一種低溫應激強化脈沖電場殺滅單增李斯特菌的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低溫應激強化脈沖電場殺滅單增李斯特菌的方法，包括如下步驟：(1)取新鮮的液體樣品；(2)先將液體樣品進行程序降溫貯藏：在13～17℃下貯藏1～2h，然后將溫度降至3～7℃貯藏1～2h；(3)將液體樣品升溫至35～40℃，立即進行脈沖電場處理。本發(fā)明能在較低的脈沖電場強度下達到有效殺滅單增李斯特菌的效果，更加高效，安全，節(jié)能。
【專利說明】一種低溫應激強化脈沖電場殺滅單增李斯特菌的方法

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及食品非熱加工領域，特別涉及一種低溫應激強化脈沖電場殺滅單增李斯特菌的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]脈沖電場殺菌高壓脈沖電場殺菌(PEF)作為一種非熱殺菌技術(shù)，與傳統(tǒng)的熱加工相比，以其能夠很好地保持食品營養(yǎng)成分、色澤、風味，有效延長食品的貨架期等特點備受關注，是一種非常有前景實現(xiàn)工業(yè)化應用的食品非熱加工技術(shù)。目前人們就脈沖電場對微生物的殺菌效果方面已有了大量深入的研究，并證實脈沖電場對微生物的營養(yǎng)體細胞均有較好的殺滅作用，但對脈沖電場抗性較高的單增李斯特菌，芽孢的殺滅效果不十分理想。
[0003]研究表明脈沖電場對微生物的殺滅作用主要作用位點為微生物的細胞膜，廣泛認可的機理為:由鑲嵌蛋白質(zhì)的磷脂雙分子層構(gòu)成的微生物細胞膜，它帶有電荷，具有一定的通透性和機械強度。膜的內(nèi)外表面間具有一定的電勢差，當細胞膜上外加一個電場時，這個電場將使膜內(nèi)外的電勢差增大。由于細胞膜兩表面堆積的異號電荷相互吸引，引起膜的擠壓；當電場強度增大到一個臨界值時，細胞膜的通透性劇增，壁上出現(xiàn)許多小孔，使膜的強度降低；電場強度進一步增大使細胞膜產(chǎn)生不可修復的大穿孔，使細胞組織破裂、崩潰，導致微生物失活，從而達到滅菌的效果。
[0004]單增李斯特菌是一種短小的革蘭氏陽性無芽胞桿菌，具有強嗜冷性，其最適生長溫度為37°C，但其生存環(huán)境可塑性大，能在2-42°C下生存、繁殖，是一種人畜共患病的致病菌，該菌在自然界中廣泛存在，土壤是主要的貯主，各種野生和家養(yǎng)動物以及健康人群被認為是該菌的攜帶者，家庭環(huán)境和多種食品均可被污染，如果汁，牛奶，豆奶，液態(tài)蛋等液體食品。食品中存在的單增李斯特菌對人類的安全具有危險，該菌在4°C的環(huán)境中仍可生長繁殖，是冷藏食品威脅人類健康的主要病原菌之一。近年來，單增李斯特菌在法國、美國、加拿大等國曾多次引起食物中毒，輕者為一般胃腸炎癥狀，重癥者主要表現(xiàn)為敗血癥、腦膜炎、神經(jīng)癥狀及單核細胞增多等，臨床死亡率高達20% -70%，因此引起了世界各國的高度關注。
[0005]已有研究表明，微生物細胞膜作為微生物與外界交流的屏障，保持穩(wěn)定適宜的流動性，為微生物生長及與外界環(huán)境進行物質(zhì)，能量的交換，對維持其正常功能是十分重要的。為適應特殊的生長環(huán)境沖擊，如溫度，滲透壓，酸堿度等的極端變化，微生物通過調(diào)節(jié)細胞膜磷脂雙分子層中脂肪酸鏈組成，如在低于正常生長溫度的情況下，細胞膜磷脂脂肪酸鏈的不飽和脂肪酸，脂肪酸支鏈，短鏈脂肪酸的含量增加等，從而使細胞膜的流動性增加和相變溫度降低以適應低溫環(huán)境，維持細胞膜膜蛋白正常的生理功能及細胞膜可溶性物質(zhì)正常的通透性。這種變化機制對環(huán)境的反應非?？欤ǔＴ趲仔r內(nèi)完成。
