（农产品加工及贮藏工程专业论文）低温等离子体对鱼体表面杀菌研究.pdf

揭建盔拄鑫堂亟堂僮i 金塞低量笠高王佳盟鱼住麦画丞鱼硒荭摘要水产品的保鲜历来都是比较困难，由于水产品本身含有丰富的营养成分并携带有大量微生物，导致水产品极易腐败变质，针对如何解决水产品腐败问题，研究水产品的杀菌技术具有重要意义。本试验以深海沙尖鱼为原料，对鱼体表面进行低温等离子体处理，研究低温等离子体较佳处理条件及处理前后鱼体的品质变化，并与臭氧杀菌进行对比研究。研究结果如下。l 低温等离子体对三种不同的微生物的杀灭效果对细菌、霉菌和酵母菌平板进行低温等离子体处理，考察低温等离子体对三种不同微生物的杀灭效果。实验研究表明：处理时间为1 5 m i n ，强度3 0 0 w ，真空度1 0 1 2 7 5 p a 时，对微生物的杀灭效果最好。2 不同低温等离子体处理条件对鱼体表面杀菌效果的影响选择处理时间、处理强度、真空度以及包装为因素，通过处理后杀菌效果的测定，考察不同因素对低温等离子体鱼体表面杀菌效果的影响，得出低温等离子体对经过真空包装的鱼体，杀菌效果不明显；研究了低温等离子体处理时间、强度以及真空度对深海沙尖鱼杀菌效果的影响。3 鱼体表面低温等离子体较佳杀菌条件以未经过低温等离子体处理的鱼作对照组，综合各因素对杀菌效果的影响，结果表明，鱼体表面低温等离子体较佳杀菌条件为时间1 5 m i n ，强度3 0 0 w ，真空度7 0 p a 。4 低温等离子体处理对鱼体品质影响的研究以未经过低温等离子体处理的鱼作对照组，考察不同低温等离子体预处理条件对鱼体品质的影响。研究表明，低温等离子体处理不会对鱼体品质产生不良影响，鱼体保持了其原有的营养及风味。5 低温等离子体与臭氧针对鱼体表面的杀菌效果对比通过对鱼体分别进行低温等离子体处理和臭氧处理，对两种不同方法的杀菌效果进行对比。结果表明，低温等离子体是一种行之有效的杀菌技术。关键词低温等离子体杀菌臭氧沙尖鱼a b s t r a c tt h ep r e s e r v a t i o no fa q u a t i cf o o dp r o d u c th a sa l w a y sb e e nt h em o r ed i f f i c u l tq u e s t i o n s ，b e c a u s ea q u a t i cf o o dp r o d u c tc a r r y sal a r g en u m b e ro fm i c r o - o r g a n i s m sw h i c he a s i l yc a u s ei t s s p o i l a g e t os o l v et h i sp r o b l e m ，k i s uf i s ha r eu s e da sr a wm a t e r i a l si nt h ee x p e r i m e n t ，a n dt h es u r f a c eo ff i s hi st r e a t e db yl o w t e m p e r a t u r ep l a s m a t h i sw o r ki sf o c u s e do nr e s e a r c h i n gt h eb e s td e a l i n gc o n d i t i o no fl o wt e m p e r a t u r ep l a s m aa n de f f e c to fp l s a m at r e a t m e n to nt h eq u a l i t yc h a n g e so ff i s h ，c o m p a r i n gw i t ht h eo z o n e sa b i l i t yt od i s i n f e c tt h eg e r m s t h er e s u l t so fr e s e a r c ha r ea sf o l l o w 1 t h es t u d yo nt h eo p t i m u ms t e r i l i z i n gc o n d i t i o no ft h r e ek i n do fg e r m st r e a t i n gb a c t e r i a ，m o l da n dy e a s tb yl o w t e m p e r a t u r ep l a s m a ，i n v e s t i g a t e dl o w t e m p e r a t u r ep l a s m ao nt h ek i l l i n ge f f e c to fk i l l i n gm i c r o o r g a n i s m s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eo p t i m u ms t e r i l i z i n gc o n d i t i o n so fl o w t e m p e r a t u r ep l a s m aw e r e l5 m i n ，3 0 0 wa n d4 5 p a 。