超聲協同蒸汽處理對殼雞蛋表面大腸桿菌的殺菌機理及動力學分析

張雅琪，遲玉杰,，遲 媛

（1.東北農業大學食品學院，黑龍江 哈爾濱 150030；2.東北農業大學工程學院，黑龍江 哈爾濱 150030）

作為一種具有綜合營養價值的食品，雞蛋和蛋類食品往往成為食源性微生物的攜帶者[1]。盡管新鮮雞蛋無菌或含有少量細菌，并且雞蛋自身也具備一些物理和化學防護機制[2]。但隨著儲存時間的延長，其防御能力會逐漸減弱，各種微生物會侵入雞蛋并迅速繁殖，使新鮮雞蛋的品質下降，甚至危害消費者的健康[3]。其中大腸桿菌的檢出率高達70%，沙門氏菌的檢出率僅為5%左右[4-5]。為了防止雞蛋污染，最好在產蛋后立即進行清洗和消毒。目前常用于清潔殼蛋表面的化學試劑浸泡法和熏蒸法容易出現化學試劑殘留問題[6-7]，而大劑量的臭氧氣體又對人體有害[8]。

和其他消毒方法相比，熱處理能達到完全殺滅蛋殼表面細菌的效果。目前常見的帶殼全蛋熱殺菌一般采用水浴法或熱蒸汽法。水浴法是指將帶殼雞蛋浸泡于一定溫度的熱水中加熱升溫，最終殺死致病菌。Geveke等[9]證實，熱水浸泡過程能夠使帶殼雞蛋的耐熱腸炎沙門氏菌失活4.5 個對數值。Himathongkham等[10]將蛋殼雞蛋浸入腸炎沙門氏菌的培養物中，發現細菌可以穿透蛋殼到達細胞膜，將染菌雞蛋在沸水中浸泡3 s即可完全殺滅細菌，效果優于其他所有測試方法（主要是化學方法）。但水浴法通常會導致蛋殼破裂，從而造成不必要的損失，因此應用較為有限。蒸汽因為其潛在能量可以在很短的時間內轉移到表面，常用于食品工業儀器表面的清潔和消毒，以及化妝品和藥品的生產[11]。目前蒸汽處理在減少雞肉、杏仁和新鮮切果蔬表面細菌數量方面取得了一定的成功[12]。Zion等[13]設計出一款蒸汽熱阱，經過幾秒鐘的短時處理即能實現對人工接種新鮮蛋殼上沙門氏菌的完全滅活。已有研究表明，95 ℃條件下，雞蛋可以承受長達10 s的蒸汽處理，而此時蛋內部溫度僅為40 ℃左右，不會使雞蛋內部發生大量變性和破壞；而在沸水中處理時長超過3 s時，部分蛋殼會出現裂紋，且長時間的加熱會對其功能性質產生很大影響[14]。因此需要嚴格控制蒸汽處理時間。

超聲波空化已被證明能夠通過增強細菌的凝聚能力實現殺菌[15-16]。然而，單獨使用超聲波處理時，很容易導致殺菌不夠徹底。因此常將其與其他殺菌手段結合，利用它們之間的協同效應顯著提高殺菌效果[17]。此外，還有部分研究表明，在聲熱復合處理過程中，超聲波預處理可以在細胞內造成一定程度的非致死性損傷，導致微生物物理性損傷，從而提高熱處理對微生物細胞的殺傷效率，使其對熱處理更加敏感[18-19]。因此，通過充分利用超聲波輔助熱殺菌過程中兩者之間的協同作用，可以有效減少食品中微生物污染，并節省成本。

動力學模型是研究微生物殺菌效果的重要工具，可為實際應用提供理論指導。因此，本實驗通過建立殺菌動力學模型研究超聲協同蒸汽處理對蛋殼表面大腸桿菌的殺菌效果，以期為殺滅蛋殼表面微生物提供方法依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮A級雞蛋（平均質量45～55 g）好優多超市（產自中國黑龍江省雙縣農場），購買后24 h內使用；大腸桿菌（Escherichia coli）ATCC 25922 福建賽莫爾科學實驗用品城。

