微生物热致死性能测试系统及射频灭菌效应研究
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第五章灭菌第五章灭菌污染杂菌的危害1.消耗营养物质。
2.抑制发酵菌⽣长。
3.改变培养液理化性质。
4.抑制产物⽣物合成。
5.噬菌体污染。
第⼀节灭菌的基本原理⼀、灭菌定义指⽤化学的或物理学的⽅法杀灭或除掉物料或设备中所有的有⽣命的有机体的技术或⼯艺过程。
⼆、常⽤灭菌⽅法1.化学物质灭菌利⽤化学试剂(甲醛、苯酚、⾼锰酸钾等)与微⽣物细胞中某种化学成分反应,如使蛋⽩质变性、酶类失活、破坏细胞膜通透性等杀灭微⽣物。
应⽤:实验室和⽆菌室的空间灭菌,设备、器械、双⼿的消毒灭菌,但不能⽤于培养基的灭菌。
2.辐射灭菌原理:利⽤⾼能量的电磁辐射和微粒辐射来杀灭微⽣物常⽤:紫外线、X 射线和γ射线紫外线:诱导了胸腺嘧啶⼆聚体的形成和DNA 链的交联,从⽽抑制了DNA 的复制,导致菌体死亡。
波长为260nm 的杀菌⼒最强穿透⼒差。
应⽤:适于表⾯灭菌。
⽆菌室、接种箱3.⼲热灭菌在⼲燥⾼温条件下,微⽣物细胞内的各种与温度有关的氧化反应速度迅速增加,是微⽣物的致死率迅速增⾼的过程。
常⽤⽅法:灼烧和电热箱加热,160℃ 2⼩时发酵的流程空⽓空⽓净化处理保藏菌种斜⾯活化扩⼤培养主发酵碳源、氮源、⽆机盐等营养物质灭菌成品使⽤范围:需要保持⼲燥的器械、容器的灭菌。
玻璃及⾦属⽤具及沙⼟管灭菌4.过滤除菌原理:利⽤微⽣物不能透过滤膜⽽达到除菌⽬的。
⽅法: 0.01~0.45 m孔径滤膜,使⽤范围:⽤于压缩空⽓、酶溶液及其他不耐热化合物溶液除菌。
5.湿热灭菌由于蒸汽具有很强的穿透⼒,冷凝时可释放出⼤量潜热,且在⾼温有⽔分条件下,蛋⽩质易变性,使微⽣物死亡。
常⽤⽅法:⽔煮常压灭菌:100℃,40-60min⾼压蒸汽灭菌:⼀般121℃,30分钟使⽤范围:培养基和发酵设备灭菌。
湿热灭菌的优点:蒸汽有强的穿透⼒,灭菌易于彻底;蒸汽来源容易,操作费⽤低,本⾝⽆毒;操作⽅便,易管理。
三、湿热灭菌的理论基础1.灭菌指标的确定⼤多数微⽣物最适温度为25~27℃,维持温度为5~50℃,当温度超过最⾼限温时微⽣物就会发⽣死亡。
第十五章超高温(UHT)灭菌杀菌是食品加工中极为重要的一道工序,在原始社会里,人类就不知不觉地对食品进行了杀菌处理。
在科学技术飞速发展的今天,人们对食品杀菌意义的认识和应用也得到了不断地完善和提高。
第一节超高温灭菌的基本原理关于超高温(UHT)灭菌,尚没有十分明确的定义。
习惯上,把加热温度为135~150℃,加热时间为2~8s,加热后产品达到商业无菌要求的杀菌过程称为UHT灭菌。
UHT灭菌的理论基础涉及两个方面。
一是微生物热致死的基本原理;二是如何最大限度保持食品的原有风味及品质。
一、UHT灭菌的微生物致死理论依据按照微生物的一般热致死原理,当微生物在高于其耐受温度的热环境中时,必然受到致命的伤害。
加热促使微生物死亡的原因是由于高温导致蛋白质的不可逆变化,随后一些球蛋白变得不溶解,酶失去活力,从而造成新陈代谢能力的丧失,因此,细胞内蛋白质凝固变性的难易程度直接关系到微生物的耐热性,而且这与杀菌条件的选择密切相关。
大量实验证明,微生物的热致死率是加热温度和受热时间的函数。
(—)微生物的耐热性腐败菌是食品杀菌的对象,其耐热性与食品的杀菌条件有直接关系。
影响微生物耐热性的因素有如下几方面:(1)菌种和菌株(2)热处理前菌龄、培育条件、贮存环境(3)热处理时介质或食品成分,如酸度或PH值(4)原始活菌数(5)热处理温度和时间,作为热杀菌,这是主导的操作因素。
(二)微生物的致死速率与D值在一定的环境条件和一定温度下,微生物随时间而死亡时的活菌残存数是按指数递减或按对数周期下降的。
