高强度脉冲磁场对牛奶杀菌的研究

郭丹丹，肖凯军

（华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640）

高强度脉冲磁场对牛奶杀菌的研究

郭丹丹，肖凯军*

（华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640）

采用10 T以上高强度脉冲磁场处理鲜牛奶，研究脉冲强磁场对牛奶中微生物的影响。结果表明：高强度脉冲磁场对牛奶杀菌效果显著，随磁场强度或脉冲数的增大，菌落总数、大肠杆菌和霉菌酵母的存活率基本呈下降趋势，但出现谷值后，存活率随着磁场强度和脉冲数的进一步增大有所回升。在磁场强度16.02 T，脉冲数为6时，对牛奶中菌落总数和大肠杆菌杀菌效果最好；而磁场强度16.02 T，脉冲数8时，对霉菌酵母杀菌效果最好。与菌落总数和大肠杆菌相比，霉菌酵母对脉冲磁场有较强的抵抗力。在最佳处理条件下，经脉冲磁场处理的牛奶可达到商业无菌的要求。

脉冲强磁场；杀菌；牛奶；微生物

Abstract：The effect of intense pulsed magnetic field on total numbers of colony,Escherichia coli,mould and yeast in milk was investigated by using pulsed magnetic field over 10 T to treat milk.The experimental results indicated that the sterilizing effect of intense pulsed magnetic field on milk was significant.The survival rate firstly reduced to a valley value with the magnetic field strength and pulse number increasing.Then,the survival rate began to rise with the magnetic field strength and pulse number increasing,and the sterilizing result contrarily become worse.When treated by pulsed magnetic field that of 16.02 T,the total numbers of colony and Escherichia coli in milk can lead to the best sterilizing result with pulse number of 6,but the mould and yeast with the pulse number of 8.Compared with total numbers of colony and Escherichia coli,the mould and yeast have stronger resistance on pulsed magnetic field.Under the best treatment conditions,the milk that treated by intense pulsed magnetic field can meet the requirements of commercial sterile.

Key words:Intense pulsed magnetic field;sterilization;milk;microbe

国内外对鲜牛奶的杀菌多采用传统的加热杀菌方法[1]，通过加热使食品中腐败菌细胞内的蛋白质凝固变性，导致细菌失活。但食品受热后，不仅使牛奶中营养成分部分丧失，还容易产生“蒸煮味”，影响食品的感官品质。因此，对于非热杀菌技术的研究越来越多[2-3]。现代食品非加热杀菌技术[4]主要包括：超高压杀菌、辐照杀菌、脉冲电场杀菌、脉冲磁场杀菌、紫外线杀菌等[5-6]。

脉冲磁场杀菌是将食品置于高强度脉冲电磁场中处理，达到杀菌的目的，处理的条件是在常温常压下，利用脉冲电磁场快速传播的特性，进行瞬时杀菌[7-8]，能最大限度地保留食品的色、香、味及营养成分，且效率高，节约能源[9]。由于脉冲磁场杀菌处理时间短、不经高温，因而对于一些热敏感的食品杀菌处理尤其适合[10]。本文采用10 T以上高强度脉冲磁场处理牛奶，研究磁场强度和脉冲数对牛奶中菌落总数、大肠杆菌和霉菌酵母的影响，为脉冲强磁场作为一种新型非热杀菌技术在生产实际中的应用提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 主要材料与试剂

鲜牛奶：市售；营养琼脂培养基、孟加拉红培养基、乳糖胆盐发酵培养基、伊红美兰培养基：广东环凯微生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

HSM-S20型脉冲强磁场装置（装置简图如图1所示）：武汉强磁场中心研制；高压灭菌锅：DAIHAN Scientific；超净工作台：苏净集团安泰公司；LRH-250-HS型恒温恒湿培养箱：广东省医疗器械厂；Sartorius电子天平：北京赛多利斯天平有限公司；DHG-9145A型鼓风干燥箱：上海一恒实验仪器厂；HH-S型数显恒温水浴锅：江苏省金坛市医疗仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 脉冲强磁场装置的操作