平板技術瓊脂、結晶紫中性紅膽鹽瓊脂 上海博微生物技科技有限公司；次氯酸鈉（NaClO）溶液 汕頭市蓮塘化工廠有限公司；考馬斯亮藍G-250、碘化丙啶（propidium iodide，PI）北京索萊寶科技有限公司；氯化鈉、氫氧化鈉等均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

TU-1810紫外-可見分光光度儀 北京普析通用儀器有限責任公司；KQ3200DE型數控超聲清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；CHA-S型氣浴振蕩恒溫培養箱蘇州市國飛實驗室儀器有限公司；YX180B型高壓滅菌鍋天津賽得利斯實驗分析儀器制造廠；MK-21A高速冷凍離心機 湖南邁克爾實驗儀器有限公司；DDB-11A電導率儀 杭州齊威儀器有限公司；F-7100型熒光分光光度計、SU8010型場發射掃描電鏡 日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 菌懸液制備

參照文獻[20]的方法并進行改進。將大腸桿菌菌株在營養瓊脂平板劃線后，在37 ℃的環境中活化24 h，然后挑取適量的菌株放入100 mL的基礎培養基中，置于恒溫振蕩器中，以37 ℃、200 r/min條件孵育12 h。將含有細菌的培養基以6000 r/min離心5 min，棄去培養基，用無菌生理鹽水適當稀釋。根據GB 4789.2—2022《食品微生物學檢驗 菌落總數測定》中平板計數法計算原始細菌數，便于下一步制備不同濃度的細菌懸浮液。

1.3.2 接種

選擇產后質量為50～70 g的新鮮雞蛋，且照蛋檢查無細微裂紋、氣室偏移以及蛋黃出現陰影等問題。用無菌脫脂棉球蘸體積分數75%乙醇溶液擦拭蛋殼表面，擦拭后將其放在超凈工作臺上紫外線照射30 min，殺滅蛋殼表面的細菌。檢測處理過的雞蛋表面細菌總數。準備濃度約為108CFU/mL的大腸桿菌懸浮液，將雞蛋在細菌懸浮液中浸泡1 h，然后取出雞蛋放在無菌操作平臺上干燥備用。

1.3.3 殺菌處理

選擇接種并干燥后完整備用的雞蛋，對其進行分組。分組后參照不同方法對鮮蛋蛋殼進行處理，具體方法見表1。

表1 不同殺菌處理方法Table 1 Different sterilization methods

1.3.4 雞蛋殼表面殘余菌數的檢測

用無菌棉球蘸取適量無菌生理鹽水，擦拭各組接種雞蛋的整個表面，將棉球浸泡在100 mL無菌生理鹽水中充分混勻，獲得處理過的洗脫液。大腸桿菌計數可參考GB 4789.3—2016《食品微生物學檢驗 大腸菌群計數》中的第二法——大腸菌群平板計數法計數。利用殺菌前后樣品大腸桿菌殘存率對數值表示超聲波協同蒸汽的致死效果，致死率按式（1）計算：

式中：N0和N分別為殺菌前后菌落數/（CFU/mL）。

1.3.5 數學模型的建立

1.3.5.1 線性模型

D值是指在一定的溫度條件下，殺滅90%的活菌數或者芽孢數所需要的時間，是表示微生物死亡速率的一種方法。該模型假設微生物對殺菌條件具有相同的抗性，致死動力學可以用線性模型描述，微生物數量下降對數值隨時間的變化呈線性變化。線性模型計算如式（2）所示：

式中：N0為殺菌處理前大腸桿菌數量/（CFU/mL）；N為殺菌處理后大腸桿菌數量/（CFU/mL）；t為殺菌時間/s；D為指數遞減時間/s。

1.3.5.2 Weibull模型

該模型由Weibull提出，通常用于描述各種凹凸性曲線[21-22]。Weibull模型假設菌體之間的熱抗性和耐壓性存在差別，其存活曲線符合累積分布函數[23]。Weibull模型計算如式（3）所示：

