微波作用下鲜切莲藕杀菌实验研究

董建军 周全

摘 要：本文进行了微波作用下鲜切莲藕的杀菌实验研究，考察了脉冲微波功率、复合微波和单一脉冲微波处理时间对杀菌效果的影响。研究结果表明：连续微波和脉冲微波对鲜切莲藕都有一定的杀菌效果，但脉冲微波的杀菌效果比连续微波的杀菌效果好;在280～700W范围内，随着脉冲微波功率的降低，鲜切莲藕中菌落总数逐渐减少。复合微波处理可以有效杀死鲜切莲藕中的细菌，菌落总数的最大杀菌率可以达到99.1%;在0-180s范围内，随着处理时间的增加，鲜切莲藕中的菌落总数先降低后升高。单一的脉冲微波在室温下也具有一定的杀菌作用;在0～216s范围内，随处理时间的增加，鲜切莲藕中菌落总数总体上呈下降趋势，但存在有波动性变化。

关键词：微波;杀菌;鲜切莲藕

中图分类号：TS205 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）12-0252-03

0 引言

鲜切果蔬是对新鲜果蔬进行分级、整理、清洗、切分及包装等程序处理，使果蔬成为快捷方便食品[1]。为延长保质期，需对鲜切果蔬进行杀菌处理。冷杀菌技术是一种新型的杀菌技术，它能够保存食品的生理活性并且将处理过程中造成食品本身的风味和营养成分的损害降到最低[2]。由于高温对鲜切果蔬的感官、口感和营养均有很大的影响，因此高温杀菌很少用来处理鲜切果蔬。但最近几年的研究结果表明，适度的热处理（温度不超过55℃）可以在保证杀菌效果的基础上，降低鲜切果蔬呼吸率，延长货架期，并使产品的感官和营养品质达到可以接受的程度[3]。微波杀菌效果随微波杀菌时间的延长越显著，但这也明显的会使鲜切果蔬的温度升高，较大的破坏鲜切果蔬所应有的品质，大大降低其可接受性。因此，将连续微波和脉冲微波组合在一起可以更有效地控制鲜切果蔬中细菌的数量，改善鲜切果蔬产品的质量，同时控制了鲜切果蔬的温度。为此，本文利用短时的连续微波处理使鲜切莲藕升温，然后在进行脉冲微波杀菌处理，研究了不同的脉冲微波功率、复合微波和单一的脉冲微波处理时间下，鲜切莲藕中菌落总数的变化规律，为鲜切果蔬的工业化生产提供一些实验依据。

1 实验

1.1 实验材料

实验材料主要为鲜切莲藕、培养基和生理盐水等。鲜切莲藕由超市购买，4℃冰箱冷藏备用。

1.2 实验设备

实验主要设备为连续和脉冲微波发生装置，高压灭菌锅，恒温培养箱，电子天平及高速组织捣碎机等。脉冲微波发生装置由700W的微波炉加脉冲时间开关改造而成，通过调整微波的通/断时间比例，来控制微波的功率。

1.3 实验过程

将15g鲜切莲藕装入试管，然后放入微波装置中，进行杀菌处理。首先研究了不同功率（0W，280W和350W）的脉冲微波和和700W的连续微波对鲜切莲藕杀菌效果的影响;当脉冲微波功率为210W时，在12s/700W连续微波处理的基础上，研究了不同的处理时间（45s，90s，135s和180s）对鲜切莲藕中菌落总数的影响;同时研究了210W的单一脉冲微波处理时间（81s，126s，171s和216s）对鲜切莲藕杀菌效果的影响。处理后的样品先进行捣碎，再进行稀释和平板培养，以测定杀菌效果。鲜切莲藕中菌落总数的测定参照GB/T4789.2-2003《食品中菌落总数测定》。每个样品选择6个稀释度进行检测，每个数据进行3次实验，取其平均值作为最后结果。