这一规律为通常大量的试验结果所证实。
若以纵坐标表示单位物料内随时间而残存的活细胞或芽孢数的对数值,横坐标表示热处理时间,则可获得如图15-1所示的微生物致死速率曲线。
图15-1 微生物致死速率曲线如图所示,设A为加热开始时活菌数所代表的点,B为加热后菌数下降1个对数周期时的点,其相应的加热时间为3.5min,C为加热后菌数下降2个对数周期时的点,其相应的加热时间为7.0min。
干热法用于灭菌和去热原的验证Ting Bao was revised on January 6, 20021干热法用于灭菌和去热原的验证美国注射剂协会前言范围对流加热间歇(法)连续(法)传导加热间歇(法)连续(法)辐射加热辐射加热过程的各种因素间歇(法)连续(法)生物学的验证生物学的含义实验室研究工场研究参考文献附录A附录B前言能耐受比较高温的却又不宜被蒸汽渗透或被湿热破坏的灭菌物件,干热法常是可选择的方法。
干热经常用于些诸如粉末,油类,矿脂(凡士林),玻璃器皿,和不锈钢器具等的灭菌。
由于在相同温度时干热对细菌致死率远远低于饱和蒸汽,因此干热灭菌法需要较高温度和/较长时间的暴露,但一般干热比蒸汽灭菌简单。
然而蒸汽灭菌的一些基本概念和方法也可被干热灭菌所采用。
例如,在比较干热法的相对灭菌能力时,可用相似于F0值的致死率单位。
用相似于蒸汽灭菌的方法,时间与温度的条件改变可综合成170℃时的相当时间,(设定一个Z值为20℃),这称之谓F值。
H干热法的验证包括物理的和生物学的试验二个方面。
方法顺序如下:设备安装的认证基本设备特性的认证关键传感,监测和控制设备的校验单元的热力学性能的认证工艺过程的工厂鉴定工艺过程的微生物学验证试验数据的整理检查整套文件的最后认证(注:虽然工作小组选择20℃的Z值,作为平均代表值,但应注意,报告中对干热,该值的范围为13~28℃,其中大部分在18~23℃)。
有些情况下,干热法只用于灭菌;但在某些情况下,则要求既灭菌,又使内毒素失活(去热原)。
一个循环过程的目的是规定验证方法。
干热法的验证有许多方法。
本技术报告提出许多可行方法中的三种。
第一种方法,仅为灭菌设计的干热法,视商品带菌量和其耐热性质而建立灭菌周期参数。
此周期设计得应保证微生物菌落可能生存的几率在一百万单位的商品中不大于一单位(未灭菌的几率为10-6),此方法用于对热极不稳定的材料。
用高耐热微生物(生物指示剂)来证实本方法的适宜性。
d值、z值、f值及热力学致死曲线的定义热力学致死曲线是微生物热力学死亡率(即F值)与物理死亡率(即Z值)的关系图,表示了在不同温度下微生物的死亡情况,是食品加工过程中热处理的重要依据。
在食品加工中,为了确保产品的安全性,需要对微生物进行灭菌处理。
而对于不同的微生物和不同的加工条件,需要确定不同的F值和Z值来进行适当的热处理。
D值(Decimal reduction time)是用来描述微生物灭活速率的指标。
它是指在一定温度下,需要多长时间使微生物数量减少10倍。
D 值越小,微生物的热敏感性越高,灭活速率越快。
通常情况下,D值是在特定温度范围内确定的,因为它和温度密切相关。
Z值(z value)是用来描述微生物热敏感性的指标。
它是指在温度上升或下降时,需要多大的温度变化使微生物的D值增加或减少10倍。
Z值越大,微生物对温度的变化越敏感,灭活速率的变化越快。
F值(F value)是用来描述特定温度下杀灭微生物所需的时间。
它是通过D值和Z值计算得出的,通常以分钟为单位。
F值越大,表示需要更长的时间来进行热处理,以确保微生物的灭活。
热力学致死曲线就是以F值和Z值为参数绘制的曲线。
在热力学致死曲线上,横坐标表示温度,纵坐标表示时间或F值。