式中：a為規模參數；b為形狀因子；t為殺菌時間/s。

1.3.5.3 Log-Logistic模型

該模型是假設菌體對殺菌強度的抗性不同。本研究在文獻[24]的基礎上做了簡化處理，Log-Logistic模型計算如式（4）所示：

式中：p為最低殘存菌數；q、m為曲線方程的參數；t為殺菌時間/s。

1.3.5.4 Modified Gompertz模型

本研究在文獻[25]的基礎上做了簡化處理，Modified Gompertz模型如式（5）所示：

式中：a為曲線下漸近線值；b為（Kdm×e）/a，其中Kdm為曲線指數階段的線性失活率；c為細菌滯后階段的時間/s；t為殺菌時間/s。

1.3.5.5 模型評價

采用精確因子（Af）、偏差因子（Bf）、均方根誤差（root mean squared error，RMSE）和決定系數（R2）4 個參數評價模型擬合度的優劣[26]。其中，Af和Bf反映模型的性能，Af值越小，Bf值越接近于1，模型的擬合度就越高；R2和RMSE反映模型的可靠度，R2越大，RMSE越小，模型的擬合度越好。Af、Bf、RMSE的計算如式（6）～（8）所示：

式中：n為實測值的個數；p為考察指標數。

1.3.6 掃描電鏡觀察

將各處理組的洗脫液加入滅菌的10 mL離心管中，以8000 r/min離心3 min，棄去上清液，加入滅菌生理鹽水洗滌兩次，轉移至1.5 mL離心管，得到菌懸液。樣品經過固定、干燥、脫水、置換、冷凍干燥后離子濺射鍍金，掃描電鏡觀察菌體結構。未經滅菌的對照樣品進行類似處理。

1.3.7 PI攝取量測定

將PI溶于去離子水中，制備成1 mg/mL的溶液，并在4 ℃的黑暗環境中貯存。各處理組洗脫液8000×g、4 ℃離心10 min，棄去上清液，用無菌生理鹽水調整菌液濃度至106CFU/mL。實驗分為滅菌處理前和滅菌處理后PI染色：對于滅菌處理前的PI染色組，需要將未經處理的菌液分別加入0.5 mL的PI溶液，然后接種雞蛋，并對其進行相應的處理和洗脫；對于處理后的PI染色組，取10 mL 1.3.4節洗脫液，加入0.5 mL PI溶液。對照組無任何處理直接加入PI溶液。所有染色組都在37 ℃的黑暗環境中孵育15 min。6000×g、4 ℃離心10 min，無菌生理鹽水重懸沉淀兩次。接著使用熒光分光光度計測定吸光度，激發光波長為495 nm，發射光波長為615 nm，狹縫寬度為10 nm。以吸光度表征PI攝取量。

1.3.8 細胞膜通透性測定

用相同濃度稀釋不同處理后的洗脫液，并用電導率儀測定其電導率。利用電導率的變化表征不同處理對蛋殼表面大腸桿菌細胞膜通透性的影響。

1.3.9 細菌細胞內物質損失的測定

參照文獻[27]測定滅菌后洗脫液中核酸、可溶性蛋白和還原糖的含量。

還原糖含量測定：取2 mL各處理后的洗脫液，加入乳糖膽鹽培養基中，37 ℃恒溫培養3 h后，于6000 r/min離心10 min，采用直接滴定法測定不同處理后上清液中的還原糖含量。

可溶性蛋白質量濃度測定：使用Bradford法，取殺菌后的洗脫液2 mL，經－20 ℃冷凍12 h后，加入0.01 mol/L Tris-HCl（pH 8.0）緩沖液。取0.1 mL的處理過的樣品加入到10 mL試管中，加入5 mL考馬斯亮藍G-250染料，混合均勻后靜置2 min，在595 nm波長處測定吸光度，利用牛血清白蛋白繪制標準曲線，根據標準曲線方程計算相應樣品的蛋白質量濃度。

核酸含量測定：將各處理后的洗脫液以6000 r/min離心10 min，然后取適量上清液置于石英比色皿中，直接用紫外分光光度計在260 nm波長處測定其吸光度，以表征核酸泄漏情況。