2 e f f e c t so fl o w - t e m p e r a t u r ep l a s m ap r e p r o c e s so nt h em i c r o - o r g a n i s m so ff i s hs e l e c ti n gt r e a t m e n tt i m e ，t r e a t m e n ti n t e n s i t y , a n dv a c u u mp a c k a g i n gf o rt h ef a c t o r s ，s t u d y e dt h ee f f e c to fd i f f e r e n tf a c t o r so nt h ei m p a c to fs t e r i l i z a t i o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a tl o w t e m p e r a t u r ep l a s m ah a sn oe f f e c to nv a c u u m p a c k e df i s ha n ds t u d i e dl o w t e m p e r a t u r ep l a s m at r e a t m e n tt i m e ，i n t e n s i t y , a n dv a c u u mo nt h es t e r i l i z a t i o ne f f e c to ff i s h 3 t h es t u d yo nt h eo p t i m u ms t e r i l i z i n gc o n d i t i o no fl o w t e m p e r a t u r ep l a s m ao nt h ef i s hc o m p a r e dw i t ht h ec o n t r o lg r o u p ，c o l l i g a t e de f f e c to fv a r i o u sf a c t o r so nt h ei m p a c to fs t e r i l i z a t i o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eo p t i m u ms t e r i l i z i n gc o n d i t i o n so fl o w t e m p e r a t u r ep l a s m ao nf i s hw e r e l5 m i n ，3 0 0 wa n d7 0 p a 4 t h es t u d yo fl o w t e m p e r a t u r ep l a s m ao nt h eq u a l i t yo ff i s hc o m p a r e dw i t ht h ec o n t r o lg r o u p ，i n v e s t i g a t e dt h ed i f f e r e n tl o w - t e m p e r a t u r ep l a s m ac o n d i t i o n so nt h eq u a l i t yo ff i s h t h er e s u l t ss h o w e dt h a tl o w - t e m p e r a t u r ep l a s m ah a sn od e t r i m e n t a le f f e c to nt h eq u a l i t yo ff i s h ，r e t a i n e dn a t u r a lf l a v o r , n u t r i t i o n a lv a l u e ，o ro t h e rp r o p e r t i e s 5 t h es t u d yo nl o w - t e m p e r a t u r ep l a s m ac o m p a r e dw i t ht h eo z o n e sa b i l i t yd e a l e df i s hw i t hl o w - t e m p e r a t u r ep l a s m aa n do z o n e ，c o n t r a s t e dt w od i f f e r e n tm e t h o d so fs t e r i l i z a t i o n ，t h er e s u l t ss h o w e dt h a tl o w - t e m p e r a t u r ep l a s m ah a sm a r k e de f f e c ti nd i