2 实验结果与分析

2.1 脉冲微波功率对鲜切莲藕杀菌效果的影响

表1为不同功率的脉冲微波下鲜切莲藕的杀菌参数。从表中可以看出，由于脉冲微波的功率比连续微波的功率低，所以加热至相同温度时，微波的累计作用时间相对较长。一般来说微波炉的功率调节也是通过调整放电管的通/断时间比例完成的，但是微波炉的功率调节是为了更好的加热，而殺菌实验中是为了达到更好的杀菌效果，同时还能控制物料的温度不能超过55℃，所以实验中对微波炉的通/断时间比例进行了重新设定。

图1为脉冲微波功率对鲜切莲藕中菌落总数的影响。从图中可以看出，无论是连续微波还是脉冲微波都具有一定的杀菌效果;脉冲微波的杀菌效果比连续微波的杀菌效果好;在280～700W范围内，随着脉冲微波功率的降低，鲜切莲藕中菌落总数逐渐减少。当脉冲微波功率为280W，即微波工作时间为2s，断开时间为3s时，鲜切莲藕的杀菌效果最好;鲜切莲藕中的菌落总数由190×103下降为29×102，杀菌率为98.5%。

微波杀菌分为热效应和非热生物效应。其热效应是指食品介质吸收微波温度升高，从而使得食品内微生物的温度升高，使微生物蛋白质变性和破坏其正常的体内生理代谢环境导致微生物死亡。连续微波处理主要利用了微波的热效应对鲜切果蔬进行了杀菌，但由于微波作用时间短，物料升温不明显，所以杀菌效果较差。非热生物效应是指微波作为一种电磁辐射波，在与微生物的作用过程中，可以改变或扰乱细胞膜内外的电位差，使细菌生理生长所需要的营养物质运输不能正常的进行，从而使其死亡。目前还有假说认为微波能使蛋白质的三级和四级结构发生改变，蛋白变性，同时还能使其遗传物质DNA和RNA受到破坏，从而使微生物死亡[4]。脉冲微波处理主要利用了微波的非热生物效应进行杀菌。脉冲微波由于功率比连续微波的低，所以加热至相同温度时，微波的作用时间相对较长，因此杀菌效果比连续微波好。微波功率越小，微波作用时间越长，微波的非热生物效应越显著，杀菌效果越好。

2.2 复合微波作用下，处理时间对鲜切莲藕杀菌效果的影响

表2为复合微波处理时，不同脉冲微波处理时间下鲜切莲藕的杀菌参数。从表中可以看出，12s的连续微波处理，可以使15g物料快速升温至54℃。通1s/断2s，功率为210W的脉冲微波，对鲜切果蔬没有升温作用，只能对鲜切果蔬起到保温作用。因此通过采用脉冲微波可以降低微波功率，在物料不升温的前提下，增加微波的累计作用时间。

图2为复合微波作用下，处理时间对鲜切莲藕中菌落总数的影响。从图中可以看出，在0-180s范围内，随着脉冲微波处理时间的增加，鲜切莲藕中的菌落总数先降低，达到最低点后，菌落总数反而随处理时间的增加而增加;当脉冲微波处理时间为135s时，脉冲微波对鲜切莲藕的杀菌效果最好，鲜切莲藕中的菌落总数由19×104下降到17×102，总的杀菌率为99.1%。