通过热力学致死曲线,可以直观地了解在不同温度下对特定微生物的热处理时间,从而为食品加工提供科学依据。
在实际应用中,热力学致死曲线可以用来确定食品加工中的热处理条件,例如确定杀菌时间和温度,确保产品的安全性。
通过计算F值和Z值,可以根据热力学致死曲线来选择合适的加工工艺参数,以达到灭菌的目的。
热力学致死曲线的绘制过程需要先测定微生物在不同温度下的D 值,然后通过数学计算得出Z值和F值,最后根据这些数值绘制出热力学致死曲线。
通过研究热力学致死曲线,可以确定最佳的热处理条件,同时对于不同微生物种类和不同产品,可以有针对性地确定相应的参数,为食品加工提供技术支持。
总之,D值、Z值、F值及热力学致死曲线是食品加工中热处理的重要参数和依据,它们可以帮助我们了解微生物在不同温度下的灭活情况,为确定合理的加工工艺参数提供科学依据。
《食品工艺学》复试试题库-罐藏部分一、名词解释(每小题2分,共10分)1.罐头食品(Canned Food/Tinned Food):是指将符合标准要求的原料经处理、调味后装入金属罐、玻璃罐、软包装材料等容器,再经排气密封、高温杀菌、冷却等过程制成的一类食品。
2.商业无菌: 罐头食品经过适度的热杀菌后,不含有对人体健康有害的致病性微生物(包括休眠体),也不含有在通常温度条件下能在罐头中繁殖的非致病性微生物。
3.铁溶出值(ISV): 指一定面积的镀锡薄板在一定温度的酸液中保持一定时间浸出的铁的数量。
4.酸浸时滞值:指镀锡板的钢基在保持一定温度的酸液中达到一定的溶解速度时为止所需要的时间。
5.真空膨胀:食品放在真空环境中,食品组织间隙内的空气膨胀导致的食品体积膨胀现象。
6.真空吸收:真空密封好的罐头静置20-30min后,其真空度下降(比刚封好时的真空度低)的现象。
7.平盖酸坏:指罐头外观正常而内容物却在平酸菌活动下发生腐败,呈现轻微或严重酸味的变质现象。
8.平酸菌:导致罐头食品出现平盖酸坏变质腐败的细菌。
即该类细菌代谢有机物质产酸而不产气。
9.D值:指在一定的条件和热力致死温度下,杀死原有菌数的90%所需要的杀菌时间。
10.Z值:在一定条件下,热力致死时间呈10倍变化时,所对应的热力致死温度的变化值。
11.TDT值:(Thermal Death Time,TDT)热力致死时间,是指热力致死温度保持不变,将处于一定条件下的食品(或基质)中的某一对象菌(或芽孢)全部杀死所必须的最短的热处理时间。
12.TRT值:热力指数递减时间(Thermal Reduction Time,TRT)在任何热力致死温度条件下将细菌或芽孢数减少到某一程度(如10-n)时所需的热处理时间(min)。
13.顶隙:罐头食品上表面表与罐盖之间的垂直距离。
14.叠接率:指卷边内身钩与盖钩重叠的程度。
15.二重卷边:用两个具有不同形状的槽沟的卷边滚轮依次将罐身翻边和罐盖沟边同时弯曲、相互卷合,最后构成两者紧密重叠的卷边,达到密封的目的。
毕赤酵母热致死动力学模型的建立与检验田康明;段威;王正祥;路福平【摘要】毕赤酵母作为最成熟的蛋白质过量表达平台微生物之一,广泛应用于酶制剂、功能性大分子等大宗产品的发酵制造.建立毕赤酵母常规温度下(50~60,℃)的热致死动力学模型,有助于指导毕赤酵母发酵制造体系的菌体后处理工艺,增加菌体利用价值.为了建立毕赤酵母在50~60,℃条件下热致死动力学模型,将不同菌体量的毕赤酵母菌液在50、55、60,℃条件下进行不同时间热灭活处理,通过平板培养活细胞计数的方法评价不同处理方式下毕赤酵母的热致死效果,得到的致死曲线用Weibull模型和多元回归方程进行拟合构建热致死动力学模型,并对建立的模型进行数学检验和实用性检验.结果表明:建立的毕赤酵母热致死动力学模型可靠,具有实际使用价值.