s i n f e c t i n gt h eg e r m s k e yw o r d sl o w - t e m p e r a t u r ep l a s m as t e r i l i z a t i o no z o n ek i s uf i s hi i福建农林大学硕士学位论文臭氧灭菌效果及对香蕉贮藏品质影响研究缩略词对照表a b b r e v i a t i o n s缩略词英文名称中文名称p l a s m ap l a s m a等离子体0 3o z o n e臭氧t v b nt t o t a lv o l a t i l eb b a s i cn i t r o g e n挥发性盐基总氮a m pa d e n o s i n em o n o p h o s p h a t e一磷酸腺苷a d pa d e n o s i n ed i p h o s p h a t e二磷酸腺苷a t pa d e n o s i n e - t n p h o s p h a t e三磷酸腺苷d n ad e o x y r i b o n u c l e i ca c i d脱氧核耱核酸p ap a s c a l帕u h tu l t r ah e a tt r e a t e d超高压瞬时灭菌k g yk i l o g r a y千戈瑞ww a t t瓦特m l 、l 、tm i l l i t l i t e r 、l i t e r 、t o n毫升、升、吨m i n 、h 、dm i n u t e 、h o u r 、d a y分钟、小时、天s ss u mo fs q u a r e s方差平方和d fd e g r e eo f 仔e e d o m自由度m sm e a ns q u a r e均方独创性声明本人声明，所呈交的学位( 毕业) 论文，是本人在指导教师的指导下独立完成的研究成果，并且是自己撰写的。尽我所知，除了文中作了标注和致谢中已作了答谢的地方外，论文中不包含其他人发表或撰写过的研究成果。与我一同对本研究做出贡献的同志，都在论文中作了明确的说明并表示了谢意，如被查有侵犯他人知识产权的行为，由本人承担应有的责任。学位( 毕业) 论文作者亲笔签名：日期：论文使用授权的说明本人完全了解福建农林大学有关保留、使用学位( 毕业) 论文的规定，即学校有权送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密，在年后解密可适用本授权书。口不保密，本论文属于不保密。口学位( 毕业) 论文作者亲笔签名：日期：指导教师亲笔日期：1 1 引言第一章绪论等离子体是一种在宇宙中占有9 9 以上比例的物质【l 】，至少是在人类已经认识的物质中它占有如此重要的比例。它可以受电磁场的约束，从而在受控热核聚变上有极其重要的应用。由于人类在未来能源方面的巨大需求，各发达国家政府在受控热核聚变技术研究方面投入了大量的人力、物力和财力。我国对这方面的研究也非常重视，并积极参加热核聚变等离子体研究的国际合作计戈i j ( i t e r ) 。大量的投入推动了等离子体物理、等离子体发生技术以及等离子体诊断技术的飞速发展。等离子体的英文是p l a s m a 。1 9 2 8 年i r v i n gl a n g m u i r 首先使用p l a s m a ( 等离子体) 这一名词，用来表示由电子和离子群组成的近似电中性的电离气体【2 1 。在英文中称作p l a s m a 的东西还有一些，如血浆，夸克一胶子等离子体( q u a r k - g l u o np l a s m a ) ，有人将金属中自由电子与晶格离子的组合以及半导体中电子空穴的组合也称作等离子体。如果是这样的话，我们应该将我们研究的对象称作气体( 或气相) 等离子体，因为它们主要是通过各种气体放电产生的。所谓“低温”等离子体主要是为了区别于受控热核聚变产生的“高温”等离子体【3 】，在那儿等离子体的温度要达到1 0 ，0 0 0 e v 以上，相当于1 0 0 ，0 0 0 ，0 0 0 。这么高温度的物质，在通常条件下无法应用。在工业和科学研究中用的低温等离子体通常其电子温度在几至几十电子伏特之间。根据电子与离子( 中性粒子) 的热平衡状态，低温等离子体还可以再分为非平衡态等离子体( f l z 称冷等离子体，其表观温度接近或略高于环境温度) 与平衡态等离子体( 也称热等离子体，其表观温度通常达几千度以上) 。低温等离子体的应用范围很广，近年来许多国家对低温等离子体的应用做了大量研究，其中包括低温等离子体对物体的杀菌研究。本文基于前人低温等离子体的杀菌研究，将低温等离子体应用到鱼体表面的杀菌预处理，以期能够解决鱼类在贮藏过程的腐败变质问题。因此采用低温等离子体对鱼体进行杀菌预处理具有重要的意义，也是当前急需的一个重要课题。1 2 水产品的腐败机理水产品具有水分含量高、肌肉组织细嫩，组织蛋白酶活性较强等特点，并且水产品体内( 头、鳃、内脏) 携带大量的微生物，容易繁殖，最终导致水产品腐败变质。