交流电场杀菌对酵母菌杀死率的影响

艾克拜尔·买买提，热夏提·达吾来提，阿布力米提·克力木，阿依屯姑丽·吐尔德，巴吐尔·阿不力克木

（新疆农业大学食品科学与药学学院，新疆乌鲁木齐830052）

交流电场杀菌对酵母菌杀死率的影响

艾克拜尔·买买提，热夏提·达吾来提，阿布力米提·克力木，阿依屯姑丽·吐尔德，巴吐尔·阿不力克木*

（新疆农业大学食品科学与药学学院，新疆乌鲁木齐830052）

杀菌工艺是食品加工的重要环节，传统的热杀菌会导致食品的色泽、风味和营养物质不同程度的改变和损失。因此，非热杀菌技术应运而生，其中，脉冲电场杀菌技术利用高电压脉冲作用于物料，使微生物细胞膜被电击穿，产生不可修复的穿孔，导致微生物失活，而达到杀菌效果。本研究利用交流电使电极间产生类似脉冲电场的高电场，使其作用于酵母菌液进行杀菌处理，研究温度、杀菌时间、液体流速、电场强度等因素对杀菌效果的影响，从而寻找最佳杀菌工艺参数，为格瓦斯的杀菌工艺提供理论参考。试验表明，最佳杀菌工艺参数为：温度为40℃、杀菌时间为80 s、液体流速为100 mL/min、电场强度为10 kV/cm，采用最佳工艺进行杀菌处理，其酵母菌死菌率达到95.5%。说明该交流电场杀菌设备可有效杀灭酵母菌，具有一定的杀菌能力。

电场杀菌；酵母菌；交流电场

民以食为天，食以安全为先，食品安全关系到消费者的身体健康和生命安全[1]。微生物是引起食品变质腐败的主要原因。杀菌工艺是食品加工的重要环节，通过杀菌可延长产品的贮藏期，保证产品的质量安全[2]。近年来，国内外正在探索各种有效的杀菌方法[3]。其中热杀菌技术已成功应用在各种食品的杀菌中，但随着人们对食品质量和安全性要求的提高，热杀菌技术的弊端已逐步显现，高温导致食品产生不同程度的色泽、风味和营养物质的改变和损失。对此，非热杀菌技术应运而生，且在近年来不断发展[4]，非热杀菌具有节能、高效、安全、经济以及更大限度保持食品原有的色香味的特点受到关注，大大促进了包装食品的生产和发展[5]。近年来，随着人们饮食观念的改变，“原汁原味”的食品逐渐成为时尚，因而冷杀菌技术也越来越受到食品科学研究工作者的高度重视[6]。冷杀菌是指不用热能杀死微生物，因此又称非加热杀菌，此杀菌技术既能控制食品微生物数量，又能保持食品本身固有的品质，满足消费者对食品风味，食品营养和食品安全的要求[7]，如超高压杀菌，超高压脉冲电场杀菌，脉冲强光杀菌，放射线杀菌等。高压脉冲电场杀菌技术利用高电压脉冲作用于物料，使微生物细胞膜被电击穿，产生不可修复的穿孔或破裂，使细胞组织受损，导致微生物失活，而达到杀菌效果[8]。本研究利用交流电使电极间产生类似高压脉冲电场的高电场，对酵母菌液进行杀菌处理，研究温度、杀菌时间、液体流速、电场强度等因素对杀菌效果的影响，从而寻找最佳杀菌工艺参数，为格瓦斯的杀菌工艺提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

酵母粉：市售；美篮染色液：中国北京华越洋生物科技有限公司；杀菌装置：自制；XX8200230蠕动泵：美国密理博公司；TDGC2-KV/A变压器：中国深圳源恒通科技有限公司；XSP-2CA显微镜：中国上海谦科仪器设备有限公司。

1.2 方法

1.2.1 温度对杀菌效果的影响

电场强度10kV/cm，处理时间30s，流速200mL/min，对待杀菌液拟采用 0、5、10、15、20、25、30、35、40 ℃低温处理后再进行杀菌处理，用美蓝染色法对酵母菌死菌数进行测定，通过试验初步确定处理温度，进一步试验论证。