本研究所建立的模型能较好地模拟不同温度、不同处理时间对不同菌体量的毕赤酵母热致死效果的影响.并可以为毕赤酵母热灭活处理条件的确定提供计算依据.%Pichia pastoris,as one of the most mature protein overexpression platforms in the study of microorganisms,was widely used for bulk product manufacturing such as enzyme and functional macromolecule.Establishing a lethal thermal kinetics model of Pichiapastorisunder various heat treatment conditions from 50,℃ to 60,℃ will supply a guide to Pichia pastoris cell manufacturing system and increase the utilization value of cellmass.The lethal thermal kinetics of Pichiapas-torisunder various heat treatment conditions from 50,℃ to 60,℃ was investigated,and the availability and feasibility of the model was verified by live cell lethal tests.The cell culture of Pichiapastoris GS115 with different optical density was incu-bated at 50,℃,55,℃ and 60,℃ for variousheating time respectively,then the obtained lethal curves were fitted usingthe Weibull model and calculated using multiple regression equation to establish the lethal thermal kinetics model.Subsequently the feasibility and pratical lethality were confirmed by live cell lethal tests.APichiapastoris lethal thermal kinetics model was thus established,and its availability and feasibility were confirmed.The established model in this study can be used to describe the lethal thermal kinetics of Pichiapastorisunder various heat treatment conditions.The methods constructed here can be used for getting the suitable heat treatment process for heat inactivation of Pichiapastoris.