脈沖強(qiáng)光对(duì)微生物(wù)的(de)殺菌機(jī)理及(jí)殺菌效果(guǒ)

脈沖強(qiáng)光是(shì)一項有(yǒu)望取(qǔ)代(dài)传統的(de)物(wù)理和(hé)化學(xué)殺菌手(shǒu)段(duàn)的(de)新(xīn)技術(shù)，它(tā)是(shì)利用(yòng)瞬时(shí)的(de)、高強(qiáng)度(dù)的(de)脈沖光能(néng)量(liàng)，有(yǒu)效殺滅暴露(lù)在(zài)食品和(hé)包(bāo)裝(zhuāng)材料表(biǎo)面(miàn)或(huò)水(shuǐ)中的(de)细(xì)菌、黴菌、 孢子、病毒、原生質(zhì)、休眠孢子等各(gè)類(lèi)微生物(wù)以(yǐ)及(jí)食品中的(de)内源酶。脈沖強(qiáng)光对(duì)各(gè)類(lèi)微生物(wù)殺菌效果(guǒ)都非(fēi)常明(míng)顯，而(ér)且(qiě)它(tā)是(shì)一種(zhǒng)無汞、低(dī)热(rè)、無副産物(wù)的(de)新(xīn)型殺菌技術(shù)。

一、脈沖強(qiáng)光殺菌機(jī)理

1.光化作(zuò)用(yòng)

由(yóu)于(yú)细(xì)菌的(de)细(xì)胞中含有(yǒu)细(xì)菌的(de)遺传信(xìn)息核酸(suān),當核酸(suān)被(bèi)脈沖強(qiáng)光照射时(shí)会(huì)大(dà)量(liàng)吸收(shōu)紫外(wài)光，從而(ér)在(zài)體(tǐ)内形成一部(bù)分(fēn)的(de)間(jiān)二(èr)氮雜苯和(hé)間(jiān)二(èr)氮雜苯的(de)异(yì)構體(tǐ)。这(zhè)種(zhǒng)物(wù)質(zhì)会(huì)使细(xì)菌自(zì)身(shēn)的(de)新(xīn)陳代(dài)謝機(jī)能(néng)出(chū)現(xiàn)障礙，並(bìng)且(qiě)会(huì)導致(zhì)细(xì)菌的(de)遺传性(xìng)出(chū)現(xiàn)問(wèn)題(tí)，直(zhí)至(zhì)死亡。脈沖強(qiáng)光中的(de)200-280nm部(bù)分(fēn)最易被(bèi)吸收(shōu)，光化作(zuò)用(yòng)主要(yào)是(shì)UVC。

2.光热(rè)作(zuò)用(yòng)

雖(suī)然光化作(zuò)用(yòng)主要(yào)来(lái)自(zì)于(yú)UVC,但脈沖強(qiáng)光的(de)UVA和(hé)UVB部(bù)分(fēn)也起(qǐ)着一定(dìng)的(de)殺菌作(zuò)用(yòng)。當輻射劑量(liàng)达(dá)到(dào)一定(dìng)的(de)水(shuǐ)平，UVA和(hé)UVB可(kě)以(yǐ)使细(xì)胞的(de)表(biǎo)面(miàn)温度(dù)迅速升(shēng)高至(zhì)130°C，從而(ér)破壞细(xì)菌的(de)细(xì)胞壁，使细(xì)胞液蒸發(fà)，徹底破壞细(xì)胞結構，導致(zhì)死亡。

二(èr)、脈沖強(qiáng)光对(duì)大(dà)肠杆菌的(de)殺菌實(shí)验(yàn)

1.實(shí)验(yàn)裝(zhuāng)置以(yǐ)及(jí)參數

自(zì)制脈沖強(qiáng)光殺菌裝(zhuāng)置，該裝(zhuāng)置采用(yòng)電(diàn)容式脈沖發(fà)生電(diàn)路，手(shǒu)動(dòng)控制，使用(yòng)直(zhí)管(guǎn)型脈沖強(qiáng)光燈(dēng)做脈沖光源，用(yòng)半圆(yuán)柱(zhù)形反(fǎn)光面(miàn)对(duì)脈沖光源聚光。經(jīng)测試，裝(zhuāng)置所發(fà)出(chū)脈沖強(qiáng)光波(bō)长(cháng)範圍为(wèi)200~1100nm, 脈沖強(qiáng)光的(de)脈沖宽(kuān)度(dù)为(wèi)20μs，最大(dà)輸入(rù)能(néng)量(liàng)为(wèi)644J。該裝(zhuāng)置光照強(qiáng)度(dù)、閃照次(cì)數、閃照間(jiān)隔、受照射物(wù)體(tǐ)離光源的(de)距離均可(kě)调节(jié)控制。

2.實(shí)验(yàn)方(fāng)法(fǎ)

2.1  菌液的(de)制備　

将斜面(miàn)試管(guǎn)中的(de)大(dà)肠杆菌活化,在(zài)無菌超净工作(zuò)台(tái)中接種(zhǒng)于(yú)無菌水(shuǐ)中, 接種(zhǒng)量(liàng)控制在(zài)10⁶ ～10⁷个(gè)/ml。

