微波作用下鮮切蓮藕殺菌實(shí)驗(yàn)研究

董建軍 周全

摘 要：本文進(jìn)行了微波作用下鮮切蓮藕的殺菌實(shí)驗(yàn)研究，考察了脈沖微波功率、復(fù)合微波和單一脈沖微波處理時間對殺菌效果的影響。研究結(jié)果表明：連續(xù)微波和脈沖微波對鮮切蓮藕都有一定的殺菌效果，但脈沖微波的殺菌效果比連續(xù)微波的殺菌效果好;在280～700W范圍內(nèi)，隨著脈沖微波功率的降低，鮮切蓮藕中菌落總數(shù)逐漸減少。復(fù)合微波處理可以有效殺死鮮切蓮藕中的細(xì)菌，菌落總數(shù)的最大殺菌率可以達(dá)到99.1%;在0-180s范圍內(nèi)，隨著處理時間的增加，鮮切蓮藕中的菌落總數(shù)先降低后升高。單一的脈沖微波在室溫下也具有一定的殺菌作用;在0～216s范圍內(nèi)，隨處理時間的增加，鮮切蓮藕中菌落總數(shù)總體上呈下降趨勢，但存在有波動性變化。

關(guān)鍵詞：微波;殺菌;鮮切蓮藕

中圖分類號：TS205 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）12-0252-03

0 引言

鮮切果蔬是對新鮮果蔬進(jìn)行分級、整理、清洗、切分及包裝等程序處理，使果蔬成為快捷方便食品[1]。為延長保質(zhì)期，需對鮮切果蔬進(jìn)行殺菌處理。冷殺菌技術(shù)是一種新型的殺菌技術(shù)，它能夠保存食品的生理活性并且將處理過程中造成食品本身的風(fēng)味和營養(yǎng)成分的損害降到最低[2]。由于高溫對鮮切果蔬的感官、口感和營養(yǎng)均有很大的影響，因此高溫殺菌很少用來處理鮮切果蔬。但最近幾年的研究結(jié)果表明，適度的熱處理（溫度不超過55℃）可以在保證殺菌效果的基礎(chǔ)上，降低鮮切果蔬呼吸率，延長貨架期，并使產(chǎn)品的感官和營養(yǎng)品質(zhì)達(dá)到可以接受的程度[3]。微波殺菌效果隨微波殺菌時間的延長越顯著，但這也明顯的會使鮮切果蔬的溫度升高，較大的破壞鮮切果蔬所應(yīng)有的品質(zhì)，大大降低其可接受性。因此，將連續(xù)微波和脈沖微波組合在一起可以更有效地控制鮮切果蔬中細(xì)菌的數(shù)量，改善鮮切果蔬產(chǎn)品的質(zhì)量，同時控制了鮮切果蔬的溫度。為此，本文利用短時的連續(xù)微波處理使鮮切蓮藕升溫，然后在進(jìn)行脈沖微波殺菌處理，研究了不同的脈沖微波功率、復(fù)合微波和單一的脈沖微波處理時間下，鮮切蓮藕中菌落總數(shù)的變化規(guī)律，為鮮切果蔬的工業(yè)化生產(chǎn)提供一些實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料主要為鮮切蓮藕、培養(yǎng)基和生理鹽水等。鮮切蓮藕由超市購買，4℃冰箱冷藏備用。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備為連續(xù)和脈沖微波發(fā)生裝置，高壓滅菌鍋，恒溫培養(yǎng)箱，電子天平及高速組織搗碎機(jī)等。脈沖微波發(fā)生裝置由700W的微波爐加脈沖時間開關(guān)改造而成，通過調(diào)整微波的通/斷時間比例，來控制微波的功率。

1.3 實(shí)驗(yàn)過程

將15g鮮切蓮藕裝入試管，然后放入微波裝置中，進(jìn)行殺菌處理。首先研究了不同功率（0W，280W和350W）的脈沖微波和和700W的連續(xù)微波對鮮切蓮藕殺菌效果的影響;當(dāng)脈沖微波功率為210W時，在12s/700W連續(xù)微波處理的基礎(chǔ)上，研究了不同的處理時間（45s，90s，135s和180s）對鮮切蓮藕中菌落總數(shù)的影響;同時研究了210W的單一脈沖微波處理時間（81s，126s，171s和216s）對鮮切蓮藕殺菌效果的影響。處理后的樣品先進(jìn)行搗碎，再進(jìn)行稀釋和平板培養(yǎng)，以測定殺菌效果。鮮切蓮藕中菌落總數(shù)的測定參照GB/T4789.2-2003《食品中菌落總數(shù)測定》。每個樣品選擇6個稀釋度進(jìn)行檢測，每個數(shù)據(jù)進(jìn)行3次實(shí)驗(yàn)，取其平均值作為最后結(jié)果。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 脈沖微波功率對鮮切蓮藕殺菌效果的影響

