基本介紹
- 中文名：脈衝強光殺菌
- 外文名：Pulsed light sterilization
- 屬性：冷殺菌
- 簡稱：PLS
- 作用：殺滅包裝上的微生物
- 目的：延長食品貨架期
基本介紹,殺菌原理,脈衝的光,抗微生物效應,脈衝之利,套用,適應領域,現狀,
基本介紹
新方法用太陽光一樣光的一種強力閃光的殺細菌力，藉以延長食品的貨架壽命和殺滅包裝材料上的微生物。
殺菌原理
脈衝強光的殺菌機理可歸因於光熱、光化學效應。而多數研究認為其殺菌作用主要依賴於光化學效應。脈衝強光包括25%的紫外光譜，這些紫外光對殺菌具有非常重要的作用。有試驗研究表明，如果將脈衝強光通過一個可以去除波長320 nm以下紫外光區的濾光器．過濾後的脈衝強光將失去殺菌作用。
微生物經脈衝強光照射後．細胞內物質發生變 化而失活。紫外殺菌能破壞細菌的嘧啶二聚體結構(其中主要是胸腺嘧 啶)。結構發生改變的二聚體能抑制新的DNA 鏈形成，從而使微生物失活：此外，紫外光處理主要可導致細菌芽孢形成“芽孢光照產物”。DNA的單鏈、雙鏈、環丁烷嘧啶二聚體破壞。目前，大多學者認為脈衝強光殺菌是一個多靶處理過程。DNA 變性是導致微生物死亡的主要原因．同時還伴隨著細胞膜、蛋白質等大分子物質的破壞。Kazuko比較了連續紫外光和PL對酵母細胞的破壞作用． 結果發現酵母細胞通過PL處理後．細胞內液泡膨 脹、細胞膜變形．細胞形狀改變，並存在大量的游 離蛋白．而通過連續紫外光處理後的酵母細胞結構 和處理前基本一致．這表明PL能破壞酵母細胞的 細胞膜。有學者研究發現近紫外光輻射對酵母細胞 膜功能有損害作用，卻沒有近紫外光輻射引起酵母細胞結構變化的相關報導。PL處理樣品後， 氙氣燈產生的熱或樣品吸收PL後溫度升高．從而 實現熱殺菌效應。Hiramoto發現黑麴黴經PL 處理後，吸收大量的光線，溫度升高，殺滅黴菌，證實了光熱殺菌機制存在。
微生物經脈衝強光照射後．細胞內物質發生變 化而失活。紫外殺菌能破壞細菌的嘧啶二聚體結構(其中主要是胸腺嘧 啶)。結構發生改變的二聚體能抑制新的DNA 鏈形成，從而使微生物失活：此外，紫外光處理主要可導致細菌芽孢形成“芽孢光照產物”。DNA的單鏈、雙鏈、環丁烷嘧啶二聚體破壞。目前，大多學者認為脈衝強光殺菌是一個多靶處理過程。DNA 變性是導致微生物死亡的主要原因．同時還伴隨著細胞膜、蛋白質等大分子物質的破壞。Kazuko比較了連續紫外光和PL對酵母細胞的破壞作用． 結果發現酵母細胞通過PL處理後．細胞內液泡膨 脹、細胞膜變形．細胞形狀改變，並存在大量的游 離蛋白．而通過連續紫外光處理後的酵母細胞結構 和處理前基本一致．這表明PL能破壞酵母細胞的 細胞膜。有學者研究發現近紫外光輻射對酵母細胞 膜功能有損害作用，卻沒有近紫外光輻射引起酵母細胞結構變化的相關報導。PL處理樣品後， 氙氣燈產生的熱或樣品吸收PL後溫度升高．從而 實現熱殺菌效應。Hiramoto發現黑麴黴經PL 處理後，吸收大量的光線，溫度升高，殺滅黴菌，證實了光熱殺菌機制存在。
脈衝的光
脈衝光系用工程工藝產生，使力增大許多倍數。在一能量貯存電容器內，經相對長時間(一秒的分數)使積蓄的電力被放大，並釋放此種貯存的能於極短時間內(一秒的千分之一或百萬分之一)，以奏其工作。結果是功用周期的極高力(功率)，且具有僅是不過分的平均力消費的消耗量。對在食品及包裝上套用，貯存的能脈衝為一惰性氣燈，它能產生僅持續兒百微秒（百萬分之一秒)的強烈閃光。
雖然脈衝光譜的幅度、期間及強度對處理食品與包裝極有用，目前創製的脈衝光集中於廣域譜上，“白”光閃光所含波長從紫外線的200nm到約近紅外線的.lmm。該光譜性分布似太陽光，具有400及500nm之間的峰發射，然而每一脈衝光閃光為約在海平面日光經地球大氣層濾過效應後，其紫外線波長強度的20000倍。由於脈衝光的彼長太長，不能使小分子離子化，而是在電磁光譜的“非離子化”部分。
