微波處理對枯草桿菌芽孢致死效果研究

黃 明，黃 峰，周興虎，邢 悅，周光宏

(南京農業(yè)大學 國家肉品質量安全控制工程技術研究中心，江蘇 南京 210095)

微波處理對枯草桿菌芽孢致死效果研究

黃 明，黃 峰，周興虎，邢 悅，周光宏

(南京農業(yè)大學 國家肉品質量安全控制工程技術研究中心，江蘇 南京 210095)

通過比較不同溫度和時間下微波和水浴對枯草桿菌黑色變種芽孢的致死效果，以探討微波殺菌的熱效應與非熱效應。枯草桿菌黑色變種芽孢活化后，制成104CFU/mL的孢子懸浮液，然后分別用微波和水浴加熱對芽孢進行滅菌，最后測定滅菌后的單位體積菌落總數，計算致死率。結果表明，微波和水浴加熱在92℃時的致死率都高于85℃時的致死率。在相同的溫度和時間下，微波的殺菌效果好于水浴加熱，存在非熱效應。只有在92℃，20min時，微波和水浴加熱對芽孢的致死率差異不顯著，非熱效應不明顯。

微波；殺菌；熱效應；非熱效應；枯草桿菌黑色變種芽孢

微波是頻率在300MHZ～300GMZ的非電離輻射電磁波，具有穿透力強、能耗少、效率高、處理后無污染等優(yōu)點[1]，因此在果蔬、肉制品、乳制品等食品加工領域已得到廣泛應用[2-4]。由于微波與生物體的相互作用是一個極其復雜的過程[5]，因此人們對微波的殺菌機理還不是很明確。早期的學者認為微波的殺菌作用主要來自于其熱效應[6-7]，其依據是微波殺菌在高溫時可致死大量微生物，而在低溫時滅菌效果明顯變差[8]。熱效應解釋微波殺菌機理雖廣為接受，但其并不能解釋所有微波殺菌現象，如與水浴加熱等傳統(tǒng)殺菌方法相比，在致死一定量的微生物前提下，微波殺菌所需時間較短，溫度較低[9]。因此，有學者提出微波殺菌除熱效應外，還存在非熱效應，是兩者綜合作用的結果[10-11]。

目前，多數微波殺菌實驗是以營養(yǎng)體作為研究對象，而對于耐熱性較強的芽孢的研究相對還較少。汪保國等[12]采用微波對枯草桿菌黑色變種芽孢進行處理，發(fā)現不同時間處理，微波對芽孢的致死率要高于水浴，并認為微波殺菌存在著非熱效應。但文中只描述了微波殺菌的時間，沒有考慮到溫度變化，而實際上溫度是對芽孢致死的一個重要因素，因此研究不同溫度和時間條件下微波對枯草桿菌芽孢(枯草桿菌芽孢是所有芽孢的典型代表)的致死作用對于闡述微波的非熱效應具有重要的理論意義。本實驗通過比較水浴和微波照射對枯草桿菌黑色變種芽孢的致死效果，以探討微波殺菌的熱效應和非熱效應。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

枯草桿菌黑色變種芽孢ATCC9372中國科學院微生物所微生物菌種保藏中心；PCA平板計數瓊脂 路橋公司。

1.2 儀器與設備

Avanti J-E離心機 貝克曼庫爾特公司；YQZG-03型微波殺菌機 南京永青食品保鮮科技發(fā)展有限公司；HH-42快速恒溫數顯水浴鍋 常州國華電器公司。

1.3 方法

1.3.1 芽孢制備

從營養(yǎng)瓊脂斜面挑取枯草芽孢桿菌黑色變種并接種到營養(yǎng)瓊脂平板上，在37℃培養(yǎng)24h，將接種好的平板進行輪換培養(yǎng)(冰箱4℃，恒溫培養(yǎng)箱37℃，輪換周期為2d)1個月，然后觀察芽孢的數量變化，直到芽孢數量達到90%，方可制備芽孢懸液。

1.3.2 孢子懸浮液制備

用生理鹽水對芽孢平板進行洗脫，將洗脫液裝入試管，然后在3500r/min的條件下離心10min，再進行煮沸去除雜菌，從而得到孢子濃縮液。芽孢數量測定參考曾慶孝等[13]方法，并稍作修改。吸取10μL制得的濃縮液加入到9.99mL生理鹽水中，10倍遞減稀釋，在37℃條件下培養(yǎng)24h，進行平板計數。然后用生理鹽水稀釋成104CFU/mL的孢子懸液。向每個培養(yǎng)皿中加入30mL，加蓋薄膜備用。

1.3.3 微波殺菌實驗

在微波殺菌機的托盤兩側放入加有適量水的燒杯作為負載，然后把裝有孢子懸液的培養(yǎng)皿放入托盤中心，孢子懸液的溫度可由微波設備頂部的紅外探頭準確測定。微波所采用的頻率為915MHz，殺菌溫度分別為85、92℃，殺菌時間分別為5、10、20min，實驗中每個處理做4個重復。

1.3.4 水浴殺菌實驗

使用恒溫水浴鍋進行殺菌實驗，殺菌溫度分別為85、92℃，殺菌時間分別為5、10、20min，實驗中每個處理做4個重復。

1.3.5 致死效果檢驗

吸取微波和水浴殺菌后的孢子懸液各1mL分別放入營養(yǎng)瓊脂平板中，在37℃的條件下培養(yǎng)24h，然后對平板進行拍照，計數，并計算不同處理條件下的致死率。

