高強度脈沖磁場對牛奶殺菌的研究

郭丹丹，肖凱軍

（華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州510640）

高強度脈沖磁場對牛奶殺菌的研究

郭丹丹，肖凱軍*

（華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州510640）

采用10 T以上高強度脈沖磁場處理鮮牛奶，研究脈沖強磁場對牛奶中微生物的影響。結果表明：高強度脈沖磁場對牛奶殺菌效果顯著，隨磁場強度或脈沖數的增大，菌落總數、大腸桿菌和霉菌酵母的存活率基本呈下降趨勢，但出現谷值后，存活率隨著磁場強度和脈沖數的進一步增大有所回升。在磁場強度16.02 T，脈沖數為6時，對牛奶中菌落總數和大腸桿菌殺菌效果最好；而磁場強度16.02 T，脈沖數8時，對霉菌酵母殺菌效果最好。與菌落總數和大腸桿菌相比，霉菌酵母對脈沖磁場有較強的抵抗力。在最佳處理條件下，經脈沖磁場處理的牛奶可達到商業無菌的要求。

脈沖強磁場；殺菌；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

國內外對鮮牛奶的殺菌多采用傳統的加熱殺菌方法[1]，通過加熱使食品中腐敗菌細胞內的蛋白質凝固變性，導致細菌失活。但食品受熱后，不僅使牛奶中營養成分部分喪失，還容易產生“蒸煮味”，影響食品的感官品質。因此，對于非熱殺菌技術的研究越來越多[2-3]。現代食品非加熱殺菌技術[4]主要包括：超高壓殺菌、輻照殺菌、脈沖電場殺菌、脈沖磁場殺菌、紫外線殺菌等[5-6]。

脈沖磁場殺菌是將食品置于高強度脈沖電磁場中處理，達到殺菌的目的，處理的條件是在常溫常壓下，利用脈沖電磁場快速傳播的特性，進行瞬時殺菌[7-8]，能最大限度地保留食品的色、香、味及營養成分，且效率高，節約能源[9]。由于脈沖磁場殺菌處理時間短、不經高溫，因而對于一些熱敏感的食品殺菌處理尤其適合[10]。本文采用10 T以上高強度脈沖磁場處理牛奶，研究磁場強度和脈沖數對牛奶中菌落總數、大腸桿菌和霉菌酵母的影響，為脈沖強磁場作為一種新型非熱殺菌技術在生產實際中的應用提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

鮮牛奶：市售；營養瓊脂培養基、孟加拉紅培養基、乳糖膽鹽發酵培養基、伊紅美蘭培養基：廣東環凱微生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

HSM-S20型脈沖強磁場裝置（裝置簡圖如圖1所示）：武漢強磁場中心研制；高壓滅菌鍋：DAIHAN Scientific；超凈工作臺：蘇凈集團安泰公司；LRH-250-HS型恒溫恒濕培養箱：廣東省醫療器械廠；Sartorius電子天平：北京賽多利斯天平有限公司；DHG-9145A型鼓風干燥箱：上海一恒實驗儀器廠；HH-S型數顯恒溫水浴鍋：江蘇省金壇市醫療儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 脈沖強磁場裝置的操作

1）測定牛奶中初始菌落總數、大腸桿菌總數、霉菌酵母總數，并將牛奶分裝入無菌試管中，編號。

2）檢查線路，接通電源，充入液氮，并使磁體在樣品處理過程中一直浸在液氮中。

3）設置電壓和脈沖數，將編號的牛奶放入樣品處理室中。首先進行充電，當儲能電容兩端的電壓達到規定的放電電壓時，按下“放電”按鈕，即可對樣品進行脈沖強磁場殺菌，處理完后盡快將樣品取出，測微生物指標。兩個脈沖之間的時間間隔為15 s，脈沖寬度為10 ms。

4）每個電壓具有一定的充放電次數。當達到最高充放電次數后，電磁發生器會自動停止工作20 min，使磁體冷卻。然后可進行下一個樣品的殺菌試驗。

1.3.2 微生物的測定

處理后的樣品須先搖勻，再進行稀釋和平板培養，以測定殺菌效果。

菌落總數的測定參照GB/T4789.2-2003《食品中菌落總數測定》；大腸桿菌的測定參照GB/T4789.3-2003《食品中大腸桿菌測定》；霉菌、酵母的測定參照GB/T4789.15-2003《食品中霉菌和酵母計數方法》。

1.3.3 細胞存活率的計算

細胞存活率[11-12]采用以下公式進行計算：

樣品的細胞存活率（簡稱：存活率）反映了脈沖強磁場處理前后活菌數的變化，可定量描述脈沖強磁場的作用效率。

2 結果與討論

2.1 脈沖磁場對牛奶中菌落總數的影響

2.1.1 磁場強度對牛奶中菌落總數的影響

室溫（28±1）℃條件下，分別在脈沖數為4、6、8時，采用不同的磁場強度對牛奶進行處理，并測定不同磁場強度對牛奶中菌落總數的影響，結果如圖2所示。

從圖2可以看出，脈沖數為4時，牛奶中菌落總數隨磁場強度增大而下降。脈沖數為6和8時，牛奶中菌落總數存活率的谷值均出現在磁場強度為16.02 T左右。經8個脈沖處理的牛奶中菌落總數的變化趨勢較為平緩，這可能與殺菌時間的長短有關。整體來看，隨磁場強度增加，牛奶中菌落總數先呈下降趨勢，但當磁場強度增大到一定程度，牛奶中菌落總數反而開始增加。