表1為不同功率的脈沖微波下鮮切蓮藕的殺菌參數(shù)。從表中可以看出，由于脈沖微波的功率比連續(xù)微波的功率低，所以加熱至相同溫度時，微波的累計作用時間相對較長。一般來說微波爐的功率調(diào)節(jié)也是通過調(diào)整放電管的通/斷時間比例完成的，但是微波爐的功率調(diào)節(jié)是為了更好的加熱，而殺菌實(shí)驗(yàn)中是為了達(dá)到更好的殺菌效果，同時還能控制物料的溫度不能超過55℃，所以實(shí)驗(yàn)中對微波爐的通/斷時間比例進(jìn)行了重新設(shè)定。

圖1為脈沖微波功率對鮮切蓮藕中菌落總數(shù)的影響。從圖中可以看出，無論是連續(xù)微波還是脈沖微波都具有一定的殺菌效果;脈沖微波的殺菌效果比連續(xù)微波的殺菌效果好;在280～700W范圍內(nèi)，隨著脈沖微波功率的降低，鮮切蓮藕中菌落總數(shù)逐漸減少。當(dāng)脈沖微波功率為280W，即微波工作時間為2s，斷開時間為3s時，鮮切蓮藕的殺菌效果最好;鮮切蓮藕中的菌落總數(shù)由190×103下降為29×102，殺菌率為98.5%。

微波殺菌分為熱效應(yīng)和非熱生物效應(yīng)。其熱效應(yīng)是指食品介質(zhì)吸收微波溫度升高，從而使得食品內(nèi)微生物的溫度升高，使微生物蛋白質(zhì)變性和破壞其正常的體內(nèi)生理代謝環(huán)境導(dǎo)致微生物死亡。連續(xù)微波處理主要利用了微波的熱效應(yīng)對鮮切果蔬進(jìn)行了殺菌，但由于微波作用時間短，物料升溫不明顯，所以殺菌效果較差。非熱生物效應(yīng)是指微波作為一種電磁輻射波，在與微生物的作用過程中，可以改變或擾亂細(xì)胞膜內(nèi)外的電位差，使細(xì)菌生理生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸不能正常的進(jìn)行，從而使其死亡。目前還有假說認(rèn)為微波能使蛋白質(zhì)的三級和四級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，蛋白變性，同時還能使其遺傳物質(zhì)DNA和RNA受到破壞，從而使微生物死亡[4]。脈沖微波處理主要利用了微波的非熱生物效應(yīng)進(jìn)行殺菌。脈沖微波由于功率比連續(xù)微波的低，所以加熱至相同溫度時，微波的作用時間相對較長，因此殺菌效果比連續(xù)微波好。微波功率越小，微波作用時間越長，微波的非熱生物效應(yīng)越顯著，殺菌效果越好。

2.2 復(fù)合微波作用下，處理時間對鮮切蓮藕殺菌效果的影響

表2為復(fù)合微波處理時，不同脈沖微波處理時間下鮮切蓮藕的殺菌參數(shù)。從表中可以看出，12s的連續(xù)微波處理，可以使15g物料快速升溫至54℃。通1s/斷2s，功率為210W的脈沖微波，對鮮切果蔬沒有升溫作用，只能對鮮切果蔬起到保溫作用。因此通過采用脈沖微波可以降低微波功率，在物料不升溫的前提下，增加微波的累計作用時間。

圖2為復(fù)合微波作用下，處理時間對鮮切蓮藕中菌落總數(shù)的影響。從圖中可以看出，在0-180s范圍內(nèi)，隨著脈沖微波處理時間的增加，鮮切蓮藕中的菌落總數(shù)先降低，達(dá)到最低點(diǎn)后，菌落總數(shù)反而隨處理時間的增加而增加;當(dāng)脈沖微波處理時間為135s時，脈沖微波對鮮切蓮藕的殺菌效果最好，鮮切蓮藕中的菌落總數(shù)由19×104下降到17×102，總的殺菌率為99.1%。

