微波作用下鮮切蓮藕殺菌實驗研究

董建軍 周全

摘 要：本文進行了微波作用下鮮切蓮藕的殺菌實驗研究，考察了脈沖微波功率、復合微波和單一脈沖微波處理時間對殺菌效果的影響。研究結果表明：連續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微波的殺菌效果好;在280～700W范圍內，隨著脈沖微波功率的降低，鮮切蓮藕中菌落總數逐漸減少。復合微波處理可以有效殺死鮮切蓮藕中的細菌，菌落總數的最大殺菌率可以達到99.1%;在0-180s范圍內，隨著處理時間的增加，鮮切蓮藕中的菌落總數先降低后升高。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，隨處理時間的增加，鮮切蓮藕中菌落總數總體上呈下降趨勢，但存在有波動性變化。

關鍵詞：微波;殺菌;鮮切蓮藕

中圖分類號：TS205 文獻標識碼：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]。為延長保質期，需對鮮切果蔬進行殺菌處理。冷殺菌技術是一種新型的殺菌技術，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味和營養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上，降低鮮切果蔬呼吸率，延長貨架期，并使產品的感官和營養品質達到可以接受的程度[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有的品質，大大降低其可接受性。因此，將連續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菌的數量，改善鮮切果蔬產品的質量，同時控制了鮮切果蔬的溫度。為此，本文利用短時的連續微波處理使鮮切蓮藕升溫，然后在進行脈沖微波殺菌處理，研究了不同的脈沖微波功率、復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的變化規律，為鮮切果蔬的工業化生產提供一些實驗依據。

1 實驗

1.1 實驗材料

實驗材料主要為鮮切蓮藕、培養基和生理鹽水等。鮮切蓮藕由超市購買，4℃冰箱冷藏備用。

1.2 實驗設備

實驗主要設備為連續和脈沖微波發生裝置，高壓滅菌鍋，恒溫培養箱，電子天平及高速組織搗碎機等。脈沖微波發生裝置由700W的微波爐加脈沖時間開關改造而成，通過調整微波的通/斷時間比例，來控制微波的功率。

1.3 實驗過程

將15g鮮切蓮藕裝入試管，然后放入微波裝置中，進行殺菌處理。首先研究了不同功率（0W，280W和350W）的脈沖微波和和700W的連續微波對鮮切蓮藕殺菌效果的影響;當脈沖微波功率為210W時，在12s/700W連續微波處理的基礎上，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。處理后的樣品先進行搗碎，再進行稀釋和平板培養，以測定殺菌效果。鮮切蓮藕中菌落總數的測定參照GB/T4789.2-2003《食品中菌落總數測定》。每個樣品選擇6個稀釋度進行檢測，每個數據進行3次實驗，取其平均值作為最后結果。

2 實驗結果與分析

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。從表中可以看出，由于脈沖微波的功率比連續微波的功率低，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節也是通過調整放電管的通/斷時間比例完成的，但是微波爐的功率調節是為了更好的加熱，而殺菌實驗中是為了達到更好的殺菌效果，同時還能控制物料的溫度不能超過55℃，所以實驗中對微波爐的通/斷時間比例進行了重新設定。

圖1為脈沖微波功率對鮮切蓮藕中菌落總數的影響。從圖中可以看出，無論是連續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微波的殺菌效果好;在280～700W范圍內，隨著脈沖微波功率的降低，鮮切蓮藕中菌落總數逐漸減少。當脈沖微波功率為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由190×103下降為29×102，殺菌率為98.5%。

微波殺菌分為熱效應和非熱生物效應。其熱效應是指食品介質吸收微波溫度升高，從而使得食品內微生物的溫度升高，使微生物蛋白質變性和破壞其正常的體內生理代謝環境導致微生物死亡。連續微波處理主要利用了微波的熱效應對鮮切果蔬進行了殺菌，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，可以改變或擾亂細胞膜內外的電位差，使細菌生理生長所需要的營養物質運輸不能正常的進行，從而使其死亡。目前還有假說認為微波能使蛋白質的三級和四級結構發生改變，蛋白變性，同時還能使其遺傳物質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進行殺菌。脈沖微波由于功率比連續微波的低，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越顯著，殺菌效果越好。

