等離子體對玉米優(yōu)勢腐敗菌黃曲霉滅活作用的研究

李帥 曾英男

摘 要：以玉米優(yōu)勢腐敗菌黃曲霉為試驗對象，采用低溫等離子體技術(shù)對污染黃曲霉菌的玉米籽粒進行處理，研究不同等離子體處理功率、處理時間和真空度對黃曲霉殺菌效果的影響。結(jié)果表明，殺菌最佳工藝為：等離子體處理功率447W、等離子體處理時間160s、真空度80Pa;在此條件下，等離子體對黃曲霉的殺菌率為85.42%。

關(guān)鍵詞：黃曲霉;等離子體;殺菌

中圖分類號 TS201.3文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2021）07-0098-04

Study on the Inactivation of Aspergillus flavus by Low-temperature Plasma

LI Shuai et al.

（Jilin Agricultural Science and Technology University， Jilin 132101， China）

Abstract： In this paper， the dominant corn spoilage bacteria Aspergillus flavus was used as the research object. The plasma technology was used to treat corn kernels contaminated with Aspergillus flavus. The effect of different plasma treatment power， treatment time and vacuum degree on the sterilization effect of the target bacteria was studied. The best process for sterilization was determined by surface experiments： the plasma treatment power was 447 W， the plasma treatment time was 160 s， the vacuum degree was 80 Pa， and the sterilization rate of Aspergillus flavus was 85.42%. Scanning electron microscopy results showed that the spores of Aspergillus flavus were destroyed and the mold spores died after plasma treatment.

Key words： Aspergillus flavus; Plasma; Sterilization

玉米作為我國主要的糧食作物之一，是食品工業(yè)原料的主要來源[1，2]。新收獲的玉米的含水率較高，若不及時進行干燥，在貯藏和運輸過程中易發(fā)霉變質(zhì)，嚴重影響玉米的品質(zhì)[3-5]。儲糧真菌危害是全球長期以來共同面臨的一個安全問題。玉米在儲藏期間，外界溫濕度的變化易滋生黃曲霉菌[6，7]，其產(chǎn)生的次級代謝物黃曲霉毒素具有強烈的致癌性，不僅降低了玉米的品質(zhì)，造成一定的經(jīng)濟損失，而且對人畜的生命安全產(chǎn)生威脅[8-10]。

等離子體是由離子、電子、自由基以及中性粒子組成的一種準中性氣體[11，12]，被稱為除固、液、氣之外物質(zhì)的“第四態(tài)”[13，14]。等離子體技術(shù)具有工作效率高、環(huán)保和適用性強等優(yōu)點，在材料科學、食品工業(yè)和生物醫(yī)學等領(lǐng)域得到了廣泛應用[15]。Dasan[16]等采用流化床低溫等離子體對已感染黃曲霉的玉米籽粒進行處理，結(jié)果表明，等離子體處理5min后，黃曲霉最高減少5.48lg（CFU/g），將經(jīng)過等離子體處理的玉米樣品25℃下儲存30d后黃曲霉孢子沒有繼續(xù)生長。Mitra[17]等采用大氣壓低溫等離子體處理鷹嘴豆種子，處理5min后天然微生物群菌落總數(shù)減少2lg（CFU/g）。說明等離子體離子體技術(shù)可應用于殺死種子表面致腐微生物。

本研究選取黃曲霉為對象，采用平板計數(shù)法，考察經(jīng)等離子體處理后玉米霉菌生長量的變化規(guī)律，探討等離子體處理對黃曲霉殺菌效果的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器 試驗材料：玉米籽粒（先玉335）;黃曲霉（H4-5），為吉林大學生物與農(nóng)業(yè)工程學院微生物實驗室保存菌株。試驗儀器：SY-DT02S型低溫等離子體處理儀（蘇州奧普斯等離子體科技有限公司）;JA3003A型電子精密天平（上海精天電子儀器有限公司）;SJ-CJ-1F潔凈工作臺（蘇凈集團蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司）;BSP-150生化培養(yǎng)箱（上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠）。

1.2 試驗方法

1.2.1 孢子菌懸液的制備 將黃曲霉孢子接種在察氏培養(yǎng)基上，28℃培養(yǎng)3～7d，用滅菌后pH為7.2的磷酸鹽緩沖液（含0.05%吐溫-80）沖洗，過濾除去菌絲殘體，吸取50?L于血球計數(shù)板計數(shù)格上，用蓋玻片壓除多余菌液和氣泡，調(diào)制濃度107～108CFU/mL，搖勻，備用[18]。