2.1.2 脈沖數對牛奶中菌落總數的影響

室溫（28±1）℃條件下，分別在磁場強度為10.68、13.35、16.02 T時，采用不同的脈沖數對牛奶進行處理，測定不同脈沖數對牛奶中菌落總數，測定結果如圖3所示。從圖3可以看出，磁場強度為10.68 T和13.35 T時，牛奶中菌落總數存活率均在脈沖數為8時出現谷值，而磁場強度為16.02 T時，牛奶中菌落總數存活率在脈沖數為6時出現谷值。隨著脈沖數增加，牛奶中菌落總數存活率先降低，達到谷值后，菌落總數存活率反而隨脈沖數增加而增大。磁場強度10.68 T時的菌路總數存活率的變化趨勢最平緩，磁場強度為16.02 T的菌落總數變化趨勢最為陡降，且在16.02 T，6個脈沖時，殺菌效果最好。這表明牛奶中嗜溫、好氣性細菌對高強度的脈沖磁場更為敏感。

2.2 脈沖磁場對牛奶中大腸桿菌的影響

2.2.1 磁場強度對牛奶中大腸桿菌的影響

室溫（28±1）℃條件下，采用脈沖強磁場對鮮牛奶進行處理，測得不同磁場強度對牛奶中大腸桿菌的影響如圖4所示。

從圖4中可以看出，隨著磁場強度的增大，牛奶中大腸桿菌存活率先減少，達到谷值后，大腸桿菌存活率又隨著磁場強度的增大而增大。采用4個脈沖和6個脈沖時，在磁場強度為16.02 T左右，大腸桿菌的殺菌效果最好；且6個脈沖的殺菌效果優于4個脈沖。采用8個脈沖時，在13.35 T左右殺菌效果最好。脈沖數不同時，隨磁場強度增大，大腸桿菌存活率的變化趨勢有所不同；磁場強度越大，并非殺菌效果越好；磁場強度越小，與高磁場強度相比，需要稍長的處理時間可提高殺菌效果。

2.2.2 脈沖數對牛奶中大腸桿菌的影響

室溫（28±1）℃條件下，對鮮牛奶進行處理，測得不同脈沖數對牛奶中大腸桿菌的影響如圖5所示。從圖5可以看出，隨著脈沖數的增加，牛奶中大腸桿菌存活率減少，達到谷值后，大腸桿菌存活率隨著磁場強度的增大而略有增大。磁場強度為10.68 T和13.35 T時，大腸桿菌在脈沖數為8的殺菌效果最好；而磁場強度為16.02 T時，脈沖數為6的殺菌效果最好。脈沖數越小，與大脈沖數相比，需要較大的磁場強度可提高殺菌效果。但在殺菌效果達到谷值后，延長殺菌時間，反而提高大腸桿菌存活率。

2.3 脈沖磁場對牛奶中霉菌、酵母的影響

2.3.1 磁場強度對牛奶中霉菌、酵母的影響

室溫（28±1）℃條件下，對鮮牛奶進行處理，測得不同磁場強度對牛奶中霉菌酵母的影響如圖6所示。

從圖6可以看出，隨磁場強度增加，牛奶中霉菌酵母存活率呈下降趨勢。采用4個脈沖和6個脈沖殺菌時，牛奶中霉菌酵母存活率隨磁場強度增大而減小；采用8個脈沖時，在16.02 T左右，霉菌酵母存活率即達到谷值，此后磁場強度若繼續增大，霉菌酵母存活率有所上升。采用8個脈沖、16.02 T的處理條件，對霉菌酵母的殺菌效果最好。磁場強度的增大，在一定范圍內可以提高殺菌效率，但超過一定限度后，對霉菌、酵母的生長反而會起到促進作用。

2.3.2 脈沖數對牛奶中霉菌、酵母的影響

室溫（28±1）℃條件下，對鮮牛奶進行處理，測得不同脈沖數對牛奶中霉菌酵母的影響如圖7所示。從圖7可以看出，隨脈沖數增加，牛奶中霉菌酵母存活率下降，當達到谷值后，霉菌酵母存活率反而開始上升。采用10.68 T脈沖磁場殺菌時，牛奶中霉菌酵母存活率隨脈沖數增大而降低。采用13.35 T和16.02 T處理時，在8個脈沖時，牛奶中霉菌酵母存活率達到谷值。當殺菌效果達到谷值后，延長殺菌時間，或者提高磁場強度，反而會提高霉菌酵母的存活率。這可能是因為，殺菌時間延長和磁場強度的提高，在一定程度上可以刺激霉菌酵母細胞的分裂。

3 結論

1）脈沖強磁場對鮮牛奶中的菌落總數、大腸桿菌、霉菌酵母具有顯著的殺菌效果，在最佳處理條件下，經脈沖磁場處理的牛奶可達到商業無菌的要求。

2）隨著磁場強度增大，牛奶中菌落總數、大腸桿菌和霉菌酵母存活率總體呈下降趨勢，但存在有波動性變化，當存活率出現谷值后，如果磁場強度繼續增加，存活率會有所回升，導致殺菌效果變差。

3）脈沖磁場的磁場強度16.02 T，脈沖數6時，對牛奶中菌落總數和大腸桿菌殺菌效果最好，而磁場強度16.02 T，脈沖數8對霉菌酵母的殺菌效果最好。

4）從牛奶中菌落總數、大腸桿菌、霉菌酵母存活率隨脈沖磁場、脈沖數增大的變化趨勢來看，不同類型的微生物對脈沖磁場表現出不同的敏感性，大腸桿菌對脈沖磁場最為敏感，而霉菌酵母對脈沖磁場有較強的抵抗力。

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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

國家863計劃重點項目(2007AA100405)；粵港關鍵領域重點突破項目(2007Z1-E6011)

郭丹丹（1986—），女（漢），在讀碩士，從事食品科學技術的研究。

*通訊作者：肖凱軍，教授。