1.3.10 雞蛋品質分析

將分組處理后的雞蛋置于室溫貯藏，分別測定其貯藏0 d和7 d的雞蛋品質。

1.3.10.1 質量損失率

質量損失率與鮮蛋內部的水分散失密切相關。采用質量法進行測定，通過電子天平測定雞蛋貯藏7 d期間的質量變化，質量損失率計算如式（9）所示：

式中：m1為雞蛋貯藏前質量/g；m2為雞蛋貯藏后質量/g。

1.3.10.2 濃蛋白高度

濃蛋白高度被用作雞蛋整體質量的衡量標準，濃蛋白高度越高，雞蛋質量越好。將雞蛋打破倒在蛋品檢測臺上，在保持蛋黃和濃蛋白完好的情況下，避開系帶用精密游標卡尺測量蛋黃周圍濃蛋白中心部分的高度，取3 個等距離點的平均值為濃蛋白高度。

1.3.10.3 哈夫單位

哈夫單位按式（10）計算：

式中：H為濃蛋白高度/mm；m為蛋質量/g。

1.3.10.4 蛋黃指數測定

將被檢測蛋橫向磕破蛋殼，將蛋內容物全部流入玻璃平皿內，用精度0.1 mm的游標卡尺測量蛋黃高度與直徑，蛋黃高度與直徑之比為蛋黃指數（式（11））。

式中：YI為蛋黃指數；h為蛋黃高度/mm；d為蛋黃直徑/mm。

1.3.10.5 蛋白pH值

蛋白pH值的測定需將蛋黃與蛋清分離，用勻漿機將蛋清均質2 min，每隔30 s停一次。然后用pH計測定其pH值。

1.4 數據處理與分析

2 結果與分析

2.1 超聲協同蒸汽對蛋殼表面大腸桿菌的影響

由圖1可知，相比較蒸汽單獨處理，不同功率的超聲協同殺菌使大腸桿菌的致死率顯著增加；相同超聲功率（60 W）處理60 s協同蒸汽處理條件下，比單獨蒸汽處理1、2、3 s的致死率分別提高了47%、40%和61%。在同一蒸汽處理條件下，隨著超聲功率的增加，對蛋殼表面大腸桿菌的殺菌效果也逐漸增強。超聲60 W預處理180 s協同蒸汽處理1 s后，細菌存活率僅下降2.63 個對數值，超聲120 W預處理180 s協同蒸汽處理1 s后，細菌存活率下降3.11 個對數值，其他條件不變情況下，當超聲功率達到150 W時，細菌存活率下降達到3.43 個對數值。同樣，在蒸汽處理2 s和3 s的條件下，也可以觀察到同樣的趨勢。由此可見，超聲波輔助確實能夠提高殺菌效果。可能原因是超聲波能夠通過強烈的空化效應洗脫不牢固的微生物，同時也能夠增加細菌的通透性，從而提高殺菌效果。而由于菌體存在一定的自我防御能力以及抗性，當超聲功率逐漸增大和處理時間逐漸延長時，穩定的超聲波可以迅速打破細菌細胞內的生理平衡，破壞細菌形態及其完整性，從而有助于后續的殺菌處理。此外，隨著蒸汽處理時間的延長，殺菌效果也逐漸增加，同一超聲功率（150 W）預處理180 s后，蒸汽處理時間由1 s延長到3 s時，大腸桿菌的存活率同比下降了67%。說明當蒸汽時間持續的時間越長，擴散作用越大，蒸汽的滲透率越高。使用150 W的超聲波進行180 s預處理后再進行3 s的蒸汽處理，大腸桿菌總數的對數值從6.26下降到2.04，此時對大腸桿菌的殺菌量能夠達到4.22 個對數值，對比單獨蒸汽處理的殺菌量提高了49%。弓敏等[28]使用超聲波協同次氯酸鈉處理蛋液中的典型腐敗菌（大腸桿菌、考克氏菌、枯草芽孢桿菌），發現超聲（150 W）與次氯酸鈉（200 mg/L、180 s）協同處理后大腸桿菌的殺菌率也在4 個對數值附近，與本研究結果接近。綜上，超聲波和蒸汽相結合會產生協同作用，從而加速微生物的死亡。

圖1 超聲協同蒸汽對蛋殼表面大腸桿菌的殺菌效果Fig.1 Sterilization effect of ultrasound-assisted steam on E.coli on eggshell surface

