高強(qiáng)度脈沖磁場(chǎng)對(duì)牛奶殺菌的研究

郭丹丹，肖凱軍

（華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州510640）

高強(qiáng)度脈沖磁場(chǎng)對(duì)牛奶殺菌的研究

郭丹丹，肖凱軍*

（華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州510640）

采用10 T以上高強(qiáng)度脈沖磁場(chǎng)處理鮮牛奶，研究脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)牛奶中微生物的影響。結(jié)果表明：高強(qiáng)度脈沖磁場(chǎng)對(duì)牛奶殺菌效果顯著，隨磁場(chǎng)強(qiáng)度或脈沖數(shù)的增大，菌落總數(shù)、大腸桿菌和霉菌酵母的存活率基本呈下降趨勢(shì)，但出現(xiàn)谷值后，存活率隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度和脈沖數(shù)的進(jìn)一步增大有所回升。在磁場(chǎng)強(qiáng)度16.02 T，脈沖數(shù)為6時(shí)，對(duì)牛奶中菌落總數(shù)和大腸桿菌殺菌效果最好；而磁場(chǎng)強(qiáng)度16.02 T，脈沖數(shù)8時(shí)，對(duì)霉菌酵母殺菌效果最好。與菌落總數(shù)和大腸桿菌相比，霉菌酵母對(duì)脈沖磁場(chǎng)有較強(qiáng)的抵抗力。在最佳處理?xiàng)l件下，經(jīng)脈沖磁場(chǎng)處理的牛奶可達(dá)到商業(yè)無菌的要求。

脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)；殺菌；牛奶；微生物

Abstract：The effect of intense pulsed magnetic field on total numbers of colony,Escherichia coli,mould and yeast in milk was investigated by using pulsed magnetic field over 10 T to treat milk.The experimental results indicated that the sterilizing effect of intense pulsed magnetic field on milk was significant.The survival rate firstly reduced to a valley value with the magnetic field strength and pulse number increasing.Then,the survival rate began to rise with the magnetic field strength and pulse number increasing,and the sterilizing result contrarily become worse.When treated by pulsed magnetic field that of 16.02 T,the total numbers of colony and Escherichia coli in milk can lead to the best sterilizing result with pulse number of 6,but the mould and yeast with the pulse number of 8.Compared with total numbers of colony and Escherichia coli,the mould and yeast have stronger resistance on pulsed magnetic field.Under the best treatment conditions,the milk that treated by intense pulsed magnetic field can meet the requirements of commercial sterile.

Key words:Intense pulsed magnetic field;sterilization;milk;microbe

國內(nèi)外對(duì)鮮牛奶的殺菌多采用傳統(tǒng)的加熱殺菌方法[1]，通過加熱使食品中腐敗菌細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)凝固變性，導(dǎo)致細(xì)菌失活。但食品受熱后，不僅使牛奶中營養(yǎng)成分部分喪失，還容易產(chǎn)生“蒸煮味”，影響食品的感官品質(zhì)。因此，對(duì)于非熱殺菌技術(shù)的研究越來越多[2-3]。現(xiàn)代食品非加熱殺菌技術(shù)[4]主要包括：超高壓殺菌、輻照殺菌、脈沖電場(chǎng)殺菌、脈沖磁場(chǎng)殺菌、紫外線殺菌等[5-6]。

脈沖磁場(chǎng)殺菌是將食品置于高強(qiáng)度脈沖電磁場(chǎng)中處理，達(dá)到殺菌的目的，處理的條件是在常溫常壓下，利用脈沖電磁場(chǎng)快速傳播的特性，進(jìn)行瞬時(shí)殺菌[7-8]，能最大限度地保留食品的色、香、味及營養(yǎng)成分，且效率高，節(jié)約能源[9]。由于脈沖磁場(chǎng)殺菌處理時(shí)間短、不經(jīng)高溫，因而對(duì)于一些熱敏感的食品殺菌處理尤其適合[10]。本文采用10 T以上高強(qiáng)度脈沖磁場(chǎng)處理牛奶，研究磁場(chǎng)強(qiáng)度和脈沖數(shù)對(duì)牛奶中菌落總數(shù)、大腸桿菌和霉菌酵母的影響，為脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)作為一種新型非熱殺菌技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