在表面上的光能能量密度(Fiuenc)可以檢測之，或每單位面積的入射光能，即每平方厘米上的焦耳(Joule;略詞J)。1焦耳為少於1/4卡，因此將水升高1℃需4焦耳以上的能量。
抗微生物效應
在脈衝光光譜中所含紫外線波長的生物學效應業已有紀實。這些波長的抗微生物效應系原通過被在蛋白質與核酸高度結合的碳一對一碳雙鍵系統吸收而中介。這方面許多研究者業經廣泛討論。從一到幾個脈衝閃光便有令入注目的抗微生物效應。於2個含標準瓊脂的陪氏皿上，滴注以7滴(每滴擴散成1cm)，每滴各含有功倍系列稀釋度的金凳葡萄球菌ATCC2761和TSB培養物，一個平板行脈衝光處理。即在孵育前暴光。2個0.75J/cm注量脈衝閃光，即總共注量為1.5J/cm。另一平板不處理作對照。發現能殺死金葡菌的濃度達10CFU/cm。
並證明一單次0.5~1J/cm閃光，可使10/cm濃度的單核細胞增多症李氏桿菌，大腸桿菌O157:H7，短小芽胞桿菌芽胞及黑麴黴分生抱子無一活存；用每閃光為1J/cm閃耀幾次，可使上述細菌每m有7一9對數降減。
脈衝之利
和非脈衝式或連續一波(CW)傳統UV來源比較，脈衝光顯示重大的更高的殺滅效應，一個到幾個脈衝閃光能高水平的殺死戶有暴光的微生物。每秒鐘可提供幾個到十幾個閃光，且在一秒鐘的分數能完全高水平的殺菌。因此可能具有高的物料通過率。和用強烈CWUV一C汞氣燈比較，幾個脈衝光閃光可殺死7對數以上的黑麴黴抱子，而前者則不是很有效，且雖大大增加暴光時間而對殺菌效果的改進很少或沒有。
脈衝強光殺菌與紫外線殺菌
早在1928年人們就發現紫外線具有殺菌功能" 紫外線可使微生物處於不穩定狀態"從而破壞其化學結合。紫外線殺菌技術與設備在我國也早已廣泛套用，紫外線燈通常用充水銀燈管制成，具有設備簡單，成本低廉的特點，但是，由於水銀燈光所發出功率低，而且不穩定，紫外線穿透性差，所以殺菌能力受到較大限制，有的細菌細胞在紫外線下被破壞後還能修復，所以較多用於空氣淨化和薄層流體及容器表面殺菌。 脈衝強光殺菌設備採用氙氣燈管，發出能量高達2J/cm2，比紫外線燈管高200倍以上，能有效破壞各種細菌，穿透性能強於紫外線，因此除了空氣淨化外可有效解決表面粗糙的食品和其他物料染菌問題。
脈衝強光殺菌與放射線殺菌
放射線殺菌是指採用放射性同位素鈷60放出的一種波長極短的電磁波，使微生物的細胞質產生變異或死亡，也可使微生物代謝的核酸代謝環節受抑制，使蛋白質發生變性，損害其繁殖機能。放射線具有較強的穿透性能，我們曾對包裝後的板鴨採用放射性殺菌處理，表明能夠在保持原有風味的前提下顯著延長保質期。但是，放射線殺菌設備昂貴，而且由於放射線對人體具有損害作用，所以對保護措施有很高要求，使其推廣套用受到很大限制。各廠家必須將產品送到輻射站處理，無法在廠內直接加工，很不方便，影響生產效率和加工成本。與放射線殺菌比較，脈衝強光殺菌設備成本低，並且可以安裝於食品加工生產線上，進行連續性生產，在生產成本和效率方面占有明顯優勢，在解決板鴨等系列產品包裝過程二次染菌和飲品冷殺菌等方面具有廣闊的套用前景。
套用
脈衝光提供今人注目的對各種食品的貨架壽命的延長和保存效益。於脈衝光處理後，焙烤食品、海產食品及肉類、水果與蔬菜，以及許多其它食品，顯示其上的微生物負載降減，增長貨架壽命，增加安全，且對營養性質無變化。
焙烤食品：以2個無包裝的麵包，各切成兩半，貯於實驗室聚乙烯薄膜袋內，未處理的樣品於在室溫記憶體放5~7天后，有黴菌菌落出現，11天后則滿布黴菌;同樣情況經脈衝光處理者，11天時沒有生霉跡象。同樣結果亦從其它焙烤商品如麵包片、巧格力杯模蛋糕、烘餡餅、玉米餅及百吉卷獲得。