在連續(xù)微波的作用下，鮮切蓮藕吸收電磁波，因此溫度升高，同時內(nèi)部細(xì)菌的溫度也升高，使細(xì)菌蛋白質(zhì)變性和破壞了其正常的體內(nèi)生理代謝環(huán)境，導(dǎo)致死亡。此外，微波的非熱生物效應(yīng)也可以使細(xì)菌數(shù)量下降。有研究表明溫度與電磁場對微生物的殺滅有協(xié)同性，隨著溫度的升高，細(xì)胞內(nèi)生化反應(yīng)加快[5]。根據(jù)以上理論，由于溫度升高，微生物的細(xì)胞流動性增強(qiáng)，從而使細(xì)胞膜變得更為脆弱，擊穿所需能量變小，微生物更易于死亡。Stanley等[6]報道介質(zhì)溫度對細(xì)胞膜的流動性影響很明顯，在低溫下，細(xì)胞膜中磷脂處于凝膠結(jié)構(gòu);高溫時，細(xì)胞膜中磷脂處于無序狀態(tài)，并且為液晶態(tài)。這種由凝膠向液晶轉(zhuǎn)化的過程取決于溫度。彭夢勇等[7]通過對蛋白質(zhì)的電磁場及溫度協(xié)同處理，研究發(fā)現(xiàn)電磁場引起活化能的降低，蛋白質(zhì)在電磁場作用下的不可逆變性，而且這種變性也遵循Arrhenius規(guī)律。這是和熱效應(yīng)完全不同的一種效應(yīng)，是一種非熱效應(yīng)，而且這種效應(yīng)和溫度有關(guān)，溫度升高時，微波的電磁效應(yīng)迅速增大，表現(xiàn)為電磁場—溫度協(xié)同效應(yīng)。因此，連續(xù)微波預(yù)處理下菌落總數(shù)的下降和物料溫度的提高，都為脈沖微波下鮮切果蔬的殺菌創(chuàng)造了有利條件。隨著脈沖微波作用時間的增加，鮮切蓮藕在微波中的實(shí)際暴露時間增加，在微波的各種非熱效應(yīng)下，被殺死的細(xì)菌數(shù)量增多;當(dāng)脈沖微波作用時間超過135s時，細(xì)菌對脈沖微波產(chǎn)生了一定的適應(yīng)能力，同時又受到電磁波傳遞特性的影響，因此隨著作用時間的進(jìn)一步增加，菌落總數(shù)又有所增加。

2.3 單一脈沖微波作用下，處理時間對鮮切蓮藕殺菌效果的影響

表3為單一的脈沖微波作用時，不同處理時間下鮮切蓮藕的殺菌參數(shù)。從表中可以看出，通1s/斷2s，功率為210W的單一脈沖微波，對鮮切蓮藕有很小的升溫作用，且處理時間的增加對鮮切果蔬的溫度影響很小。圖3為單一的脈沖微波處理時，處理時間對鮮切蓮藕中菌落總數(shù)的影響。從圖中可以看出，單一的脈沖微波也具有一定的殺菌作用;在0～216s范圍內(nèi)，隨著處理時間的增加，鮮切蓮藕中菌落總數(shù)總體上呈下降趨勢，但存在有波動性變化;當(dāng)處理時間為126s時，鮮切蓮藕中的菌落總數(shù)反而有所增加;當(dāng)處理時間為216s時，鮮切蓮藕中的菌落總數(shù)最少為19×103，殺菌率為90%。這說明微波的非熱效應(yīng)在室溫下也可以起到一定的殺死作用。隨著脈沖微波作用時間的增加，鮮切蓮藕在微波中的實(shí)際暴露時間增加，在微波的非熱效應(yīng)下，被殺死的細(xì)菌數(shù)量增多;但當(dāng)脈沖作用時間為126s時，菌落總數(shù)反彈，可能原因是脈沖微波在一定的溫度條件下促進(jìn)了細(xì)菌的分裂與繁殖。

3 結(jié)語

（1）連續(xù)微波和脈沖微波都有一定的殺菌效果，但脈沖微波的殺菌效果比連續(xù)微波的殺菌效果好;在280～700W范圍內(nèi)，隨著脈沖微波功率的降低，鮮切蓮藕中菌落總數(shù)逐漸減少。（2）連續(xù)微波和脈沖微波的復(fù)合處理可以有效殺死鮮切蓮藕中的細(xì)菌，菌落總數(shù)的最大殺菌率可以達(dá)到99.1%;在0-180s范圍內(nèi)，隨著處理時間的增加，鮮切蓮藕中的菌落總數(shù)先降低后升高。（3）單一的脈沖微波在室溫下也具有一定的殺菌作用;在0～216s范圍內(nèi)，隨處理時間的增加，鮮切蓮藕中菌落總數(shù)總體上呈下降趨勢，但存在有波動性變化。

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