【期刊名称】《天津科技大学学报》【年(卷),期】2017(032)002【总页数】6页(P24-29)【关键词】毕赤酵母;致死动力学;预测微生物学;Weibull模型【作者】田康明;段威;王正祥;路福平【作者单位】天津科技大学化工与材料学院,天津 300457;工业发酵微生物教育部重点实验室,天津科技大学生物工程学院,天津 300457;天津科技大学化工与材料学院,天津 300457;工业发酵微生物教育部重点实验室,天津科技大学生物工程学院,天津 300457【正文语种】中文【中图分类】Q939.97毕赤酵母(Pichia pastoris)表达体系具有表达率高、遗传稳定、产物可分泌、发酵工艺成熟等许多优点,这使得其成为应用最广泛的真核表达体系[1].从20世纪80年代初开始,人们已经用毕赤酵母表达体系成功表达疫苗、激素、抗菌肽、干扰素、工业酶、膜受体蛋白、细胞毒素及其衍生物等上千种蛋白,毕赤酵母生产体系在工业上已是仅次于大肠杆菌(E.coli)的最常用蛋白表达系统[2–3],所涉及到的领域有水产业[4]、饲料加工业[5]以及动物传染病的防治[6]等.以毕赤酵母表达生产工业酶为例,发酵生产过程完成后,需要对发酵液中的酶进行板框过滤除去菌体,陶瓷膜过滤除去细胞碎片和大分子蛋白等,并通过添加相应的辅助材料获得工业酶制剂产品.分离提取过程形成的菌体残渣通常通过烘干的方式制备成副产品用于饲料蛋白的添加.发酵结束后产品的分离提取过程及菌体残渣的烘干过程属于典型的开放式操作,很容易造成拥有自主知识产权的重组菌种流失.基因重组的毕赤酵母如果进入到环境中,可能污染人类赖以生存的自然环境,影响到人体健康和生态环境,还可能打破原有的生态平衡[7].因此,如何采用简单易行且安全可靠的方式在充分保证产品活力前提下彻底灭活提取液中的活细胞是工业酶生产中的关键环节,对于表达产物在胞内的菌液显得尤为重要.工业上对酵母发酵液灭活处理有酶法、超声波、机械研磨、高压匀浆等多种方法,但是热处理灭活却是最有效、最经济、最简单的方法.酵母对高温敏感[8],可以在对发酵产品影响较小的情况达到全部灭活的目的.通过热处理也有利于酵母营养物质的提取[9]和目标产物的分离.本文主要考察毕赤酵母在50~60,℃的致死规律,并建立相关模型,为毕赤酵母生产体系中建立有效的菌种热灭活方法提供技术参考.1.1 菌种与培养基毕赤酵母(Pichia pastoris)GS115购自Invitrogen公司,现保藏于本研究室.YPD培养基(g/L):酵母提取物 10,蛋白粉 20,葡萄糖20.1.2 样品处理取培养 24,h的毕赤酵母菌液,放入灭菌的离心管中,8,000,r/min离心5,min,弃上清液.再用YPD培养基将菌体重悬,配制成不同浓度的毕赤酵母菌液.1.3 热处理取10,mL不同浓度的毕赤酵母菌液,放入50,mL离心管中.将离心管于30,℃条件下维持5,min,然后分别放入50、55和60,℃的水浴摇床,转速为100,r/min,放入后开始计时,处理一定时间.处理结束后将处理液放入冰水中.1.4 微生物计数及致死效果的检测根据 GB/4789.15—2010方法,对热处理前后的菌液进行菌落计数[10].吸取1,mL加热处理前后的稀释菌液到灭菌的平皿中,再进行倾注,混匀后放置30,℃培养,48,h后统计单菌落数.致死效果用致死率(R)和残存对数(lg,S)表示.式中:N为热处理一段时间后剩余的活细胞数量;N0为初始的活细胞数量.1.5 热致死动力学模型1.5.1 一级模型将毕赤酵母残存对数为纵坐标,热处理时间为横坐标,绘制致死曲线,用 Weibull 模型进行拟合,Weibull模型为式中:t为热处理时间(min);参数 b为模型尺度因子;参数n为曲线形状因子.