脈沖強光對煎餅中細菌的殺菌效果的研究

唐明禮，王 勃，劉 賀，何余堂，惠麗娟，馬 濤

（渤海大學化學化工與食品安全學院，渤海大學糧油科學與技術研究所，遼寧錦州121013）

脈沖強光對煎餅中細菌的殺菌效果的研究

唐明禮，王 勃，劉 賀，何余堂，惠麗娟，馬 濤*

（渤海大學化學化工與食品安全學院，渤海大學糧油科學與技術研究所，遼寧錦州121013）

煎餅在包裝和貯藏過程中易受微生物的二次污染，嚴重影響其食用安全性，采用脈沖強光殺菌技術可有效殺死煎餅中的微生物。結果表明：脈沖能量為400J、次數20次、距離10.9cm、頻次2次/s，在此優化條件下脈沖強光對煎餅中細菌殺菌率達到99.4%。

脈沖強光，煎餅，細菌，殺菌效果

煎餅是由五谷雜糧磨制的面糊烙制而成的。因煎餅中含有大量的膳食纖維，常吃煎餅有助于促進胃腸蠕動，預防便秘、大腸癌，預防脂肪肝的功效等[1]。但煎餅在貯藏、包裝過程容易受到二次污染，影響其貨架壽命及食用安全性。脈沖強光技術是一種新興的非熱殺菌技術，它利用瞬時、高強度、廣波譜的脈沖光能量來殺滅食品中的微生物[2]。具有殺菌均勻、操作安全、減少環境污染等優點。因此，脈沖強光技術已在食品工業有廣泛的研究。Uesugi和Moraru[3]的研究表明脈沖強光能顯著降低香腸中單細胞增生李斯特菌的數量。Oms-Oliu和Aguiló-Aguayo等[4]研究了脈沖強光處理對鮮切蘑菇質量和抗氧化性質的影響，經脈沖處理之后，蘑菇可延長2～3d的貨架期，多酚氧化酶的活性降低。此外，脈沖強光還可廣泛應用于果汁、鮮切果片、雞蛋等制品的殺菌[5-6]。脈沖強光的原理是利用惰性氣體燈發出紫外線區域（200nm）至近紅外線區域（1mm）的光線，光譜與太陽光譜相近，但強度卻強數千倍至數萬倍，細菌DNA結構發生改變，防止細菌細胞復制和細胞分裂，最終引起微生物死亡。

煎餅作為中華民族的傳統美食，已有的文獻主要介紹了煎餅產品的開發等[7]，國內很少有關于煎餅殺菌的研究。本文選取煎餅表面的細菌為研究對象，設定脈沖能量、次數、頻次、距離等參數，并對其殺菌條件進行了優化，以期得到最佳殺菌條件參數。為降低煎餅表面初始菌量、延長煎餅貨架期，提高煎餅食用安全性，提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

煎餅（蛋白質：11.5g/100g、脂肪：2.8g/100g、碳水化合物：72.5g/100g、水分：13.2g/100g） 本溪寨香生態農業有限公司；平板計數培養基（BR） 北京奧博星生物計數有限責任公司。

ZWB-I-01（LA50-800H）脈沖強光 寧波中物光電殺菌技術有限公司；GMSX-280手提式壓力蒸汽滅菌器 北京市永光明醫療儀器有限公司；DHP-9082電熱恒溫培養箱 上海一恒科學儀器有限公司；HH-6數顯恒溫水浴鍋 金壇市鑫鑫實驗儀器廠；AR224CN電子天平 奧豪斯儀器（上海）有限公司制造。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理 在無菌條件下準確稱量煎餅樣品25.00g，按照實驗條件進行脈沖強光處理，脈沖處理后放入225mL的無菌生理鹽水中并搖勻，制成1∶10的樣品勻液。用1mL無菌槍頭吸取上述樣品勻液1mL，沿管壁緩慢注入盛有9mL生理鹽水的無菌試管中，制成1∶100的樣品勻液。按上述操作制備10倍系列稀釋液，選擇3個適宜稀釋度的樣品勻液，各取1mL分別加入無菌培養皿內進行培養。同時，分別吸取1mL生理鹽水加入無菌平皿內作空白對照。

1.2.2 菌落總數的測定 采用GB4789.2—2010。

1.2.3 單因素實驗 選取脈沖能量為100、200、300、400、500J，脈沖次數為20次，脈沖距離為11.8cm，脈沖頻次為3次/s，研究脈沖能量對煎餅表面殺菌效果的影響。