1.2.2 殺菌效果檢測 分析各因素對等離子體殺菌效果的影響，殺菌率根據(jù)公式（1）計算。

[Y（%）=N0-NN0×100] （1）

式中：N0為等離子體處理前黃曲霉菌落數(shù);N為等離子體黃曲霉菌落數(shù);Y為殺菌率，%。

1.2.3 單因素試驗設計 根據(jù)參考文獻[19]方法結(jié)合預試驗，本章主要考察等離子體預處理時間（60、90、120、150、180s）;等離子體預處理功率（100、200、300、400、500W）;真空度（75、80、85、90、95Pa）對玉米籽粒黃曲霉殺菌效果的影響。當對其中一個因素進行研究時，其余各因素分別固定為：等離子體預處理時間120s，等離處理功率300W，真空度85Pa。

1.2.4 響應面試驗設計 選取等離子體處理時間、功率和真空度3個因素進行響應面試驗，因素與水平設計見表1。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析 本試驗利用Design-Expert V 8.0.6.1、SPSS 17.0、Origin 7.5等軟件進行數(shù)據(jù)處理，以P<0.05的Duncan法進行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 處理時間對殺菌率的影響 由圖1可知，黃曲霉殺菌率隨處理時間的增加而增大。處理時間60s時，殺菌率僅為39.54%，而在處理時間為180s時，殺菌率達80.15%。這是由于在高壓電場條件下，介質(zhì)氣體處于高度電離狀態(tài)，產(chǎn)生的活性基團和粒子破壞了菌體的細胞結(jié)構(gòu)和蛋白質(zhì)，導致微生物的死亡[18]。隨著等離子體處理時間的延長，活性基團和粒子也隨之增多，使得殺菌率增加。

2.2 處理功率對殺菌率的影響 由圖2可知，隨著等離子體處理功率的增加，殺菌率隨之增大。當?shù)入x子體處理功率為100W時，殺菌率僅為22.78%，而在處理功率達500W時，殺菌率達88.42%。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是隨著等離子處理功率的增大，高能粒子能量的增加，粒子流量密度和活性基團數(shù)量也隨之增加，因此殺菌率增大。

2.3 真空度對殺菌率的影響 由圖3可知，殺菌率隨真空度的增大而減小。當真空度為75Pa時，殺菌率為76.92%，而當真空度為95Pa時，殺菌率為60.78%。這是由于當真空度較低時，放電完全，產(chǎn)生等離子體密度較高，霉菌與等離子體產(chǎn)生的活性粒子發(fā)生強烈的碰撞，且微生物細胞的表面病變不能及時快速修復，最終導致微生物滅活，殺菌效果好[17]。

2.4 響應面優(yōu)化試驗結(jié)果

2.4.1 回歸模型的建立及方差分析 對表2中數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，得到回歸方程如下：

Y=84.66+5.04X1+4.18X2-0.49X3+5.86X1X2+1.29X1X3-1.02X2X3-7.49X12-10.06X22-3.06X32，公式中X1為等離子體處理功率，W;X2為等離子體處理時間，s;X3為真空度，Pa。

由表3可知，模型差異極顯著（P<0.01）;失擬不顯著（P=0.059<0.05）。模型與實際擬合程度較好（R2=0.9265）。

回歸方程各顯著項表明，一次項X1（P<0.05）影響極顯著，X2（P<0.01）影響顯著，因此對殺菌率影響最大的是等離子體處理功率，然后是等離子體處理時間，最后是真空度，即X1

2.4.2 等高線分析 由圖4可知，等離子體處理功率和處理時間兩者的交互作用最顯著，處理功率和真空度兩者的交互作用次之，處理時間和真空度的交互作用最小。

3 結(jié)論

通過單因素試驗和Box-Behnken響應面法試驗，以殺菌率為響應值，得到等離子體處理功率為447W、等離子體處理時間為160.5s、真空度為80.2Pa，預測得出殺菌率為89.57%。根據(jù)實際工作條件，將最佳工藝調(diào)整為：等離子體處理功率447W、等離子體處理時間160s、真空度80Pa，在此條件下，黃曲霉殺菌率為89.42%。

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（責編：張宏民）