脉冲强光对煎饼中细菌的杀菌效果的研究

唐明礼，王 勃，刘 贺，何余堂，惠丽娟，马 涛

（渤海大学化学化工与食品安全学院，渤海大学粮油科学与技术研究所，辽宁锦州121013）

脉冲强光对煎饼中细菌的杀菌效果的研究

唐明礼，王 勃，刘 贺，何余堂，惠丽娟，马 涛*

（渤海大学化学化工与食品安全学院，渤海大学粮油科学与技术研究所，辽宁锦州121013）

煎饼在包装和贮藏过程中易受微生物的二次污染，严重影响其食用安全性，采用脉冲强光杀菌技术可有效杀死煎饼中的微生物。结果表明：脉冲能量为400J、次数20次、距离10.9cm、频次2次/s，在此优化条件下脉冲强光对煎饼中细菌杀菌率达到99.4%。

脉冲强光，煎饼，细菌，杀菌效果

煎饼是由五谷杂粮磨制的面糊烙制而成的。因煎饼中含有大量的膳食纤维，常吃煎饼有助于促进胃肠蠕动，预防便秘、大肠癌，预防脂肪肝的功效等[1]。但煎饼在贮藏、包装过程容易受到二次污染，影响其货架寿命及食用安全性。脉冲强光技术是一种新兴的非热杀菌技术，它利用瞬时、高强度、广波谱的脉冲光能量来杀灭食品中的微生物[2]。具有杀菌均匀、操作安全、减少环境污染等优点。因此，脉冲强光技术已在食品工业有广泛的研究。Uesugi和Moraru[3]的研究表明脉冲强光能显著降低香肠中单细胞增生李斯特菌的数量。Oms-Oliu和Aguiló-Aguayo等[4]研究了脉冲强光处理对鲜切蘑菇质量和抗氧化性质的影响，经脉冲处理之后，蘑菇可延长2～3d的货架期，多酚氧化酶的活性降低。此外，脉冲强光还可广泛应用于果汁、鲜切果片、鸡蛋等制品的杀菌[5-6]。脉冲强光的原理是利用惰性气体灯发出紫外线区域（200nm）至近红外线区域（1mm）的光线，光谱与太阳光谱相近，但强度却强数千倍至数万倍，细菌DNA结构发生改变，防止细菌细胞复制和细胞分裂，最终引起微生物死亡。

煎饼作为中华民族的传统美食，已有的文献主要介绍了煎饼产品的开发等[7]，国内很少有关于煎饼杀菌的研究。本文选取煎饼表面的细菌为研究对象，设定脉冲能量、次数、频次、距离等参数，并对其杀菌条件进行了优化，以期得到最佳杀菌条件参数。为降低煎饼表面初始菌量、延长煎饼货架期，提高煎饼食用安全性，提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

煎饼（蛋白质：11.5g/100g、脂肪：2.8g/100g、碳水化合物：72.5g/100g、水分：13.2g/100g） 本溪寨香生态农业有限公司；平板计数培养基（BR） 北京奥博星生物计数有限责任公司。

ZWB-I-01（LA50-800H）脉冲强光 宁波中物光电杀菌技术有限公司；GMSX-280手提式压力蒸汽灭菌器 北京市永光明医疗仪器有限公司；DHP-9082电热恒温培养箱 上海一恒科学仪器有限公司；HH-6数显恒温水浴锅 金坛市鑫鑫实验仪器厂；AR224CN电子天平 奥豪斯仪器（上海）有限公司制造。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理 在无菌条件下准确称量煎饼样品25.00g，按照实验条件进行脉冲强光处理，脉冲处理后放入225mL的无菌生理盐水中并摇匀，制成1∶10的样品匀液。用1mL无菌枪头吸取上述样品匀液1mL，沿管壁缓慢注入盛有9mL生理盐水的无菌试管中，制成1∶100的样品匀液。按上述操作制备10倍系列稀释液，选择3个适宜稀释度的样品匀液，各取1mL分别加入无菌培养皿内进行培养。同时，分别吸取1mL生理盐水加入无菌平皿内作空白对照。

1.2.2 菌落总数的测定 采用GB4789.2—2010。

1.2.3 单因素实验 选取脉冲能量为100、200、300、400、500J，脉冲次数为20次，脉冲距离为11.8cm，脉冲频次为3次/s，研究脉冲能量对煎饼表面杀菌效果的影响。

选取脉冲次数为5、10、15、20、25、30次，脉冲能量为300J，脉冲距离为11.8cm，脉冲频次为3次/s，研究脉冲次数对煎饼表面杀菌效果的影响。

选取脉冲距离为10.9、11.8、12.7、13.6，14.5、15.4cm，脉冲能量为300J，脉冲次数为20次，脉冲频次为3次/s，研究脉冲距离对煎饼表面杀菌效果的影响。