2.2 超聲協同蒸汽處理殺菌效果動力學分析

由殺菌曲線可知，當處理時間較短時，超聲協同蒸汽處理的殺菌曲線前端呈現出線性，但隨著時間以及超聲功率的增加，殺菌曲線分別逐漸出現向x軸靠攏和偏離的趨勢。為了更好地分析超聲協同蒸汽處理對雞蛋殼表面大腸桿菌的的殺菌動力學規律，本實驗中采用了線性模型、Weibull、Log-Logistic以及Modified Gompertz 4 種模型對殺菌曲線進行了擬合，擬合效果見表2。通常情況下，決定系數R2一般用來對模型的擬合程度做一個總體評價[29]。分析表2數據可知，當采用線性模型擬合不同處理條件，其部分R2小于0.80，尤其是隨著蒸汽作用時間延長后，線性擬合的R2明顯降低，甚至出現了0.7196，說明線性擬合的效果較差。分析Weibull模型參數時，可以看出其R2均大于0.96，大部分條件下的R2均在0.99上下浮動。Log-Logistic模型對低強度超聲協同體系進行擬合時，其R2相對高強度超聲協同體系較低，且該趨勢在不同時長蒸汽處理條件下都有體現。利用Modified Gompertz模型對整個超聲蒸汽協同體系的殺菌曲線擬合時，其R2保持在0.91～0.99之間。一般認為微生物的殘留數量和時間呈線性關系，而通過本研究的模型分析發現超聲協同蒸汽處理對蛋殼表面大腸桿菌的殺菌更符合非線性動力學模型，并且通過分析3 種非線性模型的R2，發現Weibull模型更加符合整個殺菌過程。

表2 4 種模型對大腸桿菌致死效果的動力學模型參數Table 2 Kineticmodel parameters of lethal efficiency of four models on E.coli

2.3 模型擬合度評價

為了更好地比較3 種非線性模型在超聲協同蒸汽處理過程中的擬合情況，本研究對Af、Bf、R2和RMSE進行了評估。由表3可知，Log-Logistic模型和Modified Gompertz模型的Af分別為1.0804和1.0703，均小于Weibull模型（1.1000）；且Weibull模型的R2為0.9867，大于Log-Logistic模型和Modified Gompertz模型；Weibull模型的Bf等于1.0001，更加接近1，說明模型的實測值和預測值之間的偏差較小。此外，RMSE也是評價模型的典型指標，從表3可知，Weibull模型的RMSE明顯小于Log-Logistic模型和Modified Gompertz模型。

表3 數學模型評價參數的比較Table 3 Comparison of mathematical model evaluation parameters

通過將實測數據作為橫坐標，模型預測數據作為縱坐標，可以使用線性擬合得到的相關方程和R2比較模型預測值與實測值之間的差異。由圖2可知，3 種模型的預測值與實測值之間有很好的相關性。線性相關方程的斜率及截距越接近于0，R2越接近于1，表明模型的擬合效果越好。Weibull模型、Log-Logistic模型以及Modified Gompertz模型擬合得到的方程分別為y＝0.9885x＋0.0336、y＝0.9563x＋0.0704、y＝0.9720x＋0.0602，其對應的R2分別為0.99、0.94、0.96。因此，3 個模型中Weibull模型更好地擬合了殼蛋表面大腸桿菌的失活曲線。

2.4 殺菌機理分析

2.4.1 大腸桿菌微觀結構觀察

如圖3所示，對照組的菌體結構更為完整，呈現出典型的桿狀外形，胞體表面光滑，菌體形態完整，邊緣線條流暢。而不同的處理條件使得菌體表面出現了不同程度的損傷。次氯酸鈉處理組的菌體整體上依然比較完整，部分細胞表面損傷破裂，出現井噴現象。單獨超聲處理組與對照組組外觀基本相似，絕大部分菌體飽滿且完整。經過單獨蒸汽處理的細菌菌體開始畸變，可以看出細菌出現溶解痕跡，細胞膜破裂，表面有黏附物，說明菌體破壞嚴重。而經過超聲協同蒸汽處理的細菌，菌體外觀和表面結構出現顯著變化，大部分細胞外部結構發生嚴重變形，可以明顯觀察到細菌細胞質滲漏，從而導致細菌死亡。通過掃描電鏡觀察發現，除對照組外，其余各組的菌體細胞膜受到了各種程度的損傷，這是導致它們失活或死亡的一個重要原因。完整的菌體細胞膜可為細胞內部提供一個穩定的環境，保證了細胞與外界之間的有效物質交換。當細胞膜發生重大破壞時，其通透性會急劇增加，這可能會導致菌體死亡[30]。