1）测定牛奶中初始菌落总数、大肠杆菌总数、霉菌酵母总数，并将牛奶分装入无菌试管中，编号。

2）检查线路，接通电源，充入液氮，并使磁体在样品处理过程中一直浸在液氮中。

3）设置电压和脉冲数，将编号的牛奶放入样品处理室中。首先进行充电，当储能电容两端的电压达到规定的放电电压时，按下“放电”按钮，即可对样品进行脉冲强磁场杀菌，处理完后尽快将样品取出，测微生物指标。两个脉冲之间的时间间隔为15 s，脉冲宽度为10 ms。

4）每个电压具有一定的充放电次数。当达到最高充放电次数后，电磁发生器会自动停止工作20 min，使磁体冷却。然后可进行下一个样品的杀菌试验。

1.3.2 微生物的测定

处理后的样品须先摇匀，再进行稀释和平板培养，以测定杀菌效果。

菌落总数的测定参照GB/T4789.2-2003《食品中菌落总数测定》；大肠杆菌的测定参照GB/T4789.3-2003《食品中大肠杆菌测定》；霉菌、酵母的测定参照GB/T4789.15-2003《食品中霉菌和酵母计数方法》。

1.3.3 细胞存活率的计算

细胞存活率[11-12]采用以下公式进行计算：

样品的细胞存活率（简称：存活率）反映了脉冲强磁场处理前后活菌数的变化，可定量描述脉冲强磁场的作用效率。

2 结果与讨论

2.1 脉冲磁场对牛奶中菌落总数的影响

2.1.1 磁场强度对牛奶中菌落总数的影响

室温（28±1）℃条件下，分别在脉冲数为4、6、8时，采用不同的磁场强度对牛奶进行处理，并测定不同磁场强度对牛奶中菌落总数的影响，结果如图2所示。

从图2可以看出，脉冲数为4时，牛奶中菌落总数随磁场强度增大而下降。脉冲数为6和8时，牛奶中菌落总数存活率的谷值均出现在磁场强度为16.02 T左右。经8个脉冲处理的牛奶中菌落总数的变化趋势较为平缓，这可能与杀菌时间的长短有关。整体来看，随磁场强度增加，牛奶中菌落总数先呈下降趋势，但当磁场强度增大到一定程度，牛奶中菌落总数反而开始增加。

2.1.2 脉冲数对牛奶中菌落总数的影响

室温（28±1）℃条件下，分别在磁场强度为10.68、13.35、16.02 T时，采用不同的脉冲数对牛奶进行处理，测定不同脉冲数对牛奶中菌落总数，测定结果如图3所示。从图3可以看出，磁场强度为10.68 T和13.35 T时，牛奶中菌落总数存活率均在脉冲数为8时出现谷值，而磁场强度为16.02 T时，牛奶中菌落总数存活率在脉冲数为6时出现谷值。随着脉冲数增加，牛奶中菌落总数存活率先降低，达到谷值后，菌落总数存活率反而随脉冲数增加而增大。磁场强度10.68 T时的菌路总数存活率的变化趋势最平缓，磁场强度为16.02 T的菌落总数变化趋势最为陡降，且在16.02 T，6个脉冲时，杀菌效果最好。这表明牛奶中嗜温、好气性细菌对高强度的脉冲磁场更为敏感。

2.2 脉冲磁场对牛奶中大肠杆菌的影响

2.2.1 磁场强度对牛奶中大肠杆菌的影响

室温（28±1）℃条件下，采用脉冲强磁场对鲜牛奶进行处理，测得不同磁场强度对牛奶中大肠杆菌的影响如图4所示。

从图4中可以看出，随着磁场强度的增大，牛奶中大肠杆菌存活率先减少，达到谷值后，大肠杆菌存活率又随着磁场强度的增大而增大。采用4个脉冲和6个脉冲时，在磁场强度为16.02 T左右，大肠杆菌的杀菌效果最好；且6个脉冲的杀菌效果优于4个脉冲。采用8个脉冲时，在13.35 T左右杀菌效果最好。脉冲数不同时，随磁场强度增大，大肠杆菌存活率的变化趋势有所不同；磁场强度越大，并非杀菌效果越好；磁场强度越小，与高磁场强度相比，需要稍长的处理时间可提高杀菌效果。

