鲜活螺旋藻臭氧杀菌效果研究

禹绍周 林慧纯 张书迪 张伟 黄水林 王维部 张碧松 卢运明

摘要 [目的]开发出有效的鲜活螺旋藻杀菌方法，以延长鲜活螺旋藻的保质期，提升其感官和营养价值。[方法]将鲜活螺旋藻分散成悬浮液，用曝气石将臭氧发生仪产生的臭氧通入悬浮液中，检测悬浮液菌落总数随通气时间变化而变化的情况。考察了悬浮液浓度和体积对杀菌效果的影响，还考察了杀菌前后螺旋藻的形态变化。[结果]在同等体积下，螺旋藻浓度越小，杀菌效果越好;在同等浓度下，藻液体积小到一定程度之后，杀菌效果才有较为明显的提升;臭氧基本不会对螺旋藻细胞结构造成破坏。[结论]该研究开发的臭氧杀菌法是一个理想的鲜活螺旋藻杀菌选项。

关键词 鲜活螺旋藻;臭氧;杀菌;细胞结构

中图分类号 S984.4+1文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）13-0155-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.13.048

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research on Ozone Sterilization Effect of Fresh Spirulina

Abstract [Objective]Effective sterilization methods of fresh Spirulina were developed to prolong the shelf life and enhance its sensory and nutritional value. [Method]The fresh Spirulina was dispersed into a suspension， and the ozone generated by the ozone generator was introduced into the suspension by aeration stone to detect the change of the total number of suspension colonies with the change of the ventilation time.The effects of suspension concentration and volume on the bactericidal effect were investigated. The morphological changes of Spirulina before and after sterilization were also investigated.[Result]In the same volume， the smaller the concentration of Spirulina， the better the sterilization effect.At the same concentration， the bactericidal effect was significantly improved when Spirulina volume was small to a certain extent.Ozone didnt damage the cell structure of Spirulina.[Conclusion]The ozone sterilization method developed in this study is an ideal sterilization option for fresh Spirulina.

Key words Fresh Spirulina;Ozone;Sterilization;Cellular structure

基金項目 深圳市战略新兴和未来产业发展资金项目（2017050316 3617880）。

作者简介 禹绍周（1977—），男，黑龙江哈尔滨人，农艺师，从事食用农产品药物残留检测分析研究。*通信作者，博士，从事食品安全检测与分析研究。

收稿日期 2019-04-22;修回日期 2019-05-06

螺旋藻的生存历史非常悠久，在地球上已经存在了35亿年，是一种靠分裂增殖的光合自养型蓝藻。它的营养价值很高，含有丰富的维生素、蛋白质、矿物质、脂肪酸、生物活性物质等，几乎包含了所有人体正常运转所需要的营养素[1]。螺旋藻的蛋白质占其干重的58.5%～83.4%[2]，比常见的肉类、蛋奶类和豆类都要高，而其氨基酸组成又非常符合人体对氨基酸的需求比例。螺旋藻的维生素含量高、种类多，可多达13种，以维生素B、维生素E、维生素K为主，此外还有藻蓝素和β胡萝卜素，而β胡萝卜素又是合成维生素A必不可少的物质。螺旋藻含有50多种不同的矿物质，其中以碘、钾、钠、镁等矿物质为主。螺旋藻所含的脂肪中大多数都是对人体有益的不饱和脂肪酸，尤其是γ-亚麻酸，占其干重的1.1%[3] 。螺旋藻的细胞壁基本由肽聚糖组成，纤维素组成只占细胞壁的4%～5%，可以很容易地破坏细胞壁，其消化率高达76%[3]。除了以上常见营养物质外，螺旋藻还含有各种生物活性物质，如超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）等，它们能够有效地去除人体中的过氧化物和自由基，起到抗衰老、预防高血压、心脏病等功能。由于螺旋藻卓绝的“食药同源”特性，它被联合国粮农组织（FAO）誉为“21世纪最佳理想食品”，也被世界卫生组织评为“21世纪的最佳保健品”[4]。