圖3 處理前后的掃描電鏡圖Fig.3 SEM before and after treatments

2.4.2 PI攝取量

PI是一種特殊的熒光染料，它能夠穿過不完整的細胞膜并與核酸類物質結合，發出可以被檢測到的熒光。這種染料在生物學和醫學領域都有廣泛應用，有助于了解菌體的完整狀況[31]。染料在處理前后分別添加到菌懸液中，通過在處理前加入PI染料，能測定比較不同處理過程中細胞膜完整性的變化；處理后PI染料的加入，則能夠反映不同處理后細胞膜損傷與修復狀況。

從圖4可以看出，處理前加入PI，不同條件下染料的攝取量相應發生改變。對比可知，次氯酸鈉處理和超聲協同蒸汽處理能在一定程度上破壞細菌細胞膜的完整性。這和掃描電鏡中觀察到的結果一致。此外，經過次氯酸鈉、超聲處理后，PI熒光染料的攝取量顯著降低。說明經過不同的處理，大腸桿菌中的一些細胞開始進行自我修復，從而恢復了一定的活性。而蒸汽處理和超聲協同蒸汽處理兩組在處理前后其PI的攝取量相差很小，表明膜完整性永久性喪失。推測其主要原因可能是高溫熱處理使細胞膜被破壞，呈全透性，胞內核酸、蛋白質等基本完全流出，最終導致細菌死亡[32]。

圖4 不同處理條件對大腸桿菌細胞PI攝取量的影響Fig.4 Effects of different treatment conditions on PI uptake of E.coli

2.4.3 電導率

細胞膜破裂會導致細胞內的離子（如鉀離子、鈣離子和鈉離子）大量滲出。因此電導率的變化可以在一定程度上反映細菌細胞膜通透性的變化情況。從表4可以看出，超聲協同蒸汽處理組在各組別中電導率是最大的，說明超聲協同蒸汽處理能夠致使大腸桿菌細胞的細胞膜發生改變，從而導致培養液電導率顯著變化，這與Tao Yan等[33]研究結論一致，當菌體細胞膜破壞程度越高，電導率越大。

表4 不同處理條件下對大腸桿菌細胞膜通透性的影響Table 4 Effects of different treatment conditions on the membrane permeability of E.coli

2.4.4 細菌細胞內物質的損失

當細菌的細胞膜受到損傷時，大分子質量的還原糖會流出，導致菌液中可溶性還原糖的含量增加。可溶性蛋白質是細胞生長過程中不可或缺的營養物質，其數量變化可以反映菌體蛋白質合成的情況。核酸在紫外線波長260 nm處具有最強的吸收能力，并且吸光度與核酸濃度呈正比。因此，為了進一步研究不同處理對蛋殼表面大腸桿菌菌株菌體的破壞情況，測定并比較了超聲協同蒸汽、單獨超聲、單獨蒸汽以及次氯酸鈉處理對細菌內物質損失的影響。如表5所示，幾種殺菌處理方式均可造成大腸桿菌菌體內容物的滲漏，從而使得其還原糖、可溶性蛋白以及核酸泄漏量都出現增加的現象。超聲協同蒸汽處理與單獨超聲和單獨蒸汽處理相比，可溶性蛋白質量濃度約提高了3.28 倍和1.72 倍，還原糖含量約提高了1.97 倍和1.19 倍，而核酸泄漏量提高了1.31 倍和1.07 倍，且單獨蒸汽和單獨超聲兩者作用效果相比差異不顯著（P＞0.05），而單獨次氯酸鈉處理和超聲協同蒸汽處理效果稍強。由此說明次氯酸鈉處理和超聲協同蒸汽處理的菌體細胞膜在一定程度上遭到破壞，上清液中核酸與蛋白類物質含量增加，導致細菌活性出現不同程度的喪失。且超聲協同蒸汽處理組細胞內物質損失量更高，說明超聲協同蒸汽處理對菌體的損傷更為嚴重。由此可見，超聲協同蒸汽處理會極大程度地損傷菌體細胞膜，改變其細胞膜通透性，使菌體中可溶性蛋白及還原糖等物質流失，加速菌體的死亡。