1.3.6 數據統(tǒng)計分析采用SPSS16.0軟件對不同處理條件下的致死率進行分析，多重比較采用鄧肯氏新復極差法。

2 結果與分析

2.1 不同溫度和時間下微波對枯草桿菌芽孢致死效果

圖1 不同溫度和時間條件下微波對枯草桿菌黑色變種芽孢的致死效果Fig.1 Lethal effect of microwave treatment on Bacillus subtilis var. niger at various heating temperatures and time

從圖1可以看出，和對照組相比，經過微波照射的枯草桿菌黑色變種芽孢的菌落總數明顯減少，致死率差異極顯著(P＜0.01)。隨著殺菌時間的延長，85℃和92℃條件下的微波對枯草桿菌黑色變種芽孢的致死率都逐步增大。在殺菌時間為5min和10min時，92℃時微波對枯草桿菌黑色變種芽孢的致死率要明顯大于85℃的致死率(P＜0.05)。但當殺菌時間到20min時，兩溫度下的芽孢致死率差異不明顯(P＞0.05)。兩溫度條件下的致死率差值從5min時的7.7%到20min時的不足1%。2.2 不同溫度和時間下水浴對枯草桿菌芽孢致死效果

圖2 不同溫度和時間條件下水浴對枯草桿菌黑色變種芽孢的致死效果Fig.2 Lethal effect of water-bath heating treatment on Bacillus subtilis var. niger at various heating temperatures and time

由圖2可知，和對照組相比，水浴處理后枯草桿菌黑色變種芽孢的菌落總數明顯降低，致死率差異顯著(P＜0.01)。隨著水浴時間的延長，85℃和92℃條件下的水浴對枯草桿菌黑色變種芽孢的致死率都逐漸增大。在20min的水浴時間內，92℃條件下水浴對枯草桿菌黑色變種芽孢致死率都大于85℃的條件下的致死率(P＜0.05)，但隨著水浴時間的延長，兩溫度條件下的致死率逐漸接近，致死率差值從5min時的6.5%到20min時的2.6%。2.3 微波照射與水浴加熱對枯草桿菌芽孢致死效果的對比分析

圖3 不同溫度和時間下微波照射和水浴加熱對枯草桿菌黑色變種芽孢的致死率對比分析Fig.3 Lethal rates of microwave and water-bath heating treatments on Bacillus subtilis var. niger at various heating temperatures and time

由圖3可以看出，在相同的加熱溫度和時間下，微波對枯草桿菌黑色變種芽孢的致死率要高于水浴對芽孢的致死率。85℃條件下，在整個加熱過程中，微波對芽孢的致死率始終高于水浴對芽孢的致死率(P＜0.05)。在92℃條件下，在加熱時間為5min和10min時，微波對芽孢的致死率始終高于水浴對芽孢的致死率(P＜0.05)，但當加熱時間到20min時，兩者之間的差異不顯著(P＞0.05)，都接近于100%。

3 討 論

微波殺菌的生物效應主要包括熱效應和非熱效應。熱效應是指在微波電磁場中，物體極性分子因發(fā)生定向排列而相互摩擦升溫，從而致死微生物；非熱效應則是微生物組成蛋白質和生理活性物質發(fā)生變異從而喪失活力或死亡[14-15]。熱效應解釋微波殺菌機理已被普遍接受，而至于是否存在非熱效應目前還沒有定論。一般認為水浴加熱只產生熱效應，因此可以通過比較微波和水浴的殺菌效果來探討微波殺菌的非熱效應。

目前常用的微波頻率主要有2450MHz和915MHz，前者穿透力強，主要用于干燥、解凍等，后者加熱能力強，常用于殺菌[16]。傳統(tǒng)的微波設備一般只有升溫過程，難于準確測定殺菌溫度和時間，本實驗所用微波殺菌設備具有紅外測溫系統(tǒng)，可以保證殺菌溫度和時間的準確性。從實驗結果看，微波殺菌溫度越高，微波對枯草桿菌黑色變種芽孢的致死效果也越明顯，這種現象表明微波殺菌熱效應的存在。而在相同溫度與時間下，微波對枯草桿菌黑色變種芽孢的致死率要高于水浴，這說明微波對芽孢的致死作用除了熱效應外，還存在非熱效應，是兩者綜合作用的結果。

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Lethal Effect of Microwave Treatment on Bacillus subtilis var. niger Spores

HUANG Ming，HUANG Feng，ZHOU Xing-hu，XING Yue，ZHOU Guang-hong
(National Center of Meat Quality and Safety Control, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)

In order to explore the thermal effect of microwave sterilization, lethal effects of microwave and water-bath heating treatments on Bacillus subtilis var. niger spores were compared at various heating temperatures and time. After the activation of Bacillus subtilis var. niger spores, the spore suspension at the concentration of 104CFU/mL was prepared. Microwave and waterbath heating treatments were used for the sterilization of spores to evaluate the lethal rate. Results indicated that the lethal rate at 92 ℃ was higher than that at 85 ℃ for both microwave and water-bath heating treatments. At the identical condition of heating temperature (85 ℃) and time, the lethal effect of microwave treatment was much better than that of water-bath heating treatment,which was due to an obvious non-thermal effect. However, no obvious difference in lethal rates of microwave and water-bath heating treatments at 92 ℃ for 20 min was exhibited.

microwave；sterilization；thermal effect；non-thermal effect；Bacillus subtilis var. niger spore

Q93.334

A

1002-6630(2010)09-0027-03

2009-09-14

國家“863”計劃項目(2008AA100804-5)；江蘇省青藍工程項目(蘇教師2008-30)；江蘇省科技支撐計劃項目(SBC200960038)

黃明(1970—)，男，副教授，博士，主要從事肉品質量與安全控制研究。E-mail：mhuang@njau.edu.cn