脉冲强光对微生物的杀菌机理及杀菌效果

脉冲强光是一项有望取代传统的物理和化学杀菌手段的新技术，它是利用瞬时的、高强度的脉冲光能量，有效杀灭暴露在食品和包装材料表面或水中的细菌、霉菌、 孢子、病毒、原生质、休眠孢子等各类微生物以及食品中的内源酶。脉冲强光对各类微生物杀菌效果都非常明显，而且它是一种无汞、低热、无副产物的新型杀菌技术。

一、脉冲强光杀菌机理

1.光化作用

由于细菌的细胞中含有细菌的遗传信息核酸,当核酸被脉冲强光照射时会大量吸收紫外光，从而在体内形成一部分的间二氮杂苯和间二氮杂苯的异构体。这种物质会使细菌自身的新陈代谢机能出现障碍，并且会导致细菌的遗传性出现问题，直至死亡。脉冲强光中的200-280nm部分最易被吸收，光化作用主要是UVC。

2.光热作用

虽然光化作用主要来自于UVC,但脉冲强光的UVA和UVB部分也起着一定的杀菌作用。当辐射剂量达到一定的水平，UVA和UVB可以使细胞的表面温度迅速升高至130°C，从而破坏细菌的细胞壁，使细胞液蒸发，彻底破坏细胞结构，导致死亡。

二、脉冲强光对大肠杆菌的杀菌实验

1.实验装置以及参数

自制脉冲强光杀菌装置，该装置采用电容式脉冲发生电路，手动控制，使用直管型脉冲强光灯做脉冲光源，用半圆柱形反光面对脉冲光源聚光。经测试，装置所发出脉冲强光波长范围为200~1100nm, 脉冲强光的脉冲宽度为20μs，最大输入能量为644J。该装置光照强度、闪照次数、闪照间隔、受照射物体离光源的距离均可调节控制。

2.实验方法

2.1  菌液的制备　

将斜面试管中的大肠杆菌活化,在无菌超净工作台中接种于无菌水中, 接种量控制在10⁶ ～10⁷个/ml。

2.2  处理方法　

每个直径为75 mm平皿盛入一定体积的待处理菌液,放在杀菌处理室中央,与光源地距离2 cm,按照设定的工艺参数进行脉冲强光闪照处理,每次重复试验3次。

 2.3　试验参数设置　

光照强度: 0. 2, 0. 25, 0. 3, 0. 375,0. 5, 0. 625, 0. 75 J /cm² ; 闪照次数: 1, 2, 4, 8, 16;菌液厚度:3. 4, 6. 8, 10. 2, 13. 6, 17 cm;菌液透光率: 1, 2, 4, 8, 16, 32;菌液浓度(稀释倍数) : 10, 100, 1 000倍。

 2.4      大肠杆菌致死检验　

将处理完的菌液按1 ∶10 稀释,选取10^{- 2} , 10^{- 3} , 10^{- 4} , 10 ^{- 5} , 10 ^{– 6},5个稀释度,每个稀释度做3次重复试验,记数时取平均值。菌检使用蛋白胨培养基。经培养后与对照组(未经处理的同样菌种)进行比较。

 将处理过的菌用平板计数法进行活菌数的检测。

 杀菌率= [ (对照残菌数- 处理残菌数) /对照残菌数]×100%

 选择光照强度、闪照次数、菌液厚度、菌液透光率、菌液浓度作为影响因素。

 3. 实验结果

 3.1 光照强度对杀菌效果的影响

 光照强度与杀菌率成正比，杀菌率随光照强度增加而增加，当光照强度为0.75J/cm² 时大肠杆菌完全至死。

 3.2 闪照次数对杀菌效果的影响

 在光照强度为0.5J/cm²,菌液厚度3.4 mm,菌液透光率为100的情况下，采用不同的闪照次数进行处理。闪照次数与杀菌率成正比，杀菌率随闪照次数增加而增加。                 

 3.3 菌液厚度对杀菌效果的影响

 在透光率为1的情况下，菌液厚度与杀菌率成反比，菌液液层越厚，杀菌越低。当透光率为100时,改变菌液厚度,杀菌率基本没有变化。由此得出,菌液厚度与菌液透光率相互影响,一定菌液厚度只有在一定透光率下才影响杀菌效果,反之,也成立。                                   

 从以上结果分析可看出，脉冲强光杀菌对于大肠杆菌的杀菌效果是十分显著的，在几个脉冲就可达到完全致死，与传统紫外线杀菌相比，在相同的杀菌效果下，杀菌处理时间更快，该技术是一种具有广阔前景的杀菌技术，对其他微生物杀菌效果如下表：