当n=l时,曲线呈线性趋势;n>l时,曲线呈上凸状,表示死亡速率持续增加;n<l时,曲线呈凹状,表示细菌死亡速率逐渐减小,存活的细菌对环境压力产生一定抗性[11].1.5.2 二级模型建立不同变量(温度和菌体量)的与一级失活模型参数(Weibull模型中的b和n)之间的多元回归方程,将响应值即参数b和n进行适当的对数或平方根变换.多元回归模型为式中:y为b或n的响应值;b0、bj、bjj、bjl为不同的常量系数;xj、xl为编码的变量温度和菌体量.1.6 实验数据分析和模型验证应用Sigmaplot 12.5软件对毕赤酵母在不同处理条件下的致死曲线数据进行分析和模型拟合.采用参数 R2、Af、Bf、RMSE、SSE评价模型拟合度[12].当R2越接近1时,表示相关的预测模型参考价值越高;Af为准确因子,反映了预测值和实际值的偏离程度,Af值越小,表明模型预测值与真实值越接近,模型的精确程度越高;Bf为偏差因子,Bf越接近 1,模型拟合度越高;均方根误差(RMSE)可作为衡量预测准确度指标,可以反映模型预测的离散程度;误差平方和SSE值越小,模型精确度越高.式中:SSE为误差平方和;SST为总离差平方和;µ0为实验观测值;µ为预测值;n为观测值个数.2.1 温度、作用时间及不同菌体量下的毕赤酵母致死规律毕赤酵母对高温敏感,在32,℃以上生长则不利于蛋白的表达,一般在45,℃时就停止生命活动,致死温度一般在 50~60,℃[13].且温度越高致死速率越快.菌体量对致死速率同样有着影响,单位体积的细胞越多,致死所需要的热量就越多,且菌液的热传递效果越差,这样同样条件下的致死率越低.以热处理时间为横坐标,毕赤酵母残存对数为纵坐标,绘制特定温度和特定菌体量(吸光度)的致死曲线,如图1 所示.毕赤酵母残存的细胞量的对数随着热处理时间的延长而降低,同时,随着温度的升高毕赤酵母的死亡速率也随之加快.相同温度处理下的致死曲线趋势大致相似,菌液的浓度越大,致死曲线的位置就更加靠后,达到相同灭菌效率的时间越长.随着处理温度的升高,致死曲线的形状趋于直线.温度较低的50,℃下处理的致死曲线是“S”形的,在热处理开始和结束时的曲线平缓.而在60,℃下处理的致死曲线的形状类似一条直线,没有明显的滞后和拖尾的现象.2.2 毕赤酵母的一级热致死动力学模型一级模型是一个数学方程或数学函数,用来表示微生物数量与时间的关系.在微生物的动力学研究中,失活规律通常是非线性的,在早期的研究中曾经提出对数残留定律,既微生物的热致死的对数曲线为直线.但是,在很多情况下灭活曲线并不遵循这种关系,而是存在“肩部”或“拖尾”现象[14].因为微生物菌群里含有很多独立的群体,而残存曲线是菌群各自动力学模式的综合体现[15].因此有研究将失活曲线看作概率模型[16].例如有研究发现,单增李斯特菌在高压协同温度处理时的失活模型可以用 loglogistic模型来拟合[17],改进的Gompertz模型能很好地预测细菌的热灭活趋势[18],Albert等[19]利用设计的Weibull模型成功拟合了预测细菌的灭活规律.但这些热灭活模型研究的微生物主要是食源性的致病细菌,对于广泛使用的温敏型工程菌毕赤酵母这一真菌研究较少.其中 Weibull分布函数被广泛应用于微生物存活数据的分析,近年来,Weibull模型已经成功拟合了很多微生物的非线性热失活模型曲线[14,,20].将热处理后的毕赤酵母残存数据,采用 Weibull模型进行曲线拟合,得到的相关数据见表1.拟合方程中 n>1,即所有毕赤酵母的致死曲线呈上凸的形状,这表明在初始阶段随着加热时间的延长,致死速率也随之加快,出现“肩部”情况;在热处理后期,致死速率却变慢.这种情况在较低温度处理下更加明显.这是由于在初始阶段,菌液处于升温阶段,热量没有传递均匀,此时的热处理对部分细胞没有很大影响.