【摘 要】
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作为在各类果汁饮料生产中常出现的嗜酸耐热细菌,酸土脂环酸芽孢杆菌可能会在常规的巴氏热杀菌处理过程中得以存活,导致产品污染、风味变化等严重后果;若提高热处理条件将其彻底杀灭,则又会对产品营养成分造成破坏。近年来的新型非热加工技术如脉冲电场技术(Pulsed Electric Field,PEF)则能够很好地解决传统热杀菌中的痛点问题,逐渐成为食品杀菌领域的热点研究之一。在PEF杀菌过程中,往往会加入
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作为在各类果汁饮料生产中常出现的嗜酸耐热细菌,酸土脂环酸芽孢杆菌可能会在常规的巴氏热杀菌处理过程中得以存活,导致产品污染、风味变化等严重后果;若提高热处理条件将其彻底杀灭,则又会对产品营养成分造成破坏。近年来的新型非热加工技术如脉冲电场技术(Pulsed Electric Field,PEF)则能够很好地解决传统热杀菌中的痛点问题,逐渐成为食品杀菌领域的热点研究之一。在PEF杀菌过程中,往往会加入柚皮素、橙皮苷、丁香酚等植物活性成分进行协同作用,但是这类抑菌物质的毒理学性质不明确,使用后无法与体系分离,存在影响食品感官特性的风险。而纳米氧化铁(Iron Oxide Nanoparticles,IONP)能够在水相中均匀分散成为胶体,杀菌步骤过后也可以通过离心、磁力沉降的方式将其去除。基于以上因素,本论文以PEF为手段,酸土脂环酸芽孢杆菌ATCC 49025为对象,研究PEF对其杀灭效果,并通过改变细菌培养基p H值,对细菌细胞膜的脂肪酸组成进行修饰,探究不同p H值下的细菌对PEF的耐受性规律。为进一步提升杀菌效果,本实验同时引入了IONP作为协同抑菌手段,探究二者的协同作用及潜在机理。具体研究内容和结果如下:(1)对酸土脂环酸芽孢杆菌应用不同电场强度及处理时间的PEF,并采用Weibull数学模型对细菌灭活动力学进行了规律性分析与总结,发现杀菌效果随着电场强度的增大、处理时间的延长而提升。通过测定相对电导率和核酸、蛋白质大分子的流出,并对处理前后的细胞形态进行观察,发现PEF对细菌细胞膜造成了严重破坏,胞内离子、生物大分子等重要成分流出,最终导致细胞死亡。(2)为探究不同酸度下成长的细菌对PEF耐受性差异,本文采用气相色谱-质谱联用法,结合傅里叶红外变换光谱(FTIR)方法,测定不同p H值(2.8、3.4、4.0、4.6)下酸土脂环酸芽孢杆菌的生长特性、细胞膜脂肪酸组成及细胞结构成分的变化,发现该细菌的最适生长p H为4.0。在p H值偏高或偏低的环境中,细菌细胞膜环状脂肪酸减少,不饱和脂肪酸增加,且细胞壁多糖成分发生变化。通过扫描电镜对细菌细胞形态进行观察,发现细胞在酸度偏高时会出现伸长、扭曲等“丝化”现象,证明了细菌细胞膜流动性增加的结果。进一步对不同p H值下的酸土脂环酸芽孢杆菌应用PEF,发现偏离最适生长环境的细菌对PEF的敏感性降低,更容易被杀灭。(3)对五种IONP的粒径进行了测定,发现磁性较弱的α晶型Fe2O3的颗粒团聚现象相对偏弱,粒径分布在500 nm左右;磁性较强γ晶型Fe2O3、Fe3O4纳米颗粒在没有表面修饰的情况下相互吸引,粒径均在1000 nm以上。同时使用这5种IONP对酸土脂环酸芽孢杆菌进行抑菌实验,虽然能检测到活性氧簇(Reactive Oxygen Species,ROS)的生成与铁离子的溶出,但是并未观察到IONP在合理的浓度下对细菌生长有抑制效果。(4)将不同浓度IONP(0.05、0.1 g/L)与PEF协同作用于细菌细胞,发现随着电场强度的提升和IONP浓度的增加,杀菌效果得到提升,而且协同效果也越明显。ROS的生成量及细胞膜脂质过氧化程度也比二者单独使用时要更高。其中的潜在机理可能是IONP可以局部增强PEF对细胞膜的电穿孔效应,然后原本来自IONP、难以进入细胞的ROS与铁离子更容易穿透细胞膜,对细胞内的重要生物大分子如酶、核酸物质等造成破坏,产生协同效果,最终造成细菌死亡。(5)对四个p H值下酸土脂环酸芽孢杆菌的芽孢形成过程也进行了探究,发现酸性环境下,芽孢的形成受到抑制,数量偏低。此外还将PEF与IONP协同作用于芽孢,虽然杀菌效果有限,但仍然能检测到芽孢核心中的2,6–吡啶二羧酸被释放到芽孢外。
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