海產食品：剝殼小蝦(蝦仁)用脈衝光處理並貯存於冰櫃內7天，仍可食用，而未處理的蝦仁則顯示廣泛的微生物性降解，變色及有惡臭，不適於食用。魚片經脈衝光處理後，其微生物學的和感官的貨架壽命有重大的延長。
肉類：經對各種肉品的廣泛試驗，顯示脈衝光可用以加強產品的貨架壽命及安全性；對所有微生物型類的回收計數可減少1一3對數。將光雞翅膀浸浴於三株沙門氏菌的混合液中(經5分鐘使細菌附著)，經接種的樣品約帶菌5logs/ cm (高水平)及2logs/ cm（低水平)，經用脈衝光處理後，相似的菌數減少至2logs/ cm。以無害李氏桿菌接種於豬牛肉混合灌腸，接種量為3及5logs/ cm灌腸的相應的低與高水平，亦被脈衝光降低～2logs。即使用30J/ cm總注量處理，經分析其營養成分和蛋白質、核黃素、硝基胺、苯並花及維生素C和未處理的樣品無區別。
核黃素能強力吸收可見光線，且對光、熱與氧化作用的降解敏感，經從牛肉、雞及魚的研究結果，顯示即使過量的脈衝光處理，並不影響核黃素濃度。
經對零售牛肉的許多試驗證實，脈衝光的功效為重大的有利於微生物學性及感官上的貨架壽命的增進。脈衝光為非選擇性的，當用它處理肉，所有暴光的微生物均可被殺死，總需氧菌計數、乳酸菌、腸型菌及假單胞菌計數均相似地減少約1一3對數。
脈衝光處理對介質、包裝物或相關的樣品表面，以及像肉那樣的複雜表面(存在有小的表面凹穴、裂隙與皺褶，可使微生物避免暴光)，一般可致1一3對數的降減。
水：脈衝光對飲用水或組合水亦可作有效的處理。實驗室的試驗型模式顯示以脈衝光處理水具潛在的有效性，對陸源克雷白氏菌、小隱球孢子霉的卵囊，及在水中或懸浮狀態的其它微生物，均有高的滅活作用;而城市供水系統所用的氯處理方法與傳統的UV水處理，對卵囊僅有不被重視的效應，且隱球孢子霉(現已有大規模隱球孢子霉病暴發)的卵囊對化學品如KMnO4及固定劑抵抗。
美國疾病控制中心Miehael Arrowood氏的試驗，用小白鼠活體作感染力檢測，原來含6或7logs/ml陸源克雷白氏菌懸液及6或7logs/ml的小隱球孢子霉卵囊懸液，經用2脈衝光閃光處理，每次閃光為少於0.5J/ cm，足以使無活菌存在。藉一次脈衝光一閃光在1J/ cm，，則可使菌懸液成為無感染性。
適應領域
（1）套用於家用直飲機、小型家用淨水設備、食品加工用水處理設備、純淨水、礦泉水處理設備等飲用水處理設備。
(2)套用於生活污水、工業廢水、游泳場、養殖廠污水等小型污水處理設備，還可套用到污水處理廠中的大型污水處理設備，處理能力強大。
(3)套用於飲料殺菌設備上，如果汁、牛奶、豆漿、汽水、茶飲料等，及套用在固體食品、藥品表面殺菌設備上，如花生、瓜子、糖果、麵包以及各種膠囊。
(4)套用於攜帶型殺菌燈、各種包裝殺菌設備、消毒櫃、衣櫃、冰櫃、醫療用具消毒設備、公共物品消毒設備。
(5)套用於小型空氣淨化器、汽車空氣殺菌器、室內空調、中央空調等各類空氣淨化消毒設備。
(6)套用各個光固化領域，包括汽車零配件、木板固化、電子器件、積體電路、眼鏡等行業的膠合、塗裝、被覆、印刷、列印、注型等，以及溫室種植房內輔助植物生長，滅蟲。
現狀
脈衝光具極高殺死微生物水平，一般不透明及食品的不規則表面，有些微生物可被隱蔽，但即使像肉那樣高度不規則的表面，脈衝光亦可致1一3對數的總微生物數降減。此結果可能延長食品的貨架壽命及使病原微生物的降減。1994年2月美國食品及藥物管理局已接受申請套用脈衝光處理食品。脈衝光處理成本是極有利的，保守性估計用4J/cm脈衝光，包括設備的攤提，燈的替換，電力與維持費用，所需的成本為每平方英尺處理面積不到1美分。