待温度平衡,致死速率也趋于稳定,随着时间的延长,毕赤酵母对高温出现了一定的耐受性,体现在致死曲线上就是“拖尾”.模型的决定系数 R2为0.960,9~0.999,9,同时SSE较小,P<0.001,表明Weibull模型表现出较好的拟合度,拟合所得到的结果接近于实验真实值.2.3 基于Weibull模型参数的二级模型的建立由以上分析可知,温度对致死率的影响和菌体量对致死率的影响可以用 Weibull模型来描述(拟合效果理想).但是 Weibull模型的参数却随着温度和菌体量变化,因此需要建立一个温度和菌体量对一级模型参数影响的二级模型.采用多元回归方程拟合出模型为式中:x为热处理的温度,y为菌体量(吸光度);b和n为 Weibull模型的参数.两个模型的相关系数(R2)分别为0.974,1和0.946,6,说明该模型所描述的温度和菌液吸光度与一级模型中的参数之间的关系是可信的.从拟合方程的系数上看,温度对一级模型参数的影响有较大的影响,其次是菌体量(吸光度).2.4 毕赤酵母热致死模型的验证对于验证一个模型是否有效,偏差因子和准确因子被认为作为首要的标准,且被证明是验证模型预测模型性能的非常有价值的工具.如果 Bf值在 0.9~1.05的范围之内,认为该模型能够很好地预测微生物生长速度和生长状况;如果 Bf值在0.7~0.9或者1.06~1.15范围之内,则该模型是可以被接受的;如果 Bf值大于1.15或者小于 0.7,则说明该模型是失败的[21].偏差因子不能表示参数估计的平均准确性,因此常结合准确性因子(Af)对模型进行数学检测,Af值越大表示平均准确性越低,而 Af值等于 1表示预测值与观测值之间完全吻合.用53、57,℃处理A600分别为20、45、120的毕赤酵母菌液,验证热致死模型的可靠性.由表 2可知,RMES、Bf、Af的值均在可靠范围,模型的准确性较高.并通过代入温度和菌体量数据到模型中,得到达到特定致死率的预测时间,表3列举的实验组和预测组所达到50%,、90%,、99%,、99.9%,致死率的时间相近,这亦说明本研究建立的毕赤酵母热致死模型是成功的.实验中A600为169,处理温度60,℃,代入二级模型中可得到一级模型的参数 b =0.363,6,n=1.032,1.一级模型为 lg(N/N0)=–0.363,6t1.032,1,代入 99.99%,致死率即 lg(N/N0)=–4,获得达到 99.99%,致死率的时间为 14.690,3,min,实际实验中60,℃处理 15,min的菌液,热处理完成后直接倾注的平板在30,℃下培养96,h后平板上未见菌落形成.本研究采用 Weibull模型对毕赤酵母的热致死曲线进行拟合,并且建立了温度和菌体量(吸光度)对一级模型参数影响的二级模型,结果表明此模型能够较准确地模拟毕赤酵母的热致死规律.这为实际生产中热处理毕赤酵母菌液提供了一定的理论依据.【相关文献】[1]Ahmad M,Hirz M,Pichler H,et al. 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微生物热致死性能测试系统及射频灭菌效应研究食品受食源性致病菌污染所造成的危害甚至安全事故已日益受
到食品加工业的高度重视。
传统热处理技术灭菌时间较长,易对食品品质产生不良影响,丧失原有口感、营养与功能,甚至难以达到有效的灭菌效果。
射频加热作为一种新型的物理灭菌方法,克服了利用传导、对流和辐射等传统加热原理产生的缺陷,将电能转化为热能,穿透至
物料内部,具有升温迅速、整体加热、选择性加热的优势,同时能更好地保持产品品质。
但是,在大规模推广工业化射频灭菌技术之前,需要对射频加热技术的工艺参数和灭菌机理进行深入的研究,包括针对射频加热环境下微生物热致死和食品品质动力学模型的建立,以及射频波的非热效应确定等。