[0006]單增李斯特菌作為一種嗜冷，強致病菌，其對環(huán)境的適應性強。特別是對低溫的適應能力特別強。大量的研究表明單增李斯特菌對低溫的適應能力來自于其對磷脂脂肪酸鏈飽和度，支鏈數(shù)目，脂肪酸鏈長度的迅速的調(diào)節(jié)。相比其它微生物如酵母菌，金黃色葡萄球等更能適應低溫環(huán)境。Russell, Piiettman, Annous, Mastronicolis等人的研究表明，當單增李斯特菌在低于最適生長溫度(37°C )7°C培養(yǎng)，其C15:0/C17:0比例顯著增大，同時C18:1的比例增加。單增李斯特菌磷脂雙分子層磷脂脂肪酸鏈變化及不飽和度增加使磷脂雙分子層的相變溫度降低，從而使細胞膜在低溫下保持其正常生長所需的流動性。
[0007]中國發(fā)明專利CN1354018A公布了一種脈沖電場殺菌方法及其裝置。中國發(fā)明專利CN1014854484A公布了一種高壓脈沖電場對濃縮蘋果汁進行滅菌的方法。該方法使用5-100kV/cm的脈沖電場強度，脈沖頻率1-120HZ，脈沖數(shù)2-150個，能達到有效殺滅濃縮蘋果濁汁的有害微生物，最大限度保持食品原有的風味效果。中國專利CN101297712A公布了一種液態(tài)物料低溫電場殺菌的方法，該方法先將液態(tài)物料濃縮并降溫到其溫度介于零度和濃縮液的凍結(jié)點溫度之間，再用脈沖電場殺菌處理。其利用在電導率受溫度影響大，低溫果汁的電導率小原理，從而利用高強度脈沖電場殺菌處理過程中產(chǎn)生的電流小，達到減小電場處理過程中溫升對果汁品質(zhì)的影響。
[0008]近年來，脈沖電場對液體食品殺菌滅酶效果，及食品品質(zhì)的影響進行大量的研究，為脈沖電場殺菌技術(shù)工業(yè)化應用奠定了良好的基礎，但現(xiàn)行研究仍處在實驗室小規(guī)模的條件下，要實現(xiàn)工業(yè)化應用仍有很多的不足之處:
[0009](I)現(xiàn)行脈沖電場所用殺菌的場強高，高的脈沖電場強度對設備要求高，同時高的電場強度對脈沖電場設備中關鍵元件的損傷大，減低使用壽命，增加生產(chǎn)成本。
[0010](2)液體食品電解質(zhì)含量高，從而電導率大，在高電場強度場強作用下，物料升溫大，對液體食品的品質(zhì)廣生影響。
[0011](3)對脈沖電場抗性高的致病菌，單增李斯特菌、芽孢等殺滅效果不明顯。
[0012](4)脈沖電場殺菌過程中產(chǎn)生的潛熱沒有綜合利用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種低溫應激強化脈沖電場殺滅單增李斯特菌的方法，能在較低的脈沖電場強度下達到有效殺滅單增李斯特菌的效果，更加高效，安全，節(jié)能。
[0014]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0015]一種低溫應激強化脈沖電場殺滅單增李斯特菌的方法，包括如下步驟:
[0016](I)取新鮮的液體樣品；
[0017](2)先將液體樣品進行程序降溫貯藏:在13?17°C下貯藏I?此，然后將溫度降至3?7°C|C藏I?2h ;
[0018](3)將液體樣品升溫至35?40°C，立即進行脈沖電場處理。
[0019]步驟(3)所述脈沖電場處理的參數(shù)為:
[0020]電場強度15?30kV/cm，脈沖數(shù)50?200個，頻率為100Hz，脈寬為2?100 μ S。
[0021]步驟(3)所述將液體樣品升溫至35?40°C，具體為:
[0022]在I?2min內(nèi)將所述液體樣品通過熱交換器升溫至35?4(TC。
[0023]在需要多批次處理液體樣品時，將經(jīng)步驟(I)?(3)處理后的上一批次的液體樣品和經(jīng)步驟(I)?(2)處理后的下一批次的液體樣品泵入熱交換器，使下一批次的液體樣品升溫至35?40°C。
[0024]步驟(3)之后還包括以下步驟:
[0025](4)對脈沖處理后的液體樣品進行無菌灌裝保存。
[0026]本發(fā)明的利用單增李斯特菌嗜冷，在低溫環(huán)境下能正常生長的特性，利用冷激的預處理增強脈沖電場對單增李斯特菌的殺滅效果。其技術(shù)原理為:單增李斯特菌為適應低溫的貯藏條件，維持細胞膜正常的流動性。細胞膜磷脂的脂肪酸的結(jié)構(gòu)發(fā)生相應的變化，不飽和脂肪酸、支鏈脂肪酸、短鏈脂肪酸的含量增加，從而使細胞膜流動性增加，相變溫度降低。當單增李斯特菌在低于最適生長溫度(37°C )7°C培養(yǎng)時，其C15:0/C17:0比例顯著增大，同時C18:l的比例增加。單增李斯特菌磷脂雙分子層磷脂脂肪酸鏈變化及不飽和度增加使磷脂雙分子層的相變溫度降低，從而使細胞膜在低溫下保持其正常生長所需的流動性。大量研究表明微生物細胞膜磷脂雙分子的相變溫度比生長溫度一般低2-5 °C。在37°C培養(yǎng)的單增李斯特菌其相變溫度在32-35°C之間。本發(fā)明采用程序降溫貯藏條件，使單增李斯特菌細胞膜磷脂脂肪酸鏈結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而相變溫度進一步減低，其中程序的降溫目的在于使其能更快的適應低溫環(huán)境，避免迅速的降溫對單增李斯特菌造成亞致死，而使其處于休眠狀態(tài)。經(jīng)過冷激處理，后續(xù)升溫過程，使細胞膜的流動性對溫度的變化更為敏感。在脈沖電場處理前，提高液體樣品的溫度，使處于凝膠相的細胞膜向液晶相轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變過程中，細胞膜磷脂雙分子層變得疏松、厚度減小，流動性增加，疏水的脂肪酸鏈的無序度增加，細胞膜的粘彈性增加，機械強度降低。細胞膜的厚度變小，使得脈沖電場在細胞膜上的產(chǎn)生的跨膜電壓相應增大，細胞膜的機械強度降低，粘彈性增加，使其更容易壓縮。從而導致細胞膜穿孔的臨界跨膜電壓降低，使其在較低的脈沖電場強度下就能穿孔，使胞內(nèi)物質(zhì)泄漏，達到殺滅微生物的效果。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果:
[0028](I)本發(fā)明在進行脈沖電場之前，首選進行程序降溫貯藏，先在13?17°C下貯藏l-2h，然后將溫度降至3?7°C貯藏I?2h，再將液體樣品升溫至35?40°C進行脈沖電場處理，與普通的脈沖電場殺菌相比，能在較低的脈沖電場強度下達到有效殺滅單增李斯特菌的效果，從而減低對設備的要求，及殺菌過程中的能耗。
[0029](2)本發(fā)明在需要多批次處理液體樣品時，綜合利用了脈沖電場殺菌過程產(chǎn)生的熱量，到達降低能耗的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為不同的處理條件下單增李斯特菌減少對數(shù)與脈沖數(shù)的關系圖。。

【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0032]實施例1