選取脈沖次數為5、10、15、20、25、30次，脈沖能量為300J，脈沖距離為11.8cm，脈沖頻次為3次/s，研究脈沖次數對煎餅表面殺菌效果的影響。

選取脈沖距離為10.9、11.8、12.7、13.6，14.5、15.4cm，脈沖能量為300J，脈沖次數為20次，脈沖頻次為3次/s，研究脈沖距離對煎餅表面殺菌效果的影響。

選取脈沖頻次為1、2、3、4次/s，脈沖能量為300J，脈沖次數為20次，脈沖距離為11.8cm，研究脈沖頻次對煎餅表面殺菌效果的影響。

1.2.4 響應面法優化脈沖強光對煎餅表面殺菌效果的影響 在單因素實驗結果的基礎之上，采用Box-Behnken實驗設計方案，以脈沖能量、脈沖次數、脈沖距離、脈沖頻次為考察變量，分別以A、B、C、D表示，以殺菌率Y為響應值，以+1、0、-1分別代表自變量的高、中、低水平，按方程對自變量進行編碼。其中，xi為自變量的編碼值，Xi為自變量的真實值，X0為實驗中心點處自變量的真實值，X為自變量的變化步長[8-9]。因子編碼及各自變量水平見表1。

表1 實驗因素水平及編碼Table 1 Code and level of factors chosen for the trials

1.3 殺菌率的計算

實驗結果以殺菌率為實驗指標，分析各因素對脈沖強光殺菌效果的影響。各組實驗的菌落數采用平板計數法，殺菌率采用以下的公式進行計算[10]：

2 結果與分析

2.1 脈沖能量對煎餅表面細菌殺菌效果的影響

不同能量對脈沖強光殺菌效果的影響，如圖1所示。從圖1可以看出，隨著脈沖能量的增加，殺菌率逐漸增加，呈現正相關的關系。在300J的能量范圍，殺菌率都達到了99%以上，但殺菌效果逐漸減弱，這是由于在300J以上的脈沖能量，它們對細菌的細胞結構已經造成了最大程度的損害。脈沖能量是影響脈沖強光殺菌效果的重要因素，Nicorescu等[11]研究了脈沖強光處理接種在香料的枯草芽孢桿菌，當處理條件是0.6J/cm2時，枯草芽孢桿菌的數量可以減少8個log值，通過掃描電鏡觀察菌的壁層結構，結果發現菌體DNA結構發生了改變，從而引起菌體裂解、死亡。Wuytack[12]也認為脈沖強光對微生物的滅活主要原因是DNA結構的改變，少數原因是由于膜的損壞和蛋白質的改變。

圖1 脈沖能量對脈沖強光殺菌效果的影響Fig.1 Effect of pulse energy on pulsed light sterilization

2.2 脈沖次數對煎餅表面細菌殺菌效果的影響

脈沖次數對脈沖強光殺菌效果的影響，如圖2所示。隨著脈沖次數的增加，殺菌率逐漸增加。當脈沖次數在20次時，殺菌率達到最大，在20次以后，殺菌率增加的不明顯，故20次時具有最佳的殺菌效果。本文得到的脈沖次數對殺菌效果的影響與張佰清相同[13]。脈沖次數過多，會對設備造成不良影響。

圖2 脈沖次數對脈沖強光殺菌效果的影響Fig.2 Effect of pulse number on pulsed light sterilization

2.3 脈沖距離對煎餅表面細菌殺菌效果的影響

脈沖距離對脈沖強光殺菌效果的影響，如圖3所示。隨著脈沖距離的增大，脈沖強光的殺菌效率逐漸降低，在距離12.7cm以后，殺菌效率逐漸趨于平緩；在較低距離時，殺菌率較高。在較高距離時，殺菌率較低。本文得到的結論與江天寶等得到的結論相同，隨著脈沖距離的增加，殘存活菌數也逐漸的增加[14]。在脈沖強光對透析用水的殺菌實驗研究中，距離對殺菌率的影響也是隨著距離的增加殺菌率逐漸減小[15]。

圖3 脈沖距離對脈沖強光殺菌效果的影響Fig.3 Effect of pulse distance on pulsed light sterilization

2.4 脈沖頻次對煎餅表面細菌殺菌效果的影響

脈沖頻次是每秒鐘脈沖強光閃照的次數。脈沖頻次對脈沖強光殺菌效果的影響，如圖4所示。隨著脈沖次數的增加，殺菌率逐漸增加，在2、3、4次/s達到了最佳的殺菌率，殺菌率趨于平緩。