当水产品失活后，其体内进行着一系列物理、化学和生理上的变化，主要经过“死后僵硬、“自溶 和“腐败变质 三个阶段【4 1 。在开始阶段，糖元无氧酵解生成乳酸，肌肉p h 值下降，组织中的各种酶被激活，肌肉中的a t p ( 腺苷三磷酸) 按以下顺序发生分解：a t p a d p ( 腺苷二磷酸) 一a m p ( 腺苷一磷酸) 一i m p ( 肌苷酸)- - - h x r ( 次黄嘌呤核苷) - h x ( 次黄嘌呤) ，分解释放出的能量使体温上升，同时肌肉的不可逆收缩使肌肉失去伸展性而变硬。a t p 分解完后，肌肉中的酶尤其是蛋白分解酶将蛋白质分解成一系列的中间产物及氨基酸和可溶性含氮物，即进入自溶作用阶段，肌肉组织逐渐软化失去原有的弹性，同时为微生物的生长繁殖提供了有利条件，最后进入腐败变质阶段。微生物分解的各种酶将肌肉组织中的蛋白质、氨基酸进一步分解成n h 3 、三甲胺、硫化氢、硫醇、吲哚、尸胺以及组胺等，使水产品腐败变质而不堪食用 5 1 。由此可见，鱼类的腐败变质主要原因微生物的生长，其次是自溶酶的作用 6 1 ，微生物的活动使新鲜水产品腐败变质，缩短其货架期，结果市场上销售的水产品仅有少量是新鲜的，导致严重的经济损失，因此搞好水产品的保鲜工作不仅有利于提高资源的利用率，还能保障水产品的市场有效供给。1 3 常用的非热力杀菌技术杀菌是食品加工过程中一个重要单元操作，根据食品是否被加热，食品杀菌技术可分为热力杀菌和非热力杀菌。热力杀菌技术是食品工业中普遍采用的方法，根据采用温度不同又分为巴氏杀菌( 低温杀菌) 、高温杀菌和超高温瞬时杀菌( u h t ) ，非热力杀菌技术主要包括物理杀菌和化学杀菌2 种类型 7 j ，物理杀菌主要指：超高压杀菌、高压脉冲电场杀菌、脉冲强光杀菌、微波杀菌、放射线杀菌、紫外线杀菌等；化学杀菌主要是指在食品中通过添加抑菌剂和防腐剂，如臭氧、二氧化碳和抗微生物酶等；非热剂力杀菌技术的研究与应用是食品杀菌技术发展的重要组成部分，也是目前食品研究领域的一个热点，与热力杀菌技术相比，非热力杀菌具有杀菌温度低，能保留食品原有品质不污染环境等优点，但是目前应用还不是很广泛，引起了研究人员的广泛2擅建壅挞塞堂亟堂焦i 金塞低迢笠彦王佳盟鱼佳麦画苤馥班塞重视。现就其中较为常用和先进的非热力杀菌方法加以介绍。1 3 1 超高压杀菌超高压杀菌是2 0 世纪9 0 年代由日本明治屋食品公司首创的杀菌方法，它同加热杀菌一样，将食品经1 0 0 m p a 以上超高压处理，可以杀死其中大部分或全部的微生物，钝化酶的活性，从而达到保藏食品的目的。超高压对微生物的致死作用主要是通过破坏其细胞膜和细胞壁，使蛋白质凝固，抑制酶的活性和d n a 等遗传物质的复制等实现。超高压杀菌是一个十分复杂的过程，受微生物种类、压力大小、加压时间、环境因子等多种因素影响【8 1 。超高压杀菌不仅能保证食品在微生物方面的安全，而且能较好地保持食品固有的营养品质、质构风味、色泽、新鲜程度等。这一技术在一些发达国家已运用于低温消毒，而且作为杀菌技术也日趋成熟。但是，目前超高压杀菌连续生产较少，只能分批操作。同时超高压杀菌还可能因其机械压力引起果蔬在极限压力下变形或组织状态明显改变，因此它主要运用于没有固定形状的果蔬制品中【9 1 ，是不可逆变化。日本明治屋食品公司，采用高压杀菌技术生产果酱，在室温下以4 0 0 - - 6 0 0 m p a 的压力对软包装密封果酱处理1 0 - - 3 0 m i n ，所得产品保持了新鲜水果的口味、颜色和风味。1 3 2 高压脉冲电场自从s a l e 和于h a m i n o n 于1 9 6 7 年发现高压脉冲电场有杀菌作用以来【l o , 1 1 ，许多学者便开始了将这一技术应用于食品贮藏与保鲜过程的探索。高压脉冲技术用于食品灭酶杀菌，主要原理是基于细胞结构和液态食品体系间的电学特性差异。高压脉冲保鲜技术与一般加热杀菌保鲜技术有着本质的区别，它主要是利用强电场脉冲的介电阻断原理，对微生物产生抑制作用，可以克服因加热杀菌引起的蛋白质变性和维生素破坏，主要用于液态食品的杀菌保鲜。当把液食品作为电介质置于电场中时食品中微生物的细胞膜在强电场作用下被电击穿，产生不可修复的穿孔或破裂，使细胞组织受损，导致微生物失活。利用脉冲电场处理大豆，可实现灭酶脱腥，并有效保留大豆的香气，该技术是一种常温下非加热杀菌的新技术，使用该技术应综合考虑场强的大小值、杀菌时间、食品的p h 值、细菌的种类等因素，以确定较佳方案。目前该技术在国际上正处于实验室研究和发展阶段，进一步成熟后很有可能弥补传统杀菌法的不足。高压脉冲电场的杀菌效应是电场强度和处理时间的函数，随着电场强度的增加和3揖建盛盐态堂亟堂焦论塞低渔笠匿：王住盟鱼佳垂四丞琶班红处理时间的延长，杀菌性能随之提高。微生物细胞的大小对于其杀菌效果也有很大的影响，体积越大的细胞对h v p f f 越敏感。这是因为细胞尺寸与电场在膜上诱导的电场强度成比例。国内外很多学者的研究都证明高压脉冲电场对食品中的酵母、各类革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、细菌孢子等菌类有明显的抑制作用，抑菌效果有4 - 6个对数周别1 2 1 。