2.2  處(chù)理方(fāng)法(fǎ)　

每个(gè)直(zhí)徑为(wèi)75 mm平皿盛入(rù)一定(dìng)體(tǐ)積的(de)待處(chù)理菌液,放(fàng)在(zài)殺菌處(chù)理室中央,與(yǔ)光源地(dì)距離2 cm,按照設定(dìng)的(de)工藝參數進(jìn)行脈沖強(qiáng)光閃照處(chù)理,每次(cì)重(zhòng)複試验(yàn)3次(cì)。

 2.3　試验(yàn)參數設置　

光照強(qiáng)度(dù): 0. 2, 0. 25, 0. 3, 0. 375,0. 5, 0. 625, 0. 75 J /cm² ; 閃照次(cì)數: 1, 2, 4, 8, 16;菌液厚度(dù):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(dù)(稀釋倍數) : 10, 100, 1 000倍。

 2.4      大(dà)肠杆菌致(zhì)死檢验(yàn)　

将處(chù)理完的(de)菌液按1 ∶10 稀釋,選取(qǔ)10^{- 2} , 10^{- 3} , 10^{- 4} , 10 ^{- 5} , 10 ^{– 6},5个(gè)稀釋度(dù),每个(gè)稀釋度(dù)做3次(cì)重(zhòng)複試验(yàn),記(jì)數时(shí)取(qǔ)平均值。菌檢使用(yòng)蛋白(bái)胨培養基。經(jīng)培養後(hòu)與(yǔ)对(duì)照組(未經(jīng)處(chù)理的(de)同(tóng)樣(yàng)菌種(zhǒng))進(jìn)行比較。

 将處(chù)理过(guò)的(de)菌用(yòng)平闆計(jì)數法(fǎ)進(jìn)行活菌數的(de)檢测。

 殺菌率= [ (对(duì)照殘菌數- 處(chù)理殘菌數) /对(duì)照殘菌數]×100%

 選擇光照強(qiáng)度(dù)、閃照次(cì)數、菌液厚度(dù)、菌液透光率、菌液濃度(dù)作(zuò)为(wèi)影响因(yīn)素。

 3. 實(shí)验(yàn)結果(guǒ)

 3.1 光照強(qiáng)度(dù)对(duì)殺菌效果(guǒ)的(de)影响

 光照強(qiáng)度(dù)與(yǔ)殺菌率成正(zhèng)比，殺菌率随光照強(qiáng)度(dù)增加而(ér)增加，當光照強(qiáng)度(dù)为(wèi)0.75J/cm² 时(shí)大(dà)肠杆菌完全(quán)至(zhì)死。

 3.2 閃照次(cì)數对(duì)殺菌效果(guǒ)的(de)影响

 在(zài)光照強(qiáng)度(dù)为(wèi)0.5J/cm²,菌液厚度(dù)3.4 mm,菌液透光率为(wèi)100的(de)情(qíng)況下(xià)，采用(yòng)不(bù)同(tóng)的(de)閃照次(cì)數進(jìn)行處(chù)理。閃照次(cì)數與(yǔ)殺菌率成正(zhèng)比，殺菌率随閃照次(cì)數增加而(ér)增加。                 

 3.3 菌液厚度(dù)对(duì)殺菌效果(guǒ)的(de)影响

 在(zài)透光率为(wèi)1的(de)情(qíng)況下(xià)，菌液厚度(dù)與(yǔ)殺菌率成反(fǎn)比，菌液液层(céng)越厚，殺菌越低(dī)。當透光率为(wèi)100时(shí),改变菌液厚度(dù),殺菌率基本(běn)沒(méi)有(yǒu)变化。由(yóu)此(cǐ)得出(chū),菌液厚度(dù)與(yǔ)菌液透光率相互影响,一定(dìng)菌液厚度(dù)只(zhī)有(yǒu)在(zài)一定(dìng)透光率下(xià)才影响殺菌效果(guǒ),反(fǎn)之(zhī),也成立。                                   

 從以(yǐ)上(shàng)結果(guǒ)分(fēn)析可(kě)看(kàn)出(chū)，脈沖強(qiáng)光殺菌对(duì)于(yú)大(dà)肠杆菌的(de)殺菌效果(guǒ)是(shì)十(shí)分(fēn)顯著的(de)，在(zài)幾(jǐ)个(gè)脈沖就(jiù)可(kě)达(dá)到(dào)完全(quán)致(zhì)死，與(yǔ)传統紫外(wài)線(xiàn)殺菌相比，在(zài)相同(tóng)的(de)殺菌效果(guǒ)下(xià)，殺菌處(chù)理时(shí)間(jiān)更快(kuài)，該技術(shù)是(shì)一種(zhǒng)具有(yǒu)廣闊前(qián)景的(de)殺菌技術(shù)，对(duì)其(qí)他(tā)微生物(wù)殺菌效果(guǒ)如(rú)下(xià)表(biǎo)：