传统的微生物热致死或食品品质动力学试验多采用水浴(油浴)为热源的直接浸泡法或间接加热法,均存在加热速率无法控制和样品温度均匀性无法保证的弊端,而这两点直接影响微生物和食品品质的耐热性,所得到的动力学模型亦不匹配复杂的射频加热过程,更无法在精准的加热环境中明确射频波的非热效应。
基于以上原因,本文设计了一套用于灭菌动力学研究的控温加热板系统,
实现用户对样品升温速率、目标温度和保温时间的精确控制,利用该加热板系统建立不同升温速率下的微生物和食品色泽动力学模型,以辅助射频灭菌工艺参数的设计。
最后使用加热板系统模拟射频加热环境,验证射频在灭菌机理方面是否存在非热效应。
本研究的主要结论如下:(1)设计了一套精确控温加热板系统,由加热板部分和控制部分组成。
加热板部分包含铝制上、下加热板、硅橡胶加热片、6个抽
拉盒以及配套的样品单元,容纳样品量为1 ml。
可实现对目标温度(最高140℃)、升温速率(0.1<sup>1</sup>3.5℃/min)和保温时间的
精确控制,以进行微生物和食品品质动力学研究。
该系统通过PID(比例-积分-微分)温度控制器实现对样品测量与理论误差不超过±0.5℃的精确控温。
(2)利用有限元分析软件建立了控温加热板模型,用以
评价样品的加热过程以及分层和整体的温度均匀性。
模拟的平均升温速率与理论值误差不超过0.8%,误差随着升温速率的提高而增大。
分析了花生粉在不同目标温度和保温节点中分层与整体温度分布,最大
均匀性指数为0.015,随着升温速率的降低,均匀性指数减小。
使用3
段直线升温过程拟合射频加热曲线,最大误差不超过0.85℃。
(3)使用纯净水、苹果汁、牛奶、土豆泥、蛋清、米糊、大米、巴旦木粉、花生粉、花生酱和牛肉制作样品对加热板系统的性能进行测试。
结果表明,所有过程温度的测量值与理论值最大温差为0.97℃,其中保温
阶段温差不超过0.30℃。
使用红外成像测温仪分析花生粉在六个加
热单元的温度同步性和均匀性,所有加热单元表面温度最大温差为
0.46℃,平均温差为0.32℃,最大温度均匀性指数为0.024。
(4)利用控温加热板系统分别建立以0.1、0.5、1.0、5.0和10.0℃/min升温速率达到目标温度55、57和60℃的大肠杆菌热致死动力学模型。
结果表明,随着升温速率的降低,大肠杆菌的D值显著提高,以升温速率0.1℃/min在55℃时得到大肠杆菌D值为15.44 min,而相同目标温
度下,使用10℃/min的升温速率得到的D值仅有2.50min。
该控温加热板能够辅助射频灭菌工艺得到真实升温速率下准确的微生物热致
死动力学模型。
(5)利用控温加热板系统在与热灭菌相同的条件下进行土豆泥色泽动力学研究。
结果表明,随着升温速率的减小,或目标温度、保温时间的增加,L<sup>*</sup>和a<sup>*</sup>值的反应速率增大,色泽变化明显,D值减小,即对品质影响显著。
土豆泥的色泽变化规律符合一级动力学模型。
同时对比微生物热致死参
数,L<sup>*</sup>和a<sup>*</sup>值与有效灭菌时间
F<sub>60</sub>具有高度相关性。
对于工业射频灭菌工艺参数设计,在考虑食品安全和品质的基础上,升温速率应至少大于1℃/min,最好大于5℃/min。
(6)利用控温加热板系统模拟射频加热灭菌过程,在相同的加热环境下分别对土豆泥和苹果汁中的大肠杆菌ATCC25922及金黄色葡萄球菌ATCC25923进行灭菌效果比较。
结果表明,在不同温度节点使用两种处理方法的灭菌数量最大误差不超过1 log CFU/ml (CFU/g),即频率在27.12MHz的射频波与加热板灭菌效果无显著性差异。