虽然螺旋藻有着如上令人艳羡的营养价值，但是它也存在一些不足之处，那就是鲜活螺旋藻不易保存。刚刚采收的新鲜螺旋藻无不良气味，但若将其放在室温下（20 ℃），在一天之内它就会因为微生物活动等原因变质，细胞破裂后里面的蛋白质等物质被微生物分解后会产生令人不快的气味。通常的应对办法是将新鲜采收的螺旋藻进行脱水处理，包括自然晾干、低温烘干、真空冻干、微波干燥、喷雾干燥等方法[5-6]，有的研究者还对干燥后的螺旋藻进行了辐照杀菌、臭氧杀菌等处理[7-8]，最后得出的产品为粉状、片状或者胶囊状的制剂，虽然能够保存较长的时间，但是其性状对消费者而言不太具备吸引力，而且干燥会对螺旋藻中的营养物质造成不同程度的损失，降低了其原本具有的营养价值[9-10]。在此背景下，开发一种能够对鲜活螺旋藻进行有效杀菌的办法显得至关重要，这样既能保持螺旋藻原有的状态和营养价值，又能延长螺旋藻的保质期，为其进一步深加工运用等打下良好的基础。笔者拟开发一种针对鲜活螺旋藻的臭氧杀菌方法，分别考察和讨论了藻液浓度、藻液体积对杀菌效果的影响程度，并用显微镜检查了杀菌前后螺旋藻细胞形态的变化，说明此鲜活螺旋藻臭氧杀菌方法的可行性。

1 材料與方法

1.1 试剂及材料

试验所用胰蛋白胨、酵母浸膏、葡萄糖、琼脂、氯化钠等化学药品均购自深圳铭科科技有限公司，所用超纯水为实验室超纯水制备仪所产一级水，螺旋藻泥为实验室自行设计的小型螺旋藻培养机上采收的藻泥，培养时采用标准Zarrouk培养基，采用间歇式光照和正压鼓气方式，将采收到的藻泥用自来水清洗3次到pH近7.0，暂不用到的藻泥放在-20 ℃下保存至试验日。

无菌生理盐水：称取8.5 g氯化钠溶于1 000 mL蒸馏水中，在121 ℃下高压灭菌15 min。

琼脂培养基：分别称取适量胰蛋白胨、酵母浸膏、葡萄糖、琼脂加入蒸馏水中，加热煮沸溶解并调节pH至7.0左右，在121 ℃下高压灭菌15 min。

1.2 设备

高压灭菌锅（MLS-3750，Sanyo）;电子天平（BSM2203，上海卓精电子科技有限公司）;恒温培养箱（DHP-9082，上海一恒科学仪器有限公司）;菌落计数器（ALN-50S，上海昂尼仪器仪表有限公司）;臭氧消毒机（FL-802A，深圳市飞立电器科技有限公司）;多功能数码液晶显微镜（US3，深圳市爱科学数码科技有限公司），另外还有无菌吸管、50 mL离心试管、培养皿、臭氧曝气石等。所有与藻液直接接触的玻璃器皿、曝气石等都事先在121 ℃下高压灭菌并烘干处理。

1.3 方法

称取200、100、50和20 g螺旋藻泥样品，分别用1.0、1.0、0.5、0.2 L无菌生理盐水配制成螺旋藻浓度为200、100、100、100 g/L藻液。将曝气石与臭氧杀菌器上的出气口用硅胶软管相连，将曝气石放入藻液中，开启臭氧杀菌器通入臭氧进行灭菌，臭氧产量为2 g/h，灭菌时间分别为0、10、20、30、40、50和60 min，每到一个时间点后混匀藻液并从中取出1 mL的藻液待测。