当然，该技术目前还存在一些缺点，如处理装置造价较高，处理效果易受食品的电阻、温度、p h 值、粘度等条件的影响，还需要今后进一步深入研究以使该技术早日大规模地应用于食品工业。1 3 3 辐射杀菌辐射用于水产品及肉类保藏技术的研究已有4 0 多年的历史，辐射处理可有效杀灭致病菌和寄生虫，减少病源性疾病及致死事故，提高肉品安全性( 也称冷杀菌) 。其机理是用电离辐射( 6 0 c o 或1 3 7 c s 放射源产生的y 射线、电子加速器产生的低于1 0 m e v 电子束或y 射线) 对水产品进行辐射处理，以电磁波的形式透过水产品，射线中能量便转移到水产品内的微生物中和其他水分子里，这种能量产生瞬间反应物质会破坏微生物的d n a ，引起基因序列方面的缺陷，微生物在生长和复制自身时便会死亡，这样辐射处理便起到了杀死水产品中病原微生物、细菌及其他腐败菌的作用，从而达到保鲜和延长水产品货架期的目的【1 3 】。辐射包括高压辐射、超声辐射、紫外线辐射等，其保鲜的效果与辐射剂量、介质与状态、温度、微生物的种类等因素有关，当辐射剂量达到一定限量时，肉品会出现一种辐射味，影响感官品质，低于4 5 k g y剂量辐射在冷却肉和7 0 k g y 剂量辐射在冷冻肉上的应用已获f d a 核准【1 4 】。丁增成等对冷冻龙虾辐照杀菌保鲜工艺技术研究发现，将辐射剂量控制在1 5 k g y 即可使杂菌总数控制在1 万个儋以下，在o 1 0 k g y 处理剂量下，辐照对蛋白质无明显影响，并延长了保鲜期【1 5 】。在辐射处理中以紫外线辐射相对安全，应用也较广泛，并且紫外线辐射效率高，操作简便，成本低。朱秋劲等研究了紫外线处理结合混合气体对冷却牛肉保鲜的研究，取得了良好的效果。但是根据绿色食品规定，辐射食品不属于绿色食品，人们对其存在抗拒接受心理，对于其是否存在基因突变，摄入后是否对人体伤害还需要进一步研究。4福建盔拄盔堂亟堂焦迨塞低渔笠高王佳盟鱼佳麦画丞萤班究1 3 4 臭氧杀菌臭氧( 0 3 ) 是氧气的同素异形体。常温下是一种淡蓝色气体，但通常看起来似乎无色，有刺激性腥味，微量时具有一种“清新 的气味，不稳定，容易分解为氧气。臭氧的氧化还原电位仅次于氟，具有很强的氧化能力，利用这一性质可以进行杀菌、消毒、除臭、保鲜等。近年来，臭氧在食品工业中的应用不断高涨，其应用范围日益扩大【1 6 】，特别是有关臭氧在水产品贮藏和加工中的应用研究呈不断增加的趋势。臭氧用于水产品的保鲜是利用其强氧化性，对水产品表面的微生物进行作用，从而减少水产品贮藏期间因微生物作用而引起的品质变化。国外早在1 9 3 6 年就开始对臭氧杀菌技术进行研究，s a l m o n 等【1 7 】用臭氧化水洗涤鱼类及对贝类进行消毒净化。随后我国学者也在许多水产品上进行了研列1 8 】。鱼类主要包括鳗鱼、比目鱼、章鱼、金枪鱼等，贝类有毛蚶、魁蚶、蛏、文蛤等，虾蟹类主要是虾仁。方敏等【1 9 】研究了臭氧水杀灭鱼体表细菌的条件，研究结果表明采用5 m g l 臭氧水冲洗鱼体表面l o m i n ，取得了很好的效果。另外还有关于臭氧用于降解水产品中农残的报道 2 们。臭氧杀菌技术以其广谱、高效、快速等优势成为一种杀菌新技术，被广泛应用1 3 5 微波杀菌微波是指频率从3 0 0 m h z 3 0 0 g h z 的电磁波，。当它在介质内部起作用时，水、蛋白质、脂肪、碳水化合物等极性分子受到交变电场的作用而剧烈振荡，引起强烈的摩擦而产生热，这就是微波的介电感应【2 l 】。微波杀菌不仅具有热效应还具有非热力生物效应。新的研究认为微波能破坏微生物的机体，使活体组织变性，最终导致微生物死亡。微波对微生物的热效应是使蛋白质变性，使微生物失去繁殖和生存的条件而死亡：非热效应是微波电场改变细胞膜断面的电位分布，影响细胞周围电子和离子浓度，从而改变细胞膜的通透性，微生物从此营养不良，不能正常新陈代谢，微生物结构功能紊乱，生长发育受到抑制而死亡。利用微波杀菌，处理时间短，容易实现连续生产，不影响食物原有的风味和营养成分并由于其穿透性好，可进行包装后杀菌。目前已被应用于食品工业中比较先进的微波处理系统主要是由微波发生器、波导管连接器及处理室等部分构成，它能够以食品内极微小的温度差异对连续流动的食品进行快速的杀菌处理。当然目前的微波保鲜技术也还存在一些不足，例如它对某些肉食品保鲜效果不明显，对某些食品的营养成分也有一些影响。51 4 低温等子体杀菌技术的历史和研究现状等离子体是气体在加热或强电磁场作用下产生的，主要由电子、离子、原子、分子、活性自由基及射线等组成，被称为继固态、液态、气态以外的新的物质聚集态，即物质第四态。等离子体杀菌作为一种新兴的杀菌方法，其特点有：( 1 ) 杀菌温度低；( 2 ) 杀菌速度快，一般在几分钟到几十分钟内就可达到杀菌效梨2 2 1 ，( 3 ) 不产生副产物，不产生有毒残留物，不需要解毒时间，对环境和操作人员安全【2 3 1 ；( 4 ) 杀菌全面，如高频空间等离子体可以对器皿的各个角度进行有效杀菌。