在连续微波的作用下，鲜切莲藕吸收电磁波，因此温度升高，同时内部细菌的温度也升高，使细菌蛋白质变性和破坏了其正常的体内生理代谢环境，导致死亡。此外，微波的非热生物效应也可以使细菌数量下降。有研究表明温度与电磁场对微生物的杀灭有协同性，随着温度的升高，细胞内生化反应加快[5]。根据以上理论，由于温度升高，微生物的细胞流动性增强，从而使细胞膜变得更为脆弱，击穿所需能量变小，微生物更易于死亡。Stanley等[6]报道介质温度对细胞膜的流动性影响很明显，在低温下，细胞膜中磷脂处于凝胶结构;高温时，细胞膜中磷脂处于无序状态，并且为液晶态。这种由凝胶向液晶转化的过程取决于温度。彭梦勇等[7]通过对蛋白质的电磁场及温度协同处理，研究发现电磁场引起活化能的降低，蛋白质在电磁场作用下的不可逆变性，而且这种变性也遵循Arrhenius规律。这是和热效应完全不同的一种效应，是一种非热效应，而且这种效应和温度有关，温度升高时，微波的电磁效应迅速增大，表现为电磁场—温度协同效应。因此，连续微波预处理下菌落总数的下降和物料温度的提高，都为脉冲微波下鲜切果蔬的杀菌创造了有利条件。随着脉冲微波作用时间的增加，鲜切莲藕在微波中的实际暴露时间增加，在微波的各种非热效应下，被杀死的细菌数量增多;当脉冲微波作用时间超过135s时，细菌对脉冲微波产生了一定的适应能力，同时又受到电磁波传递特性的影响，因此随着作用时间的进一步增加，菌落总数又有所增加。

2.3 单一脉冲微波作用下，处理时间对鲜切莲藕杀菌效果的影响

表3为单一的脉冲微波作用时，不同处理时间下鲜切莲藕的杀菌参数。从表中可以看出，通1s/断2s，功率为210W的单一脉冲微波，对鲜切莲藕有很小的升温作用，且处理时间的增加对鲜切果蔬的温度影响很小。图3为单一的脉冲微波处理时，处理时间对鲜切莲藕中菌落总数的影响。从图中可以看出，单一的脉冲微波也具有一定的杀菌作用;在0～216s范围内，随着处理时间的增加，鲜切莲藕中菌落总数总体上呈下降趋势，但存在有波动性变化;当处理时间为126s时，鲜切莲藕中的菌落总数反而有所增加;当处理时间为216s时，鲜切莲藕中的菌落总数最少为19×103，杀菌率为90%。这说明微波的非热效应在室温下也可以起到一定的杀死作用。随着脉冲微波作用时间的增加，鲜切莲藕在微波中的实际暴露时间增加，在微波的非热效应下，被杀死的细菌数量增多;但当脉冲作用时间为126s时，菌落总数反弹，可能原因是脉冲微波在一定的温度条件下促进了细菌的分裂与繁殖。

3 结语

（1）连续微波和脉冲微波都有一定的杀菌效果，但脉冲微波的杀菌效果比连续微波的杀菌效果好;在280～700W范围内，随着脉冲微波功率的降低，鲜切莲藕中菌落总数逐渐减少。（2）连续微波和脉冲微波的复合处理可以有效杀死鲜切莲藕中的细菌，菌落总数的最大杀菌率可以达到99.1%;在0-180s范围内，随着处理时间的增加，鲜切莲藕中的菌落总数先降低后升高。（3）单一的脉冲微波在室温下也具有一定的杀菌作用;在0～216s范围内，随处理时间的增加，鲜切莲藕中菌落总数总体上呈下降趋势，但存在有波动性变化。

参考文献

[1] Robert C， Soliva-Fortuny， Olga Martin-Belloso. New advances in extending the shelf-life of fresh-cut fruits：A review[J].Trends in Food Science and Technology， 2003，14（9）：341-353.

[2] 张甫生，李蕾，陈芳，等.非热加工在鲜切果蔬安全品质控制中的应用进展[J].食品科学，2011，32（09）：329-334.

[3] 白露露，胡文忠，刘程惠，等.鲜切果蔬非热杀菌技术的研究与应用[J].食品工业科技，2013，34（15）：362-364.

[4] 蔣宇飞，芮汉明.白切鸡微波杀菌后在冷藏过程中的品质变化[J].食品工业科技，2008，29（4）：258-261.

[5] 马海乐，高梦祥.介质特性参数对脉冲磁场杀菌效果的影响[J].食品科学，2004，25（8）：42-46.

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[7] Corlett，D.A.Brown，M.H.pH and acidity.In Microbial Ecology of foods.Volume 1.Factors Affecting the Life and Death of Microbiological Specifications for foods[J].Acdemic Press，NewYork 1997.