将上述1 mL待测藻液加入到装有9 mL无菌生理盐水的无菌试管中，混匀后制备成1∶10稀释的样品均液。吸取1 mL上述稀释后的均液于无菌培养皿中，并取15～20 mL无菌琼脂培养基导入培养皿中转动混匀，待其冷却凝固后将培养皿翻转，并在36 ℃下培养48 h。培养结束后取出平板，并在菌落计数器上进行计数并进行最后的换算，结果取2次平行的平均值并计算出标准偏差。

2 结果与分析

考察了相同体积下的藻液浓度和相同浓度下的藻液体积对杀菌效果的影响。在第1次（200 g/L，1.0 L）、第2次（100 g/L，1.0 L）、第3次（100 g/L，0.5 L）和第4次（100 g/L，0.2 L）杀菌试验下，菌落总数随杀菌时间的增长变化情况如表1所示。

2.1 悬浮液浓度对杀菌效果的影响

将表1中第1次试验（200 g/L，1.0 L）和第2次试验（100 g/L，1.0 L）结果分别进行归一化处理并将数据合并，得到图1所示结果。从图中可以看到，在杀菌40 min之前，臭氧对200 g/L藻液的杀菌效果和对100 g/L藻液的杀菌效果几乎没有差别，甚至高浓度藻液的杀菌效果还稍微好一点。在杀菌40～60 min时，100 g/L藻液的杀菌效果比200 g/L的要好，杀菌结束后200 g/L藻液的杀菌率只有74%，而100 g/L藻液的杀菌率接近90%，杀菌效果更好。这有可能是因为200 g/L藻液初始状态下细菌密度更高，接触到臭氧的概率更大，所以刚开始杀菌效果更好;而100 g/L藻液总体细菌数量更少，所以到最后时即使杀菌绝对数量比200 g/L藻液少，但杀菌率还是更高。

2.2 悬浮液体积对杀菌效果的影响

将表1中第2次试验（100 g/L，1.0 L）、第2次试验（100 g/L，0.5 L）和第3次试验（100 g/L，0.2 L）结果分别进行归一化处理并将数据合并，得到图2所示结果。从图中可以看到，1 L藻液的初期杀菌速度较快，结合“2.1”的观察结果，可以发现一个规律，即初始细菌总数绝对值大的试样初期杀菌效果更好。当杀菌超过30 min后，1.0 L和0.5 L的杀菌效率曲线开始重合并一直到杀菌结束;而杀菌10 min后，0.2 L藻液的杀菌效率开始远远超过

另外2份藻液，其最终杀菌率（94%）也比另外2份藻液高（90%、88%）。这可能是由于0.2 L藻液的体积较小，单位体积能够溶解的臭氧含量更高，那么随着臭氧通气时间的增加藻液中臭氧浓度也逐渐高于另外2份藻液，杀菌效果自然也就更高。

2.3 杀菌对细胞结构的影响

有些细胞在臭氧的作用下会破裂死亡或者产生其他不良影响。为了考察臭氧对螺旋藻细胞的影响，取杀菌前后（60 min）的藻液分别在40×和100×放大倍数下拍照，结果如图3所示。不论是在40×还是100×放大倍数下观测都可以看出，杀菌前后的螺旋藻细胞形态基本没有变化，还保持着完整的细胞结构和活性，即臭氧不会对螺旋藻造成严重的破坏。

3 结论

笔者考察了螺旋藻液浓度、体积对臭氧杀菌效果的影响，发现藻液中细菌总数绝对值越高，其杀菌初期的杀菌效果越好，这可能是初期细菌浓度较高，被臭氧杀死的概率也较高的原因;而当藻液体积下降到一定程度后，杀菌效果会显著提升，这可能是因为液体体积小，单位体积上溶解的臭氧含量更高的缘故。最后，考察了臭氧杀菌对螺旋藻细胞的影响，发现螺旋藻对臭氧具有较强的抗性，臭氧不会对螺旋藻细胞结构造成严重的破坏。所有上述结果表明该鲜活螺旋藻臭氧杀菌办法是较为可行的。

参考文献

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