顾春英等【2 4 2 5 2 6 】在国内最早采用沿面放电等离子体臭氧发生器对金黄色葡萄球菌a t c c6 5 3 8 、大肠埃希菌8 0 9 9 、枯草杆菌黑色变种芽孢a t c c9 3 7 2 进行了表面杀菌实验，结果表明，等离子体臭氧可有效杀灭载体表面上的细菌繁殖体，杀灭9 9 9 的金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌分别需要2 0 m i n 、3 0m i n ，但其对芽孢的杀灭效果较差，2h杀灭率为7 0 ；而载体表面有机物的存在对杀菌有不利影响。在国外，m e n a s m 于1 9 6 8 年最早申请了专利。他在常压下利用射频等离子体对筒状器物内壁进行杀菌，等离子体由线一管式电极产生，在1m i n 内使芽孢数减少6 个数量级。k e l l y 等( 2 7 】在研究1 种新的辉光放电等离子体( o a u g d p ) 空气杀菌器对物体表面的金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、嗜热脂肪杆菌和枯草杆菌的杀灭效果时发现，其对聚丙烯表面的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌作用3 0 s ，就可使其减少6 个数量级；对枯草杆菌作用5m i n 就可减少5 个数量级；对嗜热脂肪杆菌作用7m i n 就可减少3 个数量级。b i a l a s i e w i c z 等【2 8 】研究了等离子体对日常外科手术器械( 如钢剪、环形锯、微型静脉剥除器和冲洗机等) 的杀菌效果发现，其可使微生物减少超过6 个数量级。l a r o u s s i等【2 9 】对温度在等离子体杀菌中的作用进行研究，结果显示，在标准功率的等离子体下，被观测到的温度增值只有2 1 ，表明温度不是等离子体杀菌的主要因素，并同时指出活性粒子( 如o 、o h 、n 0 2 ) 在杀菌中起了最主要的作用。m a r s i l i 等【3 0 】以食品中常见的大肠杆菌、沙门肠炎菌及酵母菌为对象，采用高压脉冲放电，同时，向待处理菌悬液中通入空气。结果显示，放电产生大量的臭氧、活性粒子、自由电子和紫外光，在峰值电压为2 8 k v 、5 0 s 时，活菌数大大减少，其中，肠炎菌及大肠杆菌在通入空气下的细菌杀灭率为1 0 0 。日本的d a r n b a d a r j a a 等利用微波激发氩等子体，证实了等离子体不仅能够杀灭物体表面的大肠埃希氏菌，而且通过改变各个等离子体处理参数，找到了影响该微生6氇建壅挞太堂亟堂焦途塞低温笠盛王链盟鱼佳垂画苤西班荭物杀灭率的条件。而美国自2 0 世纪9 0 年代起，利用等离子体对食品表面进行杀菌消毒就获得了美国食品和药物管理局( f d a ) 的批准，并且很快应用于商业【3 1 1 。实践证明，各类品表面的大肠杆菌经空气等离子体2 0s 9 0m i n 处理，细菌总数可下降2 ，- - 7 个对数值【3 2 1 。诺克司维尔的田纳西州大学( u t k ) 等离子体科学实验室开发的一个大气压下均匀辉光放电( o a u g d p ) 系统，能够在常压( 1 a t m ) 、室温条件下，利用射频激发空气等离子体，并根据该技术研制了各类等离子体反应器。他们开发的m o d i v 反应器以及随后由日本学者开发的组合大气压下冷等离子体发生器【3 4 】，可将待杀菌消毒产品置于反应器腔体内，使其表面直接受到活性粒子的轰击以达到杀菌消毒目的。如使用r e r 反应器，则可以使这些物料在远离等离子体( 至少距等离子体发生中心2 0 c m ) 的范围内被空气强制对流，被迫沿着迂回的通道流经3 个或更多折板，这使得杀菌消毒产品可以不与等离子体直接接触【3 5 1 ，在一定意义上克服了某些领域不能应用该技术的限制，为该技术的应用开辟了更为广阔的前景。电极形式的不同也会对杀菌效果产生一定的影响。王黎明等 3 6 】采用脉冲电场对胡萝b 汁中啤酒酵母和大肠杆菌进行了研究，结果表明，平板电极产生的等离子体的处理效果要优于同轴电极。放电气体决定了产生的各种活性粒子，杀菌效果也相应地受到影响。l e r o u g e 等【3 7 】分别以0 2 、0 2 和氩气、0 2 和h 2 、c o s 、0 2 和c f 4 作为放电气体，采用微波等离子体反应器对枯草芽孢杆菌进行杀菌研究，结果表明，在其他条件保持不变的情况下，通入0 2 和c f 4 混合气体，且0 2 与c f 4 体积比为8 8 ：1 2 时，杀菌效果最好。等离子体杀菌对有机物的影响主要表现在表面杀菌中。a l f a 等【3 8 】研究了等离子体杀菌对物体载体的杀菌效果受有机物影响的情况，发现1 0 的血清和0 6 5 的盐使杀灭效果减弱。h o l l e r 等3 9 1 研究结果表明，5 的全血对低温等离子体杀菌的杀菌效果无明显影响，但1 0 的全血会降低杀灭效果。因此，研究者建议，等离子体不能用于被全血和盐污染的器械的杀菌，尤其是狭窄腔体如内窥镜的杀菌，如要使用，应先将器械上的血和盐清洗干净。