选取脉冲频次为1、2、3、4次/s，脉冲能量为300J，脉冲次数为20次，脉冲距离为11.8cm，研究脉冲频次对煎饼表面杀菌效果的影响。

1.2.4 响应面法优化脉冲强光对煎饼表面杀菌效果的影响 在单因素实验结果的基础之上，采用Box-Behnken实验设计方案，以脉冲能量、脉冲次数、脉冲距离、脉冲频次为考察变量，分别以A、B、C、D表示，以杀菌率Y为响应值，以+1、0、-1分别代表自变量的高、中、低水平，按方程对自变量进行编码。其中，xi为自变量的编码值，Xi为自变量的真实值，X0为实验中心点处自变量的真实值，X为自变量的变化步长[8-9]。因子编码及各自变量水平见表1。

表1 实验因素水平及编码Table 1 Code and level of factors chosen for the trials

1.3 杀菌率的计算

实验结果以杀菌率为实验指标，分析各因素对脉冲强光杀菌效果的影响。各组实验的菌落数采用平板计数法，杀菌率采用以下的公式进行计算[10]：

2 结果与分析

2.1 脉冲能量对煎饼表面细菌杀菌效果的影响

不同能量对脉冲强光杀菌效果的影响，如图1所示。从图1可以看出，随着脉冲能量的增加，杀菌率逐渐增加，呈现正相关的关系。在300J的能量范围，杀菌率都达到了99%以上，但杀菌效果逐渐减弱，这是由于在300J以上的脉冲能量，它们对细菌的细胞结构已经造成了最大程度的损害。脉冲能量是影响脉冲强光杀菌效果的重要因素，Nicorescu等[11]研究了脉冲强光处理接种在香料的枯草芽孢杆菌，当处理条件是0.6J/cm2时，枯草芽孢杆菌的数量可以减少8个log值，通过扫描电镜观察菌的壁层结构，结果发现菌体DNA结构发生了改变，从而引起菌体裂解、死亡。Wuytack[12]也认为脉冲强光对微生物的灭活主要原因是DNA结构的改变，少数原因是由于膜的损坏和蛋白质的改变。

图1 脉冲能量对脉冲强光杀菌效果的影响Fig.1 Effect of pulse energy on pulsed light sterilization

2.2 脉冲次数对煎饼表面细菌杀菌效果的影响

脉冲次数对脉冲强光杀菌效果的影响，如图2所示。随着脉冲次数的增加，杀菌率逐渐增加。当脉冲次数在20次时，杀菌率达到最大，在20次以后，杀菌率增加的不明显，故20次时具有最佳的杀菌效果。本文得到的脉冲次数对杀菌效果的影响与张佰清相同[13]。脉冲次数过多，会对设备造成不良影响。

图2 脉冲次数对脉冲强光杀菌效果的影响Fig.2 Effect of pulse number on pulsed light sterilization

2.3 脉冲距离对煎饼表面细菌杀菌效果的影响

脉冲距离对脉冲强光杀菌效果的影响，如图3所示。随着脉冲距离的增大，脉冲强光的杀菌效率逐渐降低，在距离12.7cm以后，杀菌效率逐渐趋于平缓；在较低距离时，杀菌率较高。在较高距离时，杀菌率较低。本文得到的结论与江天宝等得到的结论相同，随着脉冲距离的增加，残存活菌数也逐渐的增加[14]。在脉冲强光对透析用水的杀菌实验研究中，距离对杀菌率的影响也是随着距离的增加杀菌率逐渐减小[15]。

图3 脉冲距离对脉冲强光杀菌效果的影响Fig.3 Effect of pulse distance on pulsed light sterilization

2.4 脉冲频次对煎饼表面细菌杀菌效果的影响

脉冲频次是每秒钟脉冲强光闪照的次数。脉冲频次对脉冲强光杀菌效果的影响，如图4所示。随着脉冲次数的增加，杀菌率逐渐增加，在2、3、4次/s达到了最佳的杀菌率，杀菌率趋于平缓。

图4 脉冲频次对脉冲强光杀菌效果的影响Fig.4 Effect of pulse frequency on pulsed light sterilization

2.5 实验模型的建立及显著性检验

表2列出了实验设计及其结果。利用Design Expert（version 8.0.6）软件对表2中的数据进行多元回归拟合，得到脉冲强光对脉冲能量（X1）、脉冲次数（X2）、脉冲距离（X3）、脉冲频次（X4）二次多项回归方程。并对该模型进行方差分析及模型系数显著性检验。模型方差分析见表3，回归模型系数显著性检验见表4。