表5 超聲協同蒸汽殺菌對細菌細胞內物質損失的影響Table 5 Effect of ultrasound-assisted steam sterilization on material loss in bacterial cells

2.5 品質指標的測定結果

質量損失率是反映雞蛋品質的一個重要指標，從表6可以看出，與對照組相比，兩種處理方法對貯藏7 d雞蛋質量損失率的上升均有顯著的抑制作用，且次氯酸鈉處理組和超聲協同蒸汽處理組之間質量損失率差異不顯著（P＞0.05）。

表6 未經處理和清洗處理雞蛋品質屬性的平均結果Table 6 Average results of quality attributes of untreated and washed eggs

蛋白質量是保障雞蛋新鮮度的重要物質基礎。通常用濃蛋白高度、哈夫單位以及蛋白pH值3 個指標衡量，濃蛋白高度越高、哈夫單位越高，則蛋白品質越好，雞蛋越新鮮。通過分析蛋白pH值的變化能更深入地了解雞蛋品質的變化過程。如表6所示，貯藏前期，處理組與對照組相比，濃蛋白高度、哈夫單位和pH值差異均不明顯。說明處理并沒有使雞蛋蛋白發生變形。Perry等[34]將雞蛋浸泡在57 ℃的水中，直到內部溫度不低于56 ℃，結果表明，經過熱處理后，雞蛋哈夫單位從大約83顯著增加到98，雖然哈夫單位的增加被認為是未經處理雞蛋的積極品質屬性，但熱處理雞蛋的哈夫單位增加是由于蛋白質變性。通過貯藏7 d后的數據可以看出，處理組和對照組的濃蛋白高度和蛋白pH值之間差異顯著，說明不同消毒方法對濃蛋白高度和蛋白pH值變化抑制作用明顯。貯藏7 d后超聲協同蒸汽處理的哈夫單位為80.37，對照組為73.76，二者差異顯著。推測原因是蒸汽處理將蛋殼表面的細菌殺死并能在蛋殼表面形成一層極薄的膜，這樣既可以防止微生物侵入，也可以防止蛋內水分蒸發和二氧化碳逸出，從而減少蛋的干耗和延緩變質[35]。

蛋黃品質通常以蛋黃指數表示，新鮮雞蛋的蛋黃指數為0.38～0.49。由表6可知，0 d時對照組和超聲協同蒸汽處理組的蛋黃指數分別為0.44±0.01和0.43±0.02，差異無統計學意義（P＞0.05）。類似的，以往的研究也并未發現巴氏殺菌后的蛋黃指數有顯著差異[36]。隨著貯藏時間的延長，雞蛋的蛋黃指數逐漸下降。與對照組相比，處理后的實驗組蛋黃指數下降速率相對緩慢，說明在一定程度上延長了鮮蛋的保質期。

3 結論

超聲波協同蒸汽處理能夠有效地殺死蛋殼表面的大腸桿菌。本實驗中使用150 W的超聲波進行180 s預處理后再進行3 s的蒸汽處理，此時對大腸桿菌的殺菌量能夠達到4.22 個對數值，對比單獨蒸汽處理的殺菌量提高了49%。通過對超聲波協同蒸汽處理對大腸桿菌殺菌的動力學分析，發現Weibull模型的決定系數R2＞0.96，表明該模型能夠較好地模擬大腸桿菌失活的動力學過程。經過研究發現，超聲波協同蒸汽處理會對大腸桿菌的微觀結構造成破壞，導致細胞壁的損傷，致使細胞內容物外溢，從而導致細胞發生不可逆死亡。此外，通過對處理后蛋品質的監測發現，超聲波協同蒸汽處理可以使雞蛋在冷藏條件下保持較短時間內的新鮮品質，并且效果比次氯酸鈉浸泡處理更好，說明超聲波協同蒸汽處理對雞蛋具有一定的保鮮作用。綜上，超聲協同蒸汽處理可能成為一種有效的消毒技術，可用于清洗和消毒蛋制品表面，從而延長其保質期。