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脈沖強光對微生物的殺菌效果

發布時間：

2023/03/20

脈沖強光是一項有望取代傳統的物理和化學殺菌手段的新技術，它是利用瞬時的、高強度的脈沖光能量，有效殺滅暴露在食品和包裝材料表面或水中的細菌、霉菌、孢子、病毒、原生質、休眠孢子等各類微生物以及食品中的內源酶。脈沖強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、無副產物的新型殺菌技術。

一、脈沖強光殺菌機理

1.光化作用

由于細菌的細胞中含有細菌的遺傳信息核酸,當核酸被脈沖強光照射時會大量吸收紫外光，從而在體內形成一部分的間二氮雜苯和間二氮雜苯的異構體。這種物質會使細菌自身的新陳代謝機能出現障礙，并且會導致細菌的遺傳性出現問題，直至死亡。脈沖強光中的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,但脈沖強光的UVA和UVB部分也起著一定的殺菌作用。當輻射劑量達到一定的水平，UVA和UVB可以使細胞的表面溫度迅速升高至130°C，從而破壞細菌的細胞壁，使細胞液蒸發，徹底破壞細胞結構，導致死亡

二、脈沖強光對大腸桿菌的殺菌實驗

1.實驗裝置以及參數

自制脈沖強光殺菌裝置，該裝置采用電容式脈沖發生電路，手動控制，使用直管型脈沖強光燈做脈沖光源，用半圓柱形反光面對脈沖光源聚光。經測試，裝置所發出脈沖強光波長范圍為200~1100nm, 脈沖強光的脈沖寬度為20μs，輸入能量為644J。該裝置光照強度、閃照次數、閃照間隔、受照射物體離光源的距離均可調節控制。

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,按照設定的工藝參數進行脈沖強光閃照處理,每次重復試驗3次。

2.3試驗參數設置　

光照強度: 0. 2, 0. 25, 0. 3, 0. 375,0. 5, 0. 625, 0. 75 J /cm2 ; 閃照次數: 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) : 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次重復試驗,記數時取平均值。菌檢使用蛋白胨培養基。經培養后與對照組(未經處理的同樣菌種)進行比較。

將處理過的菌用平板計數法進行活菌數的檢測。

殺菌率= [ (對照殘菌數- 處理殘菌數) /對照殘菌數]×100%

選擇光照強度、閃照次數、菌液厚度、菌液透光率、菌液濃度作為影響因素。

3. 實驗結果

3.1 光照強度對殺菌效果的影響

光照強度與殺菌率成正比，殺菌率隨光照強度增加而增加，當光照強度為0.75J/cm2 時大腸桿菌完全至死。

3.2 閃照次數對殺菌效果的影響

在光照強度為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進行處理。閃照次數與殺菌率成正比，殺菌率隨閃照次數增加而增加。

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.

從以上結果分析可看出，脈沖強光殺菌對于大腸桿菌的殺菌效果是十分顯著的，在幾個脈沖就可達到完全致死，與傳統紫外線殺菌相比，在相同的殺菌效果下，殺菌處理時間更快，該技術是一種具有廣闊前景的殺菌技術，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	輻照強度0.5J/cm2 閃照16次	6個數量級	東北林業大學林學院沈陽農業大學食品學院
枯草芽孢桿菌	輸入能量700J 閃照30次	5個數量級	華南理工大學食品生物工程學院
單核細胞增生李斯特菌	單次輸入3J 閃照200次	4個數量級	蘇格蘭斯特拉斯克萊德大學生物科學和生物技術學院
沙門氏菌	單次輸入3J 閃照200次	4個數量級	蘇格蘭斯特拉斯克萊德大學生物科學和生物技術學院
金黃色球菌	輻照強度5.6J/cm2 閃照5S	8個數量級	美國賓夕法尼亞州立大學農業和生物工程學院
釀酒酵母菌	輸入能量700J 閃照30次	7個數量級	華南理工大學生物工程學院
啤酒酵母菌	單次輸入7J 閃照50次	6-8個數量級	比利時根特大學食品微生物學和食品化學實驗室
黑曲霉菌	輸入能量700J 閃照40次	4個數量級	華南理工大學生物工程學院
皰疹病毒HSV-1	1.0 J/cm2的總劑量	5個數量級	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個數量級	英國赫特福特郡生物食品研究所