利用Design Expert（8.0.6）软件对表2数据进行多元回归方程拟合，得到脉冲强光对煎饼的杀菌率为：

由表3方程回归模型方差分析（ANOVA）可得：F=20.57＞F0.01（9，4）=14.66，p＜0.0001，表明模型极显著，不同处理间的差异极显著。失拟项p=0.3695＞0.05，不显著。模型的校正决定系数（Adj R-Square）为0.9073，说明该模型能解释90.7%的响应值的变化，该方程与实际拟合的较好。能有效反应脉冲强光杀菌率与脉冲能量、脉冲次数、脉冲距离和脉冲频次之间的关系，因此所得的方程能预测响应值随各参数的变化规律。从表4的回归方程系数显著性检验可知，一次项中X1和X2的偏回归系数极显著，说明脉冲能量和脉冲次数对脉冲强光杀菌率有显著影响，二次项X42的偏回归系数显著，其他各项的偏回归系数均未达到显著水平。

表2 响应面实验设计及其结果Table 2 Experimental designs and results of RSM

表3 脉冲强光对煎饼表面细菌杀菌率回归模型的方差分析结果Table 3 Analysis of variance for regression equation of sterilization of pulsed light on pancakes

2.6 脉冲强光对煎饼表面杀菌效果的响应面分析

根据回归方程预测脉冲能量、次数和距离对脉冲强光杀菌率的影响如图5、图6所示。

表4 回归方程系数显著性检验Table 4 Test of significance for regression coefficient of sterilization of pulsed light on pancakes

图5 次数和能量对脉冲强光杀菌率的影响Fig.5 Effect of pulse number and pulse energy on pulsed light sterilization

图6 距离和次数对脉冲强光杀菌率的影响Fig.6 Effect of pulse distance and pulse number on pulsed light sterilization

图5显示了在距离11.8cm、频次3次/s情况下，次数和能量对脉冲强光杀菌率的影响。从图5中可看出，随着脉冲次数和脉冲能量的增加，脉冲强光的杀菌率逐渐增强，在次数20次、距离11.8cm时，能量在300J以上，脉冲强光的杀菌率都达到了95%以上。能量越高，微生物吸收的能量越大，死亡率越高。Gemma认为脉冲强光的光照能量越强，对微生物的抑制作用越明显[16]。

图6显示了在能量300J、次数20次情况下，距离和频次对脉冲强光杀菌率的影响。从图6中可看出，脉冲强光杀菌率与次数成正比，与距离成反比，且距离对脉冲强光杀菌率的影响不显著。

2.7 脉冲强光对煎饼杀菌率最佳条件的确定

在选取的各范围内，根据回归模型通过Design Expert软件分析优化得出，脉冲强光对煎饼杀菌率的最佳条件为：脉冲能量为400J、次数20次、距离10.9cm、频次2次/s，脉冲强光的杀菌率达到99.93%。为证实实验结果，用实验中得到的最佳杀菌条件重复实验3次并取平均值，杀菌率是99.4%，与预测值基本一致，说明该方程与实际情况拟合的较好，充分验证了模型的正确性，说明响应面法适用于脉冲强光对煎饼杀菌条件的回归分析和参数优化。

3 结论

本实验利用响应面法建立了脉冲强光对煎饼细菌杀菌实验的二次多项数学模型，经检验该模型合理有效，可用于实际预测。并得出脉冲强光对煎饼中细菌杀菌的优化条件为脉冲能量为400J、脉冲次数20次、脉冲距离10.9cm、脉冲频次2次/s，在此条件下，细菌杀菌率达到99.4%。

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Study on sterilization effect of pulsed light on bacteria in pancake

TANG Ming-li，WANG Bo，LIU He，HE Yu-tang，HUI Li-juan，MA Tao*
（College of Chemistry，Chemical Engineering and Food Safety，Bohai University，Grain and Oil Science and Technology Institute of Bohai University，Jinzhou 121013，China）

In the process of packaging and storage，pancake was susceptible to microbial secondary contamination，which seriously affected edible safety，it was effective to kill microorganisms in the pancake using pulsed light sterilization technology.The experimental results showed that pulse energy 400J，pulse number 20，pulse distance 10.9cm，pulse frequent 2，sterilization rate of pulsed light on bacterium in pancake was up to 99.4%in the optimal conditions.

pulsed light；pancake；bacterium；bactericidal effect

TS201.3

B

1002-0306（2014）08-0272-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.08.053

2013－08－19 *通讯联系人

唐明礼（1988-），男，在读硕士研究生，研究方向：农产品加工与贮藏。