脈沖電場殺菌消毒
最早使用射頻電場,由于電場<2 kV/cm,不能致死細(xì)菌。1967年,英國發(fā)現(xiàn)25 kV/cm直流脈沖能有效致死營養(yǎng)細(xì)菌和酵母菌。電解產(chǎn)物和水溫升高都不是致死原因,滅活率由電脈沖寬度和數(shù)目的乘積及水中電場強(qiáng)度決定。各種細(xì)菌對(duì)電場具有不同的敏感度,其中酶母菌比營養(yǎng)細(xì)菌更敏感,細(xì)菌的芽孢忍耐電場高達(dá)30 kV/cm。實(shí)驗(yàn)觀察到了血紅細(xì)胞和原生質(zhì)的溶解,細(xì)胞間物質(zhì)的泄漏,大腸桿菌的失活以及β-半乳糖苷酸的松馳。推斷是電場使細(xì)胞膜的半滲透性壁壘功能產(chǎn)生了不可逆的破壞并導(dǎo)致細(xì)胞的死亡。
80年代后期以來,日本的研究比較活躍。Mizuno將酵母菌或桿菌散布在w(NaCl)=(1~3)%的溶液和去離子水中用不同的電極測(cè)試,線-圓筒電極能在線電極附近形成非常強(qiáng)的電場強(qiáng)度,而棒-棒會(huì)形成放電電弧,產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波,通過機(jī)械力毀壞細(xì)胞。細(xì)菌存活率大致遵循Weibull分布,即R=exp(-X.N.W),R為存活率,N為脈沖次數(shù),W為輸入能量,X為常數(shù)。不同類型電極所需能量明顯不同。R<10-6時(shí),線-圓筒電極需41.8~125.6J/cm3,板-板需>293J/cm3,棒-棒只需20.9~41.8J/cm3。計(jì)算與測(cè)試表明,電容儲(chǔ)存的能量與消耗在液體中的能量偏差<10%,即幾乎所有的貯存能量都被液體消耗,火花間隙和脈沖供能電路的能量損耗可被忽略。用平行板電極挖兩個(gè)小孔洞試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)用Um=30 kV/cm的脈沖電場作用60~120次后,SVDV病毒滅活,能量輸入為181.5~365.1J/cm3。滅活后,SVDV蛋白質(zhì)外殼形狀不變,但是SVDV核中的RNA消失并可以觀察到顆粒狀空洞。EHV-1病毒也在同樣電壓下作用45次后滅活,可觀察到被破壞的DNA。
M.Sato認(rèn)為使用針板或棒-棒這類不規(guī)則電極會(huì)發(fā)生電弧或火花放電并產(chǎn)生一些化學(xué)活性基。此時(shí)除物理效應(yīng)(電場或沖擊波擊穿細(xì)胞膜)外,還要考慮化學(xué)效應(yīng)殺死微生物。過氧化物等作用于生物分子,會(huì)破壞DNA,導(dǎo)致細(xì)胞死亡。電弧放電發(fā)射的光譜分析可探測(cè)到-H基和-OH基的產(chǎn)生,通過分光光度計(jì)的吸收光譜探明了過氧化氫的存在。水的電導(dǎo)率對(duì)化學(xué)活性物種的形成也有影響,在一定電導(dǎo)率下可獲得-OH基和過氧化氫的最大質(zhì)量濃度。水中脈沖放電產(chǎn)生的-OH基對(duì)酵母菌的生存幾乎沒有危害。而過氧化氫能殺死酵母菌細(xì)胞,而且隨其質(zhì)量濃度的增加,細(xì)胞存活率按對(duì)數(shù)值線性下降。因此推斷過氧化氫是放電生成的唯一重要的殺菌氧化物。
使用高壓脈沖殺滅磷肥緩沖溶液中乳酸桿菌細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)存活率隨著電場強(qiáng)度、處理時(shí)間和液體溫度的增加而下降,主要原因?yàn)殡妶鍪辜?xì)胞壁破裂,而非歐姆熱效應(yīng);新的殺菌方法使用了相對(duì)低的溫度和較短的處理時(shí)間,可降低液體食品營養(yǎng)成份的損失,是一種極好的液體食品殺菌法。
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