鮮牛奶：市售；營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基、孟加拉紅培養(yǎng)基、乳糖膽鹽發(fā)酵培養(yǎng)基、伊紅美蘭培養(yǎng)基：廣東環(huán)凱微生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

HSM-S20型脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)裝置（裝置簡圖如圖1所示）：武漢強(qiáng)磁場(chǎng)中心研制；高壓滅菌鍋：DAIHAN Scientific；超凈工作臺(tái)：蘇凈集團(tuán)安泰公司；LRH-250-HS型恒溫恒濕培養(yǎng)箱：廣東省醫(yī)療器械廠；Sartorius電子天平：北京賽多利斯天平有限公司；DHG-9145A型鼓風(fēng)干燥箱：上海一恒實(shí)驗(yàn)儀器廠；HH-S型數(shù)顯恒溫水浴鍋：江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)裝置的操作

1）測(cè)定牛奶中初始菌落總數(shù)、大腸桿菌總數(shù)、霉菌酵母總數(shù)，并將牛奶分裝入無菌試管中，編號(hào)。

2）檢查線路，接通電源，充入液氮，并使磁體在樣品處理過程中一直浸在液氮中。

3）設(shè)置電壓和脈沖數(shù)，將編號(hào)的牛奶放入樣品處理室中。首先進(jìn)行充電，當(dāng)儲(chǔ)能電容兩端的電壓達(dá)到規(guī)定的放電電壓時(shí)，按下“放電”按鈕，即可對(duì)樣品進(jìn)行脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)殺菌，處理完后盡快將樣品取出，測(cè)微生物指標(biāo)。兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔為15 s，脈沖寬度為10 ms。

4）每個(gè)電壓具有一定的充放電次數(shù)。當(dāng)達(dá)到最高充放電次數(shù)后，電磁發(fā)生器會(huì)自動(dòng)停止工作20 min，使磁體冷卻。然后可進(jìn)行下一個(gè)樣品的殺菌試驗(yàn)。

1.3.2 微生物的測(cè)定

處理后的樣品須先搖勻，再進(jìn)行稀釋和平板培養(yǎng)，以測(cè)定殺菌效果。

菌落總數(shù)的測(cè)定參照GB/T4789.2-2003《食品中菌落總數(shù)測(cè)定》；大腸桿菌的測(cè)定參照GB/T4789.3-2003《食品中大腸桿菌測(cè)定》；霉菌、酵母的測(cè)定參照GB/T4789.15-2003《食品中霉菌和酵母計(jì)數(shù)方法》。

1.3.3 細(xì)胞存活率的計(jì)算

細(xì)胞存活率[11-12]采用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

樣品的細(xì)胞存活率（簡稱：存活率）反映了脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)處理前后活菌數(shù)的變化，可定量描述脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)的作用效率。

2 結(jié)果與討論

2.1 脈沖磁場(chǎng)對(duì)牛奶中菌落總數(shù)的影響

2.1.1 磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)牛奶中菌落總數(shù)的影響

室溫（28±1）℃條件下，分別在脈沖數(shù)為4、6、8時(shí)，采用不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)牛奶進(jìn)行處理，并測(cè)定不同磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)牛奶中菌落總數(shù)的影響，結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，脈沖數(shù)為4時(shí)，牛奶中菌落總數(shù)隨磁場(chǎng)強(qiáng)度增大而下降。脈沖數(shù)為6和8時(shí)，牛奶中菌落總數(shù)存活率的谷值均出現(xiàn)在磁場(chǎng)強(qiáng)度為16.02 T左右。經(jīng)8個(gè)脈沖處理的牛奶中菌落總數(shù)的變化趨勢(shì)較為平緩，這可能與殺菌時(shí)間的長短有關(guān)。整體來看，隨磁場(chǎng)強(qiáng)度增加，牛奶中菌落總數(shù)先呈下降趨勢(shì)，但當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度增大到一定程度，牛奶中菌落總數(shù)反而開始增加。