圖4 脈沖頻次對脈沖強光殺菌效果的影響Fig.4 Effect of pulse frequency on pulsed light sterilization

2.5 實驗模型的建立及顯著性檢驗

表2列出了實驗設計及其結果。利用Design Expert（version 8.0.6）軟件對表2中的數據進行多元回歸擬合，得到脈沖強光對脈沖能量（X1）、脈沖次數（X2）、脈沖距離（X3）、脈沖頻次（X4）二次多項回歸方程。并對該模型進行方差分析及模型系數顯著性檢驗。模型方差分析見表3，回歸模型系數顯著性檢驗見表4。

利用Design Expert（8.0.6）軟件對表2數據進行多元回歸方程擬合，得到脈沖強光對煎餅的殺菌率為：

由表3方程回歸模型方差分析（ANOVA）可得：F=20.57＞F0.01（9，4）=14.66，p＜0.0001，表明模型極顯著，不同處理間的差異極顯著。失擬項p=0.3695＞0.05，不顯著。模型的校正決定系數（Adj R-Square）為0.9073，說明該模型能解釋90.7%的響應值的變化，該方程與實際擬合的較好。能有效反應脈沖強光殺菌率與脈沖能量、脈沖次數、脈沖距離和脈沖頻次之間的關系，因此所得的方程能預測響應值隨各參數的變化規律。從表4的回歸方程系數顯著性檢驗可知，一次項中X1和X2的偏回歸系數極顯著，說明脈沖能量和脈沖次數對脈沖強光殺菌率有顯著影響，二次項X42的偏回歸系數顯著，其他各項的偏回歸系數均未達到顯著水平。

表2 響應面實驗設計及其結果Table 2 Experimental designs and results of RSM

表3 脈沖強光對煎餅表面細菌殺菌率回歸模型的方差分析結果Table 3 Analysis of variance for regression equation of sterilization of pulsed light on pancakes

2.6 脈沖強光對煎餅表面殺菌效果的響應面分析

根據回歸方程預測脈沖能量、次數和距離對脈沖強光殺菌率的影響如圖5、圖6所示。

表4 回歸方程系數顯著性檢驗Table 4 Test of significance for regression coefficient of sterilization of pulsed light on pancakes

圖5 次數和能量對脈沖強光殺菌率的影響Fig.5 Effect of pulse number and pulse energy on pulsed light sterilization

圖6 距離和次數對脈沖強光殺菌率的影響Fig.6 Effect of pulse distance and pulse number on pulsed light sterilization

圖5顯示了在距離11.8cm、頻次3次/s情況下，次數和能量對脈沖強光殺菌率的影響。從圖5中可看出，隨著脈沖次數和脈沖能量的增加，脈沖強光的殺菌率逐漸增強，在次數20次、距離11.8cm時，能量在300J以上，脈沖強光的殺菌率都達到了95%以上。能量越高，微生物吸收的能量越大，死亡率越高。Gemma認為脈沖強光的光照能量越強，對微生物的抑制作用越明顯[16]。

圖6顯示了在能量300J、次數20次情況下，距離和頻次對脈沖強光殺菌率的影響。從圖6中可看出，脈沖強光殺菌率與次數成正比，與距離成反比，且距離對脈沖強光殺菌率的影響不顯著。

2.7 脈沖強光對煎餅殺菌率最佳條件的確定

在選取的各范圍內，根據回歸模型通過Design Expert軟件分析優化得出，脈沖強光對煎餅殺菌率的最佳條件為：脈沖能量為400J、次數20次、距離10.9cm、頻次2次/s，脈沖強光的殺菌率達到99.93%。為證實實驗結果，用實驗中得到的最佳殺菌條件重復實驗3次并取平均值，殺菌率是99.4%，與預測值基本一致，說明該方程與實際情況擬合的較好，充分驗證了模型的正確性，說明響應面法適用于脈沖強光對煎餅殺菌條件的回歸分析和參數優化。

3 結論

本實驗利用響應面法建立了脈沖強光對煎餅細菌殺菌實驗的二次多項數學模型，經檢驗該模型合理有效，可用于實際預測。并得出脈沖強光對煎餅中細菌殺菌的優化條件為脈沖能量為400J、脈沖次數20次、脈沖距離10.9cm、脈沖頻次2次/s，在此條件下，細菌殺菌率達到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 *通訊聯系人

唐明禮（1988-），男，在讀碩士研究生，研究方向：農產品加工與貯藏。