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《福建农林大学》 2007年
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脉冲强光杀菌技术及其在食品中应用的研究

江天宝  
【摘要】: 脉冲强光杀菌技术是一种非热物理杀菌新技术,它利用瞬时、高强度的脉冲光能量杀灭固体食品和包装材料表面以及透明液体食品中各类微生物,能有效的保持食品质量,延长食品货架期。本文系统开展了脉冲强光对食品中常见微生物致死作用及杀菌机理、脉冲强光水杀菌处理效果及影响因素、脉冲强光与臭氧协同杀菌效果、脉冲强光对微生物抗性影响、脉冲强光对酶的钝化作用、脉冲强光对食品杀菌效果及品质影响的研究。本文部分研究内容填补了国内外研究空白,同时也充实了我国食品杀菌研究资料,以期推动国内脉冲强光杀菌技术的研究及实际应用水平。本文研究结果可为脉冲光杀菌技应用在物体表面及水处理中提供理论依据,也为在相关食品中应用脉冲强光杀菌技术奠定了应用基础。研究结果表明: (1)通过对培养基表面微生物杀灭效果进行研究,结果表明:照射距离为14cm,染菌浓度为1.2×10~7~1.5×10~7 cfu.ml~(-1),脉冲强光照射12s,培养基表面大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、啤酒酵母菌、耐糖酵母菌、桔青霉菌、黑曲霉菌可全部杀灭,使残存活菌数降低7个数量级。试验处理因素对杀菌效果影响主次顺序为照射时间、菌液浓度、照射距离。塑料包装材料聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)较适合作为脉冲强光杀菌包装材料。 (2)通过对脉冲强光中不同波谱成分对微生物的杀灭效果进行研究,结果表明:脉冲强光起杀菌作用的波谱成分主要为紫外线,其中UV-C在杀菌中起重要作用,可见光和红外光对杀菌具有协同增效作用。脉冲强光100s连续照射可以引起距离表面1mm处培养基温度升高约15℃,距离表面15mm处培养基温度变化不超过1.5℃。分析脉冲强光的杀菌机理为:各种光谱复杂的协同作用,可能是短时强烈的热作用、高能机械冲击作用加上紫外线的化学致死作用,共同引起微生物迅速致死。, (3)通过对蒸馏水中微生物杀灭效果进行研究,结果表明:照射距离为18cm,染菌浓度为1.2×10~7~1.6×10~7 cfu.ml~(-1),液层厚度为3cm,脉冲强光闪照16s,蒸馏水中大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、啤酒酵母菌、耐糖酵母菌、桔青霉菌、黑曲霉菌可全部杀灭,使残存活菌数降低7个数量级。试验处理因素对杀菌效果影响主次顺序为照射时间、菌液浓度、液层厚度。大肠杆菌菌液杀菌处理60s,水温升高不超过3℃,电导率变化小于100μs/cm;pH值变化幅度小于1.0。 (4)通过对蒸馏水中不同浊度、色度和水温对大肠杆菌杀灭效果影响程度进行研究,结果表明:蒸馏水中浊度高于6度对杀菌效果产生的影响较浊度低于6度更为明显,颗粒物粒径大于10μm的杀菌效果影响较粒径小于10μm更为明显;随着色度的增加杀菌效果逐渐减弱,氯化铁溶液产生的色度比泥炭浸出液产生的色度对杀菌效果影响较大;蒸馏水水温45℃时大肠杆菌的效果最显著,水温35℃时大肠杆菌的效果最不显著。 (5)通过对脉冲强光和臭氧协同杀灭大肠杆菌效果进行研究,结果表明:脉冲强光和臭氧联合杀菌具有一定的协同增效的作用,臭氧先处理脉冲光后处理的杀菌效果明显大于脉冲光先处理臭氧后处理的杀菌效果。在照射距离为22cm,脉冲光照射时间为2s,臭氧处理时间为2min,协同杀菌效果比单独用脉冲光杀菌分别提高了29.17%、23.61%。均匀试验建立了大肠杆菌杀菌回归方程,试验影响因素对杀菌效果影响主次顺序为脉冲光照射时间>臭氧处理时间>照射距离。 (6)通过对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌连续100代杀菌产生抗性的情况进行研究,结果表明:金黄色葡萄球菌和大肠杆菌脉冲强光连续杀菌60、70代发现产生抗性;大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抗性菌株保存时间60d、90d菌株抗性开始减弱,保存时间120d、150d大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抗性全部消失。脉冲强光对它们抗性影响的大小程度为大肠杆菌>金黄色葡萄球菌。 (7)通过对烤鳗表面染菌的杀灭效果和品质影响情况进行了研究,结果表明:染菌浓度为6.3×10~5cfu.ml~(-1),照射距离为14cm,脉冲强光照射20s,可全部杀灭烤鳗表面污染大肠杆菌;经过25s的处理,烤鳗的感官品质(颜色、气味、质地、味道)没有显著变化;理化品质(过氧化值、酸价)变化率都不超过0.35%。经过30s的处理,-15℃条件下贮藏,240d贮藏期间,烤鳗感官品质没有显著影响,理化品质变化率都不超过0.80%,变化幅度均低于0.50%。 (8)通过对玉兰片表面染菌的杀灭效果和品质影响情况进行了研究,结果表明:染菌浓度为3.2×10~5cfu.ml~(-1),照射距离为20cm,脉冲强光照射20s,可全部杀灭玉兰片表面污染大肠杆菌;经过25s的照射,玉兰片的感官品质(颜色、气味、质地、味道)没有显著变化;理化品质(蛋白质含量、纤维素含量、重复比)变化率都不超过0.15%。经过30s的处理,20℃条件下贮藏,240d贮藏期间,玉兰片感官品质没有显著影响,理化品质变化率都不超过9.0%,变化幅度均低于2.0%。 (9)通过二次回归旋转组合试验设计,建立了脉冲强光对漳州雪柑表面染菌桔青霉菌的杀菌模型。结果表明:杀菌因素对杀菌效果影响的主次顺序为照射时间>照射距离>染菌浓度>果实直径;照射距离和照射时间对脉冲强光杀菌效果有显著影响;照射距离、果实直径和照射时间对杀菌效果有协同作用;杀菌数学模型预测结果与实测结果拟合基本一致,相对误差在±9.5%以内。 (10)通过对脉冲强光钝化雪莲薯多酚氧化酶(PPO)活性的情况进行研究,结果表明:脉冲强光照射80s时PPO酶液活力比未照射的降低了68.5%;脉冲强光照射也对鲜切雪莲薯片表面的PPO酶具有一定程度的钝化作用,照射时间80s时鲜切雪莲薯片中酶活力比未照射的降低了约1.5%;同时脉冲强光照射可以一定程度的延缓鲜切雪莲薯片表面色泽褐变的进程。 (11)通过对鲜切雪莲薯片加工过程中应用脉冲强光杀菌技术进行研究,结果表明:照射距离为15cm,染菌浓度为5.6×10~5cfu.ml~(-1),脉冲强光照射15s,可全部杀灭雪莲薯片表面污染大肠杆菌。通过工艺参数优化试验,提出鲜切雪莲薯片加工的最佳工艺参数为热水热烫32s,护色液护色23min,脉冲强光杀菌29s;在这优化工艺条件下,可使鲜切雪莲薯片感官品质较稳定的达到一级品的质量标准。 (12)通过对柃蜜中染菌的杀灭效果和品质影响情况进行了研究,结果表明:照射距离为15cm,染菌浓度为3.8×10~5cfu.ml~(-1),液层厚度为16mm,脉冲强光杀菌50s,可全部杀灭柃蜜中污染耐糖酵母菌;60s的照射处理可以使柃蜜的温度升高幅度不超过13℃;经过60s的处理,柃蜜的感官品质(色泽、气味、味道)没有显著影响;理化品质(还原糖含量、淀粉酶值、羟甲基糠醛含量)变化率都不超过5.0%。经过60s的处理,20℃条件下贮藏,240d贮藏期间,柃蜜感官品质没有显著影响,还原糖含量、羟甲基糠醛含量变化率均低于2.0%,淀粉酶值变化率不超过7.5%。
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