近几年，较多研究表明，高频电场或辉光放电产生的等离子体，可以在真空状态下或在正常大气压下，产生具有抗微生物的活性自由基粒子，这些粒子可撞击和杀灭微生物，还可和微生物发生氧化，产生二氧化碳和水【训，与l a l o u s s i 等和s o l o s h e n k o等【4 2 】的研究结果一致。k o u l i k 掣4 3 】贝0 总结性地指出，等离子体中所包含的活性氧原7福建盔盐太堂亟堂僮i 金塞低湿笠彦王佳盟鱼住塞画丞西砑荭子、氧分子以及等离子体所产生的辐射将破坏细菌的细胞膜、d n a 及蛋白质，具体作用机制包括：( 1 ) 等离子体化学反应作用，例如对细菌所产生的氧化和腐蚀作用将加速细菌的死亡；( 2 ) 等离子体中大量活性自由基及电子的轰击作用，这主要取决于电流密度和电场强度；( 3 ) 紫外线的辐射作用；( 4 ) 对表面细菌的融蚀作用。但在杀菌过程中起主要作用的因素目前还无定论，有待今后深入研究。等离子体杀菌效果还受到放电电极正负极性4 4 1 、液相放电中的放电介质【4 5 1 、脉冲放电中脉冲宽度和脉冲个数【4 6 1 、电源波形等的影响。与其他杀菌方法一样，等离子体杀菌也存在一些问题：( 1 ) 等离子体杀菌基本上是安全的，但在实际应用上还存在一定的问题，例如等离子体中的射线、活性粒子、强紫外光等都可能引起生物机体的损伤；( 2 ) 气体等离子体的毒性与通入气体的种类有关，如氯气、溴和碘蒸气会产生对人有毒的残留气体，使用时应给予充分注意；( 3 ) 等离子体的穿透性尚不能确定，因此，对吸收性材料，如纤维素、纸、布等，及复杂物品和细长管状物品杀菌的有效性不能保证；( 4 )设备制造技术难度大，费用高。但等离子体杀菌技术作为一种新兴的杀菌方法，以其独特的优势已展示出强大的生命力，将有效地推动低温杀菌技术的发展。目前，很多技术尚不完善，理论尚不清楚，要进行大规模的工业化应用还需要进行深入研究工作：( 1 ) 充分研究等离子体杀菌的机理，以使等离子体的优点得到有效地应用；( 2 ) 在各国学者研究的基础上考察影响杀菌效果的因素，从而设计出合理的电源、合适的反应器，选择更有效的反应参数，以降低能耗，实现低温、快速、安全、有效地杀菌，为工业化应用降低成本；( 3 ) 进一步考察该方法与其他方法的区别，优化工艺流程，充分发挥其在最适宜领域的杀菌优越性。1 5 本研究目的、意义和内容我国是水产渔业大国，自9 0 年代以来我国渔业进入了快速发展时期。1 9 9 0 年，我国水产品产量为1 2 3 7 万吨，居世界首位，1 9 9 8 年的总产量己达到3 9 0 6 6 5 万吨，占全球总量的1 4 ( 其中养殖产量为2 1 8 1 9 5 万吨，占总产量的5 6 ) ，人均占有量也己达到世界水平【4 7 】。随着社会主义市场经济大环境的改善和人民生活水平的提高，我国的渔业发展更是突飞猛进，2 0 0 1 年水产品总产量则高达4 3 8 2 1 万吨【4 引，占整个农业总产值的1 0 ，成为我国农业的重要组成部分2 0 0 8 年我国水产品总产量4 8 9 0 万吨，站世界水产品总量的3 0 以上，居世界第1 位，进出口总量6 8 4 8 万吨，进出口值1 6 0 28趱毽盔链态堂亟堂焦i 金塞低渔笠邕王住盈鱼住塞西苤萤班五亿美元，其中出口1 0 6 亿美元，进口5 4 2 亿美元。渔业发展和繁荣的同时推动了水产品深加工和保鲜技术的发展和应用，也给水产品保鲜技术提出了更高的要求。加之消费者愈来愈关注重食品的质量，因此研究水产品鲜度的保持方法成为了热门课题。而水产品无法长时间保鲜，究其原因是由于其自身携带大量的微生物，从而导致水产品极其容易腐败变质，因此采用低温等离子体对水产品进行杀菌预处理是非常有必要的。1 5 1 研究目的通过对鱼体表面进行不同条件的低温等离子体杀菌处理，得出对鱼体表面杀菌效果的较佳条件；通过测定低温等离子体对鱼体处理前后的营养成份及感官品质的变化，研究低温等离子体的处理时间、强度和真空度三个因素对鱼体品质的影响，探索出低温等离子体对鱼体表面杀菌效果的较优条件，以提高鱼体的保鲜品质，延长其货架期。1 5 2 研究意义鱼类作为消费者喜爱食用的水产品之一，研究其杀菌技术为后人研究水产品杀菌保鲜前处理提供参考借鉴；通过等离子体处理时间、强度和真空度对鱼体表面杀菌效果的影响，得出了低温等离子体对鱼体表面杀菌效果的较佳参数，为低温等离子体杀菌技术的商业化应用提供理论依据；将低温等离子体杀菌技术应用到鱼类的保鲜前处理，扩大了低温等离子体杀菌技术的应用范围，为鱼类保鲜技术的发展起到一个很好的补充作用，也为水产类的保鲜提供一定的参考借鉴和理论依据。1 5 3 研究内容1 ) 低温等离子体对三种不同微生物杀灭效果的研究通过对细菌、霉菌和酵母菌平板进行低温等离子体处理，考察低温等离子体对三种不同微生物的杀灭效果，并以未处理组为对照。2 ) 不同低温等离子体处理条件对鱼体表面杀菌效果的影响选择处理时间、处理强度、真空度以及包装材料为因素，以杀菌效果为指标，考察不同因素对于低温等离子体对鱼体表面杀菌效果的影响。