[0033]新鮮的荔枝汁分成兩份，一份不接種單增李斯特菌，另一份接種單增李斯特菌使其數(shù)量達到1.0X107Cfu/Cm;對兩份新鮮的荔枝汁進行程序降溫貯藏:先在15°C下貯藏lh，然后在5°C下貯藏lh。然后，將荔枝汁升溫至40°C，整個升溫過程在Imin內(nèi)完成；立即進行脈沖電場處理，脈沖電場處理的電參數(shù)為:電場強度30kV/cm，脈沖數(shù)200個，頻率為1000Hz，脈寬為2μ s ;經(jīng)脈沖電場處理后的荔枝汁用蠕動泵入熱交換器，另外將已經(jīng)過程序降溫貯藏但未經(jīng)過脈沖電場處理的荔枝汁也泵入熱交換器，使已經(jīng)過程序降溫貯藏但未經(jīng)過脈沖電場處理的荔枝汁升溫至40°C ;經(jīng)脈沖電場處理后的荔枝汁在熱交換后立即在無菌的條件下進行灌裝；已經(jīng)過程序降溫貯藏但未經(jīng)過脈沖電場處理的荔枝汁則進行后續(xù)的脈沖電場處理。采用熱交換器對上一批次經(jīng)脈沖電場處理的荔枝汁和下一批次的需要升溫的荔枝汁進行熱交換，綜合利用了脈沖電場殺菌過程產(chǎn)生的熱量，到達降低能耗的效果。
[0034]同時用平板計數(shù)法測定接種單增李斯特菌的荔枝汁的單增李斯特菌的數(shù)量，測定不接種單增李斯特菌的荔枝汁的菌落總數(shù)。
[0035]為說明本發(fā)明的方法的效果，本實施例將本發(fā)明的方法與以下方法的殺菌效果進行對比:1、處理條件:不加脈沖電場、不經(jīng)程序降溫貯藏過程、升溫至40°C ;2、處理條件:脈沖電場強度30kV/cm、不經(jīng)程序降溫貯藏過程、在25°C下殺菌；3、處理條件:脈沖電場強度30kV/cm、經(jīng)程序降溫貯藏過程、升溫至40°C殺菌。對比結(jié)果如圖1所示?？芍c未經(jīng)過程序降溫貯藏預處理的脈沖電場殺菌方法相比，本實施例的經(jīng)過程序降溫貯藏預處理的脈沖電場殺菌方法對單增李斯特菌的殺滅效果增加約2個對數(shù)級，當脈沖處理數(shù)為200個時，由
6.06降至4.21 ;同時溫度與脈沖電場的協(xié)同作用能有效增加李斯特菌殺滅效果，與室溫處理相比(25°C )，協(xié)同處理溫度為40°C時對李斯特菌殺滅效果增加約I個對數(shù)級，當脈沖處理數(shù)為200個時，由4.21降至3.07。
[0036]本實施例的未接種李斯特菌荔枝汁菌落總數(shù)測定結(jié)果:沒有檢出。
[0037]實施例2
[0038]新鮮的牛奶分成兩份，一份不接種單增李斯特菌，另一份接種單增李斯特菌使其數(shù)量達到1.0X 107cfU/cm ;對兩份牛奶進行程序降溫貯藏:先在15°C下貯藏lh，然后在5°C下貯藏2h。然后，用熱交換器將牛奶升溫至35°C，整個熱交換過程在Imin內(nèi)完成，立即進行脈沖電場處理，脈沖電場處理的電參數(shù)為:電場強度25kV/cm，脈沖數(shù)100個，頻率為1000Hz，脈寬為40μ S。經(jīng)脈沖電場處理后的牛奶用蠕動泵入熱交換器，另外將已經(jīng)過程序降溫貯藏但未經(jīng)過脈沖電場處理的牛奶也泵入熱交換器，使已經(jīng)過程序降溫貯藏但未經(jīng)過脈沖電場處理的牛奶升溫至35°C ;經(jīng)脈沖電場處理后的牛奶在熱交換后立即在無菌的條件下進行灌裝；已經(jīng)過程序降溫貯藏但未經(jīng)過脈沖電場處理的牛奶則進行后續(xù)的脈沖電場處理。
[0039]同時用平板計數(shù)法測定接種單增李斯特菌的牛奶的單增李斯特菌的數(shù)量，測定不接種單增李斯特菌的牛奶的菌落總數(shù)。與不經(jīng)程序降溫貯藏的脈沖電場殺菌方法相比，本實施例的經(jīng)過程序降溫貯藏的脈沖電場殺菌方法對單增李斯特菌的殺滅效果增加3個對數(shù)級。