2.1.2 脈沖數(shù)對(duì)牛奶中菌落總數(shù)的影響

室溫（28±1）℃條件下，分別在磁場(chǎng)強(qiáng)度為10.68、13.35、16.02 T時(shí)，采用不同的脈沖數(shù)對(duì)牛奶進(jìn)行處理，測(cè)定不同脈沖數(shù)對(duì)牛奶中菌落總數(shù)，測(cè)定結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，磁場(chǎng)強(qiáng)度為10.68 T和13.35 T時(shí)，牛奶中菌落總數(shù)存活率均在脈沖數(shù)為8時(shí)出現(xiàn)谷值，而磁場(chǎng)強(qiáng)度為16.02 T時(shí)，牛奶中菌落總數(shù)存活率在脈沖數(shù)為6時(shí)出現(xiàn)谷值。隨著脈沖數(shù)增加，牛奶中菌落總數(shù)存活率先降低，達(dá)到谷值后，菌落總數(shù)存活率反而隨脈沖數(shù)增加而增大。磁場(chǎng)強(qiáng)度10.68 T時(shí)的菌路總數(shù)存活率的變化趨勢(shì)最平緩，磁場(chǎng)強(qiáng)度為16.02 T的菌落總數(shù)變化趨勢(shì)最為陡降，且在16.02 T，6個(gè)脈沖時(shí)，殺菌效果最好。這表明牛奶中嗜溫、好氣性細(xì)菌對(duì)高強(qiáng)度的脈沖磁場(chǎng)更為敏感。

2.2 脈沖磁場(chǎng)對(duì)牛奶中大腸桿菌的影響

2.2.1 磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)牛奶中大腸桿菌的影響

室溫（28±1）℃條件下，采用脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)鮮牛奶進(jìn)行處理，測(cè)得不同磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)牛奶中大腸桿菌的影響如圖4所示。

從圖4中可以看出，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大，牛奶中大腸桿菌存活率先減少，達(dá)到谷值后，大腸桿菌存活率又隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大而增大。采用4個(gè)脈沖和6個(gè)脈沖時(shí)，在磁場(chǎng)強(qiáng)度為16.02 T左右，大腸桿菌的殺菌效果最好；且6個(gè)脈沖的殺菌效果優(yōu)于4個(gè)脈沖。采用8個(gè)脈沖時(shí)，在13.35 T左右殺菌效果最好。脈沖數(shù)不同時(shí)，隨磁場(chǎng)強(qiáng)度增大，大腸桿菌存活率的變化趨勢(shì)有所不同；磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，并非殺菌效果越好；磁場(chǎng)強(qiáng)度越小，與高磁場(chǎng)強(qiáng)度相比，需要稍長的處理時(shí)間可提高殺菌效果。

2.2.2 脈沖數(shù)對(duì)牛奶中大腸桿菌的影響

室溫（28±1）℃條件下，對(duì)鮮牛奶進(jìn)行處理，測(cè)得不同脈沖數(shù)對(duì)牛奶中大腸桿菌的影響如圖5所示。從圖5可以看出，隨著脈沖數(shù)的增加，牛奶中大腸桿菌存活率減少，達(dá)到谷值后，大腸桿菌存活率隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大而略有增大。磁場(chǎng)強(qiáng)度為10.68 T和13.35 T時(shí)，大腸桿菌在脈沖數(shù)為8的殺菌效果最好；而磁場(chǎng)強(qiáng)度為16.02 T時(shí)，脈沖數(shù)為6的殺菌效果最好。脈沖數(shù)越小，與大脈沖數(shù)相比，需要較大的磁場(chǎng)強(qiáng)度可提高殺菌效果。但在殺菌效果達(dá)到谷值后，延長殺菌時(shí)間，反而提高大腸桿菌存活率。

2.3 脈沖磁場(chǎng)對(duì)牛奶中霉菌、酵母的影響

2.3.1 磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)牛奶中霉菌、酵母的影響

室溫（28±1）℃條件下，對(duì)鮮牛奶進(jìn)行處理，測(cè)得不同磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)牛奶中霉菌酵母的影響如圖6所示。

