vc流失最少，因为样品是提前封装好的，液体溶氧在电场处理前就会被消耗，在这部分样品与加盖密封部分的样品的4060min的折线图中可以明显的看出，在没有氧气参与的情况下，Vc依然会缓慢流失，静电场的电压越高，Vc的流失越多。但即使是电压为10Kv
23、的处理条件，Vc的流失依然没有超过电场处理前Vc总量的5%。所以高压静电场的这种杀菌方式可以有效的保护果汁中的Vc。3.2 高压静电场对果汁中微生物灭活的影响本实验主要通过对两种果汁在高压静电场处理前后细菌总数和大肠杆菌总数的致死率的变化，以及电压和作用时间的不同来探究高压静电场对流质食品的杀菌效果。 3.2.1 不同电场电压对果汁杀菌效果的影响实验分别选取了0、2、4、6、8、10Kv的电场电压对果汁进行处理，在分别用不加盖处理，加盖密封处理与真空塑料袋处理三种方式 处理时间为20min，40min、60min，实验结果如图4、5、6、7所示。高压静电场对细菌有灭活作用，而不同的电场电压对细
24、菌的灭活效果不同。从图47中可以看出，电场电压为2kv时，经过60min的处理，细菌、大肠杆菌的致死率均在50%左右，在电场电压为4kv时，经过60min的处理，细菌、大肠杆菌的致死率均在80%左右。由此看出04kv的电场电压经过60min的处理，对细菌、大肠杆菌的的致死率呈直线上升趋势，4kv10kv的电场电压处理对细菌、大肠杆菌的致死率呈缓慢上升趋势。电场电压为10kv时，三种处理方式的的杀菌率，均达到99%以上的效果在图4图7的数据中，三种处理方式的折线互相重叠并没有明显的分离，这表明无论是暴漏在空气中，加盖封口还是进行真空处理。对于样品的中的细菌与大肠杆菌杀灭率都没有较大的影响，而在流
25、质食品的生产加工销售中，后两者的包装最常见，在方便储存运输的前提下，后两者在一次性灭菌后，可以有效的避免细菌的二次污染。3.2.2 不同时间的高压静电场处理对杀菌效果的影响除了电场电压外，处理时间也是影响高压静电场对细菌致死率的一个重要的影响因素。由图811可以看出，在6kv、8kv、10kv电场电压中，10kv对微生物灭活效果最好。经20min处理，三种电场电压对细菌的致死率增长最快，然后随着处理时间的延长，灭菌率呈缓慢上升趋势。处理时间40min时，电场电压8kv对细菌致死率达到了80%以上，10kv达到了90%以上；处理时间60min时，电场电压8kv对细菌致死率达到90%以上，10kv
26、对细菌致死率接近100%4 讨论4.1 高压静电场杀菌的原理高压静电场具有杀菌作用的原因可能有三个: 一是由于在高压静电场的环境中，会产生臭氧。臭氧是强氧化性的物质，它可以使细胞膜被氧化而破裂，使其失去物质交换的能力，还可使酶类失去活性，导致生物体不能正常进行生理活动。二是果汁中含有的活性氧，活性氧对细菌具有极强的破坏作用，它破坏生物细胞的离子通道，改变了细菌的生存生物场，使其丧失生存条件。三是由于电场对细菌细胞膜的击穿作用，高压静电场引起样液电导率增大，在电场作用下细胞膜被破坏，最终导致整个细菌死亡。臭氧要在高湿度的密闭环境下才能持续存在，在流质食品的三种样品处理方式中，加盖密封的样品处理方
27、式可以满足臭氧的存在环境，这种样品处理方式可以满足上述的全部三个杀菌条件。由于真空塑料封装要提前进行封装，所以在等待处理的过程中，液体中的少量活性氧会被消耗，所以只能满足第三个条件。不加盖处理的样品可以满足后两个条件。从实验结果来看，三种处理方式对于流质食品中的细菌的致死率并没有较大的影响。因为其中真空塑料包装只能满足第三个杀菌条件，所以可以认定电场对细胞膜的击穿作用为高压静电场杀菌的主要原因。其他两条的杀菌作用影响较小4.2 高压静电场的最佳杀菌处理条件在极板间距为5cm的条件下。8kv处理60min，细菌致死率可以达到90%以上，10kv处理60min细菌致死率接近100%。所以在极板间距
28、为5cm的条件下，高压静电场的最佳杀菌条件为电压10kv，处理时间60min。在包装良好的情况下，一次灭菌后，可以几乎杀灭所有病原菌。4.3 不同处理方式对于高压静电场杀菌效果的影响三种样品的处理方式对于高压静电场的杀菌效果并没有明显影响，无论是不加盖处理，加盖密封处理还是真空塑料包装处理，当电压为10Kv 处理时间为60min时，杀菌率都接近100%。其中加盖密封处理还有真空塑料包装处理可以有效地额避免灭菌后的二次污染。三种处理方式中，真空塑料袋密封对于果汁中主要营养物质Vc的保护作用最为有效，可以保留果汁中95%以上的Vc，加盖密封处理的效果稍差，但也可以保留93%以上的Vc。4.4 高压
29、静电场灭菌应用到生产的利弊我们知道高压静电场灭菌法是一种冷灭菌方法，即不影响食品品质，又可保持其新鲜度，延长贮存期，减少贮存损失。但是在这次试验中，同样发现了一些高压静电场灭菌法面临的一些需要研究攻克的问题。首先，高压静电场灭菌受流质食品的灭菌厚度影响很大，将其应用到实际生产中需要对灭菌设备进行简单设计；其次是灭菌的时间问题，如牛奶、啤酒、茶饮等流质食品多采用巴氏加热灭菌，在很短的时间内完成灭菌，生产效率高，如果采用高压静电场灭菌，需要将近一个小时的时间，加大了生产所需要的空间和时间。其三，对于任何不同的流质食品的灭菌效果都需要单独研究，对食品中含有丰富的蛋白质、多酚及维生素C等营养物质的破坏
30、，甚至是否有可能产生有害物质这些问题都未解决，其灭菌原理至今无法完整的全面的定性，没有形成一套系统的普适的灭菌计算公式。通过实验结果，我们可以看出高压静电场对果汁中的Vc的影响很低，Vc是一种有机物，既然高压静电场对于Vc的影响很低我们可以推测，高压静电场对于其他的有机物的影响也会很低。所以，高压静电场这种冷杀菌技术可以保护视频中的大部分主要营养物质。5 结论（1）试验结果表明：高压静电场灭菌在唯一变量为电场电压时，随着电场电压的加大，灭菌作用增强；在同一电场电压下和一定时间范围内，处理时间越长，灭菌效果越好，最终不再变化。在极板间距5cm、电压8kv，对果汁处理60min时，细菌致死率可以达
31、到90%以上，而电压10Kv 相同条件下，细菌致死率可以达到100%。（2）不同处理方式对于高压静电场的灭菌效果影响很小，而电场电压及作用时间是影响灭菌效果的主要因素。（3）高压静电场对流质食品中的Vc或者其他营养成分的影响很小，在三种处理方式中，不加盖处理其Vc损失最多，其含量减少12%14%。加盖密封处理其Vc含量减少4.5%6.0%。真空塑料包装处理的样品在整个处理过程中Vc消耗缓慢，其Vc含量减少35%。参 考 文 献1黄炜.薛婉丽.钱蕾芸.高压静电场在食品杀菌中的应用J.食品与机械2001(4):13-14.2 罗莹.张佰清.魏宝东.高压直流静电场对大肠杆菌的杀菌效果J.沈阳农业大学
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