1.2.2 杀菌时间对杀菌效果的影响

电场强度10 kV/cm，处理温度20℃，流速200 mL/min，对待杀菌液拟采用 10、20、30、40、50、60、70、80、90、100 s的处理时间进行杀菌处理，用美蓝染色法对酵母菌死菌数进行测定，通过试验初步确定处理时间，进一步试验论证。

1.2.3 流速对杀菌效果的影响

电场强度10 kV/cm，处理温度20℃，处理时间30 s，对待杀菌液拟采用 100、200、300、400、500、600、700、800、900、1 000、1 000 mL/min 的液体流速进行杀菌处理，用美蓝染色法对酵母菌死菌数进行测定，通过试验初步确定液体流速，进一步试验论证。

1.2.4 电场强度对杀菌效果的影响

处理温度20℃，处理时间30 s，流速200 mL/min，对待杀菌液由于试验设备的原因，本次试验的电场强度因素水平只能设定为 5、7.5、10、12.5、15 kV/cm 5 个水平进行杀菌处理，用美蓝染色法对酵母菌死菌数进行测定，通过试验初步确定电场强度，进一步试验论证。

1.2.5 正交试验

本试验在单因素试验的基础上，采用正交试验方法，确定4个因素，每个因素取3个水平。试验选用L9（34）正交表，以酵母菌死菌数作为评价标准。

表1 正交表L9（34）Table 1L9（34）orthogonal table

2 结果与分析

2.1 温度对杀菌效果的影响

不同温度对杀菌效果的影响，见图1。

图1 不同温度对杀菌效果的影响Fig.1 Different temperature effects on sterilization

从图1可以看出，随着温度的升高死菌数也随之升高，30℃后的死菌数变化明显。考虑原因可能是杀菌后的温度高于酵母菌可耐受的温度，使酵母菌无法生长繁殖。温度的上升可能是待杀菌液通过电极间产生通电加热所致。通过试验发现杀菌后的最终温度未超过60℃。综合考虑试验结果，选取30、35、40℃3个杀菌前处理温度，继续对交流电场杀菌工艺进行正交试验分析，已确定杀菌前最佳的处理温度。

2.2 杀菌时间对杀菌效果的影响

不同杀菌时间对杀菌效果的影响，见图2。

从图2可以看出，随着杀菌时间的延长死菌数呈上升趋势，50 s后死菌数上升明显，考虑原因可能是随着杀菌时间的延长待杀菌液通过电极间的时间也随之变长，因此待杀菌液的温度不断上升，温度的上升可能是死菌数增加的主要原因。综合考虑试验结果，选取80、90、100 s 3个杀菌时间，继续对交流电场杀菌工艺进行正交试验分析，已确定最佳的杀菌时间。

图2 不同杀菌时间对杀菌效果的影响Fig.2 Different times effects on sterilization

2.3 流速对杀菌效果的影响

不同流速对杀菌效果的影响，见图3。

图3 不同流速对杀菌效果的影响Fig.3 Liquid flow rate effects on sterilization

从图3可以看出，流速越大死菌数越少，流速增加时温度上升不明显，考虑原因可能是由于流速的增加使得待杀菌液在电极间停留的时间变短，导致温度上升不明显，从而使死菌数下降。综合考虑试验结果，选取100、200、300 mL/min 3个流速，继续对交流电场杀菌工艺进行正交试验分析，已确定最佳的流速。

2.4 电场强度对杀菌效果的影响

电场强度对杀菌效果的影响，见图4。

图4 电场强度对杀菌效果的影响Fig.4 Electric field intensity effects on sterilization

从图4可以看出，电场强度越高，死菌数越多，电场强度从10 kV/cm时开始死菌数变化明显，考虑原因可能是酵母菌对电场敏感，所能耐受的电场强度为10 kV/cm，这与其他文献记载一致。此外，在提高电场强度过程中发现温度变化明显，随强度提高温度随之提高，从而起到杀菌效果。在高电场强度作用下未发现电击穿现象，考虑原因可能是观察不够仔细。综合考虑试验结果，选取10、12.5、15 kV/cm 3个电场强度，继续对交流电场杀菌工艺进行正交试验分析，已确定最佳的电场强度。

2.5 正交试验结果

本试验在单因素试验的基础上，确定4个因素，每个因素取3个水平，为温度30、35、40℃；时间为80、90、100 s；流速为 100、200、300 mL/min；电场强度为10、12.5、15 kV/cm。试验选用L9（34）正交表，以酵母菌死菌数作为评价标准。