2.2.2 脉冲数对牛奶中大肠杆菌的影响

室温（28±1）℃条件下，对鲜牛奶进行处理，测得不同脉冲数对牛奶中大肠杆菌的影响如图5所示。从图5可以看出，随着脉冲数的增加，牛奶中大肠杆菌存活率减少，达到谷值后，大肠杆菌存活率随着磁场强度的增大而略有增大。磁场强度为10.68 T和13.35 T时，大肠杆菌在脉冲数为8的杀菌效果最好；而磁场强度为16.02 T时，脉冲数为6的杀菌效果最好。脉冲数越小，与大脉冲数相比，需要较大的磁场强度可提高杀菌效果。但在杀菌效果达到谷值后，延长杀菌时间，反而提高大肠杆菌存活率。

2.3 脉冲磁场对牛奶中霉菌、酵母的影响

2.3.1 磁场强度对牛奶中霉菌、酵母的影响

室温（28±1）℃条件下，对鲜牛奶进行处理，测得不同磁场强度对牛奶中霉菌酵母的影响如图6所示。

从图6可以看出，随磁场强度增加，牛奶中霉菌酵母存活率呈下降趋势。采用4个脉冲和6个脉冲杀菌时，牛奶中霉菌酵母存活率随磁场强度增大而减小；采用8个脉冲时，在16.02 T左右，霉菌酵母存活率即达到谷值，此后磁场强度若继续增大，霉菌酵母存活率有所上升。采用8个脉冲、16.02 T的处理条件，对霉菌酵母的杀菌效果最好。磁场强度的增大，在一定范围内可以提高杀菌效率，但超过一定限度后，对霉菌、酵母的生长反而会起到促进作用。

2.3.2 脉冲数对牛奶中霉菌、酵母的影响

室温（28±1）℃条件下，对鲜牛奶进行处理，测得不同脉冲数对牛奶中霉菌酵母的影响如图7所示。从图7可以看出，随脉冲数增加，牛奶中霉菌酵母存活率下降，当达到谷值后，霉菌酵母存活率反而开始上升。采用10.68 T脉冲磁场杀菌时，牛奶中霉菌酵母存活率随脉冲数增大而降低。采用13.35 T和16.02 T处理时，在8个脉冲时，牛奶中霉菌酵母存活率达到谷值。当杀菌效果达到谷值后，延长杀菌时间，或者提高磁场强度，反而会提高霉菌酵母的存活率。这可能是因为，杀菌时间延长和磁场强度的提高，在一定程度上可以刺激霉菌酵母细胞的分裂。

3 结论

1）脉冲强磁场对鲜牛奶中的菌落总数、大肠杆菌、霉菌酵母具有显著的杀菌效果，在最佳处理条件下，经脉冲磁场处理的牛奶可达到商业无菌的要求。

2）随着磁场强度增大，牛奶中菌落总数、大肠杆菌和霉菌酵母存活率总体呈下降趋势，但存在有波动性变化，当存活率出现谷值后，如果磁场强度继续增加，存活率会有所回升，导致杀菌效果变差。

3）脉冲磁场的磁场强度16.02 T，脉冲数6时，对牛奶中菌落总数和大肠杆菌杀菌效果最好，而磁场强度16.02 T，脉冲数8对霉菌酵母的杀菌效果最好。

4）从牛奶中菌落总数、大肠杆菌、霉菌酵母存活率随脉冲磁场、脉冲数增大的变化趋势来看，不同类型的微生物对脉冲磁场表现出不同的敏感性，大肠杆菌对脉冲磁场最为敏感，而霉菌酵母对脉冲磁场有较强的抵抗力。

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Non-thermal Sterilization of Milk by Intense Pulsed Magnetic Field

GUO Dan-dan,XIAO Kai-jun*
（College of Light Industry and Food Sciences，South China University of Technology,Guangzhou 510640，Guangdong，China）

2009-06-26

国家863计划重点项目(2007AA100405)；粤港关键领域重点突破项目(2007Z1-E6011)

郭丹丹（1986—），女（汉），在读硕士，从事食品科学技术的研究。

*通讯作者：肖凯军，教授。