從圖6可以看出，隨磁場(chǎng)強(qiáng)度增加，牛奶中霉菌酵母存活率呈下降趨勢(shì)。采用4個(gè)脈沖和6個(gè)脈沖殺菌時(shí)，牛奶中霉菌酵母存活率隨磁場(chǎng)強(qiáng)度增大而減??；采用8個(gè)脈沖時(shí)，在16.02 T左右，霉菌酵母存活率即達(dá)到谷值，此后磁場(chǎng)強(qiáng)度若繼續(xù)增大，霉菌酵母存活率有所上升。采用8個(gè)脈沖、16.02 T的處理?xiàng)l件，對(duì)霉菌酵母的殺菌效果最好。磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大，在一定范圍內(nèi)可以提高殺菌效率，但超過一定限度后，對(duì)霉菌、酵母的生長反而會(huì)起到促進(jìn)作用。

2.3.2 脈沖數(shù)對(duì)牛奶中霉菌、酵母的影響

室溫（28±1）℃條件下，對(duì)鮮牛奶進(jìn)行處理，測(cè)得不同脈沖數(shù)對(duì)牛奶中霉菌酵母的影響如圖7所示。從圖7可以看出，隨脈沖數(shù)增加，牛奶中霉菌酵母存活率下降，當(dāng)達(dá)到谷值后，霉菌酵母存活率反而開始上升。采用10.68 T脈沖磁場(chǎng)殺菌時(shí)，牛奶中霉菌酵母存活率隨脈沖數(shù)增大而降低。采用13.35 T和16.02 T處理時(shí)，在8個(gè)脈沖時(shí)，牛奶中霉菌酵母存活率達(dá)到谷值。當(dāng)殺菌效果達(dá)到谷值后，延長殺菌時(shí)間，或者提高磁場(chǎng)強(qiáng)度，反而會(huì)提高霉菌酵母的存活率。這可能是因?yàn)?，殺菌時(shí)間延長和磁場(chǎng)強(qiáng)度的提高，在一定程度上可以刺激霉菌酵母細(xì)胞的分裂。

3 結(jié)論

1）脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)鮮牛奶中的菌落總數(shù)、大腸桿菌、霉菌酵母具有顯著的殺菌效果，在最佳處理?xiàng)l件下，經(jīng)脈沖磁場(chǎng)處理的牛奶可達(dá)到商業(yè)無菌的要求。

2）隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度增大，牛奶中菌落總數(shù)、大腸桿菌和霉菌酵母存活率總體呈下降趨勢(shì)，但存在有波動(dòng)性變化，當(dāng)存活率出現(xiàn)谷值后，如果磁場(chǎng)強(qiáng)度繼續(xù)增加，存活率會(huì)有所回升，導(dǎo)致殺菌效果變差。

3）脈沖磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度16.02 T，脈沖數(shù)6時(shí)，對(duì)牛奶中菌落總數(shù)和大腸桿菌殺菌效果最好，而磁場(chǎng)強(qiáng)度16.02 T，脈沖數(shù)8對(duì)霉菌酵母的殺菌效果最好。

4）從牛奶中菌落總數(shù)、大腸桿菌、霉菌酵母存活率隨脈沖磁場(chǎng)、脈沖數(shù)增大的變化趨勢(shì)來看，不同類型的微生物對(duì)脈沖磁場(chǎng)表現(xiàn)出不同的敏感性，大腸桿菌對(duì)脈沖磁場(chǎng)最為敏感，而霉菌酵母對(duì)脈沖磁場(chǎng)有較強(qiáng)的抵抗力。

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Non-thermal Sterilization of Milk by Intense Pulsed Magnetic Field

GUO Dan-dan,XIAO Kai-jun*
（College of Light Industry and Food Sciences，South China University of Technology,Guangzhou 510640，Guangdong，China）

2009-06-26

國家863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2007AA100405)；粵港關(guān)鍵領(lǐng)域重點(diǎn)突破項(xiàng)目(2007Z1-E6011)

郭丹丹（1986—），女（漢），在讀碩士，從事食品科學(xué)技術(shù)的研究。

*通訊作者：肖凱軍，教授。