2.2 復合微波作用下，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。從表中可以看出，12s的連續微波處理，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為復合微波作用下，處理時間對鮮切蓮藕中菌落總數的影響。從圖中可以看出，在0-180s范圍內，隨著脈沖微波處理時間的增加，鮮切蓮藕中的菌落總數先降低，達到最低點后，菌落總數反而隨處理時間的增加而增加;當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由19×104下降到17×102，總的殺菌率為99.1%。

在連續微波的作用下，鮮切蓮藕吸收電磁波，因此溫度升高，同時內部細菌的溫度也升高，使細菌蛋白質變性和破壞了其正常的體內生理代謝環境，導致死亡。此外，微波的非熱生物效應也可以使細菌數量下降。有研究表明溫度與電磁場對微生物的殺滅有協同性，隨著溫度的升高，細胞內生化反應加快[5]。根據以上理論，由于溫度升高，微生物的細胞流動性增強，從而使細胞膜變得更為脆弱，擊穿所需能量變小，微生物更易于死亡。Stanley等[6]報道介質溫度對細胞膜的流動性影響很明顯，在低溫下，細胞膜中磷脂處于凝膠結構;高溫時，細胞膜中磷脂處于無序狀態，并且為液晶態。這種由凝膠向液晶轉化的過程取決于溫度。彭夢勇等[7]通過對蛋白質的電磁場及溫度協同處理，研究發現電磁場引起活化能的降低，蛋白質在電磁場作用下的不可逆變性，而且這種變性也遵循Arrhenius規律。這是和熱效應完全不同的一種效應，是一種非熱效應，而且這種效應和溫度有關，溫度升高時，微波的電磁效應迅速增大，表現為電磁場—溫度協同效應。因此，連續微波預處理下菌落總數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際暴露時間增加，在微波的各種非熱效應下，被殺死的細菌數量增多;當脈沖微波作用時間超過135s時，細菌對脈沖微波產生了一定的適應能力，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一步增加，菌落總數又有所增加。

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。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，隨著處理時間的增加，鮮切蓮藕中菌落總數總體上呈下降趨勢，但存在有波動性變化;當處理時間為126s時，鮮切蓮藕中的菌落總數反而有所增加;當處理時間為216s時，鮮切蓮藕中的菌落總數最少為19×103，殺菌率為90%。這說明微波的非熱效應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際暴露時間增加，在微波的非熱效應下，被殺死的細菌數量增多;但當脈沖作用時間為126s時，菌落總數反彈，可能原因是脈沖微波在一定的溫度條件下促進了細菌的分裂與繁殖。

3 結語

（1）連續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微波的殺菌效果好;在280～700W范圍內，隨著脈沖微波功率的降低，鮮切蓮藕中菌落總數逐漸減少。（2）連續微波和脈沖微波的復合處理可以有效殺死鮮切蓮藕中的細菌，菌落總數的最大殺菌率可以達到99.1%;在0-180s范圍內，隨著處理時間的增加，鮮切蓮藕中的菌落總數先降低后升高。（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，隨處理時間的增加，鮮切蓮藕中菌落總數總體上呈下降趨勢，但存在有波動性變化。

參考文獻

[1] Robert C， Soliva-Fortuny， Olga Martin-Belloso. New advances in extending the shelf-life of fresh-cut fruits：A review[J].Trends in Food Science and Technology， 2003，14（9）：341-353.

[2] 張甫生，李蕾，陳芳，等.非熱加工在鮮切果蔬安全品質控制中的應用進展[J].食品科學，2011，32（09）：329-334.

[3] 白露露，胡文忠，劉程惠，等.鮮切果蔬非熱殺菌技術的研究與應用[J].食品工業科技，2013，34（15）：362-364.

[4] 蔣宇飛，芮漢明.白切雞微波殺菌后在冷藏過程中的品質變化[J].食品工業科技，2008，29（4）：258-261.

[5] 馬海樂，高夢祥.介質特性參數對脈沖磁場殺菌效果的影響[J].食品科學，2004，25（8）：42-46.

[6] 彭夢勇，陳樹德，喬登江，等.熒光光譜法研究蛋白質構象的電磁，溫度協同效應[J].光譜學與光譜分析，2002，22（6）：879-882.

[7] Corlett，D.A.Brown，M.H.pH and acidity.In Microbial Ecology of foods.Volume 1.Factors Affecting the Life and Death of Microbiological Specifications for foods[J].Acdemic Press，NewYork 1997.