表2 正交试验结果及极差分析Table 2 The result and different level analyses of orthogonal

从表2可知，交流电场杀菌的影响因素的主次顺序为D>A>B>C，即电场强度＞温度＞杀菌时间＞液体流速。通过正交试验获得 A3、B1、C1、D1这一组合为最佳组合，即温度为40℃、杀菌时间为80 s、流速为100 mL/min、电场强度为10 kV/cm，为论证试验结果的可靠性，选用这一组合进行杀菌试验，结果待杀菌液中酵母菌的死菌率达到95.5%，试验证明这一组合为最佳，已达预订杀菌目标。

3 结论

试验表明最佳杀菌工艺参数为：温度为40℃、杀菌时间为80 s、液体流速为100 mL/min、电场强度为10 kV/cm，采用最佳工艺进行杀菌处理，其酵母菌死菌率达到95.5%。说明采用交流电场杀菌可有效杀灭酵母菌。试验过程中发现随着电场强度、时间、流速等的变化，杀菌后液体的温度也随着变化，因此考虑死菌数的上升可能与待杀菌液的温度变化有关。在试验过程中发现有细胞电击穿现象，但数量极少，因此可以说明具有脉冲电场杀菌的类似特征。

[1] 李玉锋,马涛.食品杀菌新技术[J].农产品加工,2007,1(88)：89-90

[2] 陈军.食品杀菌技术概述[J].轻工科技,2012(5)：1-3

[3] 郑瑞生,王则金.食品物理冷杀菌技术研究进展[J].粮食与油脂,2011(2)：1-3

[4] 吴雅静.非热杀菌技术在食品加工中的应用研究[J].安徽农业科学,2015,43(1)：242-243

[5] 李梦颖.食品加工中的热杀菌技术和非热杀菌技术[J].农产品加工,2013(16)：109-113

[6] 张志强.冷杀菌技术在食品工业中应用的研究进展[J].食品研究与开发,2011,32(1)：141-143

[7] 王贺.冷杀菌技术在食品加工中的应用[J].工业技术,2012(11)：129

[8] 任文霞,李建科.冷杀菌技术及其在食品中应用[J].粮食与油脂,2007(12)：22-23

[9] 刘娜.新型冷杀菌技术对食品品质及营养素的影响[J].中国食物与营养,2006(10)：28-30

[10]郑瑞生,王则金.食品冷杀菌技术的研究综述[J].河南工业大学学报,2011,32(3)：80-87

Effect of AC Electric Field Sterilization on the Killing Rate of Yeasts

Aikebaier·Maimaiti，Rexiati·Dawulaiti，Abulimiti·Kelimu，Ayitunguli·Tuerde，Batuer·Abulikemu*
（Institute of Food Science and Medicine，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，Xinjiang，China）

The sterilization process is an important part of food processing，traditional thermal sterilization in killing spoilage microorganisms at the same time，can cause food color，flavor and nutrients varying degrees of change and loss.There fore，non-thermal sterilization technology emerges as the times require and continue to develop，where electric field sterilization technology utilizes high-voltage pulse applied to the material，microbial membrane electrical breakdown in the strong electric field，produce irreparable perforation，lead to microbial inactivation，and reach the effect of sterilization.In this study，the high electric field strength caused by alternating current was used to process the sterilization of liquid yeast，the effects of temperature，sterilization time，liquid velocity and electric field strength of the raw materials on the sterilization were studied，in order to find the best sterilization process parameters，as to provide theoretical basis for food sterilization technology.Experiment showed that the optimum parameters of the sterilization process was：raw material liquid temperature of 40℃，sterilization time of 80 s，liquid flow rate of 100 mL/min，the electric field intensity of 10 kV/cm，the optimum technology was adopted to improve the sterilization，the death rate of yeast bacterium reached to 95.5%.This study showed that the ac electric field sterilization equipment could effectively kill yeast，had certain ability of sterilization.

the electric field sterilization；yeast；ac electric field

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.14.025

新疆农业大学校前期资助课题（XJAU201316）

艾克拜尔·买买提（1975—），男（维吾尔），讲师，硕士，研究方向：生物技术。

*通信作者：巴吐尔·阿不力克木（1968—），男（维吾尔），副教授，研究方向：农畜产品加工。

2015-07-21