[0040]本實施例的未接種李斯特菌牛奶菌落總數(shù)測定結(jié)果:沒有檢出。
[0041]實施例3
[0042]新鮮的蛋液分成兩份，一份不接種單增李斯特菌，另一份接種單增李斯特菌使其數(shù)量達到1.0X 107cfU/cm ;對兩份蛋液進行程序降溫貯藏；先在15°C下貯藏2h，然后在5°C下貯藏2h。然后，用熱交換器將牛奶升溫至38°C，整個熱交換過程在1.5min內(nèi)完成，立即進行脈沖電場處理，脈沖電場處理的電參數(shù)為:電場強度15kV/cm，脈沖數(shù)50個，頻率為1000Hz，脈寬為100 μ S。脈沖電場處理后的蛋液用蠕動泵入熱交換器與處理前的蛋液進行熱交換后，立即在無菌的條件下進行灌裝。
[0043]同時用平板計數(shù)法測定接種單增李斯特菌的蛋液的單增李斯特菌的數(shù)量，測定不接種單增李斯特菌的蛋液的菌落總數(shù)。
[0044]不經(jīng)程序降溫貯藏的蛋液，脈沖電場處理后其單增李斯特菌數(shù)量減少至1.2X106Cfu/Cm，經(jīng)過程序降溫貯藏的蛋液，脈沖電場后其單增李斯特菌數(shù)量減少至
4.3X104cfu/cmo與不經(jīng)程序降溫貯藏的脈沖電場殺菌方法相比，本實施例的經(jīng)程序降溫貯藏的脈沖電場殺菌方法對單增李斯特菌的殺滅效果增加約3個對數(shù)級。
[0045]本實施例的未接種李斯特菌蛋液菌落總數(shù)測定:沒有檢出。
[0046]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種低溫應激強化脈沖電場殺滅單增李斯特菌的方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)取新鮮的液體樣品； (2)先將液體樣品進行程序降溫貯藏:在13?17°C下貯藏I?2h，然后將溫度降至3?7°C貯藏I?2h ; (3)將液體樣品升溫至35?40°C，立即進行脈沖電場處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫應激強化脈沖電場殺滅單增李斯特菌的方法，其特征在于，步驟(3)所述脈沖電場處理的參數(shù)為: 電場強度15?30kV/cm，脈沖數(shù)50?200個，頻率為100Hz，脈寬為2?100 μ S。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫應激強化脈沖電場殺滅單增李斯特菌的方法，其特征在于，步驟(3)所述將液體樣品升溫至35?40°C，具體為: 在I?2min內(nèi)將所述液體樣品通過熱交換器升溫至35?40°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫應激強化脈沖電場殺滅單增李斯特菌的方法，其特征在于，在需要多批次處理液體樣品時，將經(jīng)步驟(I)?(3)處理后的上一批次的液體樣品和經(jīng)步驟(I)?(2)處理后的下一批次的液體樣品泵入熱交換器，使下一批次的液體樣品升溫至 35 ?40°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫應激強化脈沖電場殺滅單增李斯特菌的方法，其特征在于，步驟(3)之后還包括以下步驟: (4)對脈沖處理后的液體樣品進行無菌灌裝保存。
【文檔編號】A23L2/50GK104222715SQ201410421710
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】曾新安, 劉志偉, 韓忠, 王啟軍 申請人:華南理工大學