3 ) 鱼体表面低温等离子体较佳杀菌条件的研究以未经过低温等离子体处理的鱼体为对照，综合各因素对杀菌效果的影响，研究鱼体表面低温等离子体较佳杀菌条9福建丛盐盔堂亟堂焦途室低渔笠直王佳盟鱼佳垂画丞菌班究件。4 ) 低温等离子体处理对鱼体品质影响的研究以未经过低温等离子体处理的鱼为对照组，考察低温等离子体预处理时间对鱼体品质的影响。5 ) 低温等离子体与臭氧对鱼体表面杀菌效果对比的研究通过对鱼体进行低温等离子体处理和臭氧处理，对两种不同方法的杀菌效果进行比较。1 02 1 引言第二章低温等离子体对微生物杀灭效果的研究低温等离子体【4 9 】杀菌是将所要处理的微生物置于低温等离子体环境中，对微生物进行低温等离子体的杀菌处理。到目前为止，常压低温等离子体已经得到较好的研究并广泛应用于材料加工、环境工程、食品加工等领域。现在常压低温等离子体可以由很多方式产生，例如利用微波源、射频源、交流电源、直流电源等产生常压低温等离子体，实验装置及电极的形状也各有不同。在环境工程方面，常压低温等离子体的消毒及杀菌的研究，近年来受到人们越来越多的重视。传统的消毒方法一般采用湿法消毒，即液体溶剂消毒。这不仅会使金属器皿或医疗器械在进行湿法消毒时，表面受到一定的侵蚀，从而影响其工作性能，而且湿法消毒会对环境造成一定的污染。而常压低温等离子体的消毒杀菌具有安全、简便、低温、快速等优点，它所特有的杀菌环境和杀菌机制，尤其适用于不耐高温高压的热敏性器件、金属器件、电子探头传感器等的杀菌消毒。而且，常压低温等离子体消毒不会给环境带来污染，是一种较理想的消毒方法。事实上，早在一百多年前人们就开始用电能来净化水，但真正的以等离子体为生物媒介进行的消毒与杀菌的研究，是在最近几十年才开始的。利用射频电源激发空气或过氧化氢气体，形成的低温等离子体能够对不耐高温高压的各类热敏性器械进行杀菌消掣5 0 】。这类器械包括一些玻璃器皿如输液瓶，一些由塑料、硅橡胶等高分子材料制成的器械等。将上述器械置于等离子体反应器的平行板电极之间，使气体放电，可以实现器械内外表面的杀菌消毒，如果同时加入消毒剂利用微波使之气化，则杀菌效果会更好。利用不同形状大小的反应腔还可以对大批量的器械进行杀菌消毒。由于整个过程温度不超过5 0 ，使得该技术能够应用于大部分的热敏性器械。在外科手术中，需要对大量器械进行杀菌消毒，如钢剪、环形锯、冲洗机等。在牙科诊所，由于各种金属器械需直接接触病患的口腔，需要经常清洗和消毒。为解决灼烧器械对器械造成的破坏，采用等离子体技术对这类金属器械杀菌消毒【5 l 】是非常理想的。同时，因该类器械多数形状不规则，有些不能置于等离子体反应器的平行板电极之间，采用远程等离子体技术有效地弥补了这一技术的不足，它可以在对金属器械表面杀菌的同时，避免因等离子体蚀刻作用而造成的器械表面损伤，保证了金属器械的机械强度和韧性【5 2 1 。在小型医疗机构中，一些医疗用品不可避免地需要反复使用，这些用品包括福建壅挞去堂亟堂僮逾塞低量笠盔王住盟鱼佳塞画苤菌班究易碎容器、绷带、用后易处置的塑料制品等。通常这些用品需要及时且快速地消毒，才能满足诊疗要求。常压下辉光放电等离子体技术为此提供了可能性【5 1 , 5 3 1 。该技术能够广泛地杀灭病原菌，包括对抗菌素和化学消毒具有抵抗力的细菌、真菌和孢子。另外，更为方便的是，这些医疗制品可以密封在标准的医用杀菌袋内经等离子体轰击而达到杀菌消毒目的。本实验通过对三种不同的微生物进行低温等离子体杀菌处理进行初步研究，从处理时间及处理强度入手来研究低温等离子体的杀菌效果，综合探讨低温等离子体的杀菌效果。2 2 材料与设备2 2 1 微生物菌种细菌、酵母菌和霉菌，通过接种，分离纯化得到。2 2 2 实验材料盖玻片( 1 8 * 1 8 m m )2 - 2 3 主要仪器设备d t - 0 1 型等离子体处理仪；2 0 0 4 型恒温水浴锅；s p x 2 5 0 智能生化培养箱；h h 一4型数显恒温水浴锅；y x q l s 7 5s i i 立式压力蒸汽杀菌器装机；超净工作台。2 3 试验方法2 3 1 菌种制备从腐败鱼体表面选取细菌、酵母菌和霉菌，分别进行纯化培养，备用。2 3 2 杀菌前处理工作培养基的制作，分别制作用于培养细菌的营养琼脂培养基及用于培养霉菌和酵母菌的孟加拉红培养基。营养琼脂培养的制备：蛋白胨( 1 0 9 ) ，牛肉膏( 3 9 ) ，氯化钠( 5 9 ) ，琼脂( 1 5 - 2 0 9 ) ，蒸馏水( 1 0 0 0 m 1 ) ，将除琼脂以外的各成分溶解于蒸馏水内，加入1 5 氢氧化钠溶液约2 m l ，校正p h 至7 2 - - , 7 4 。加入琼脂，加热煮沸，使琼脂溶化。分1 2揭缝盔盐太堂亟土堂僮诠塞低迢笠彦王住过鱼佐垂画苤琶班冠装烧瓶，1 2 1 高压杀菌1 5 m i n 。孟加拉红培养基的制各：蛋白胨( 5 9 ) ，葡萄糖( 1 0 9 ) ，磷酸二氢钾( 1 9 ) ，硫酸镁( m g s 0 4 7 h 2 0 ) ( o 5 9 ) ，琼脂( 2 0 9 ) ，1 3 0 0 0 孟加拉红溶液( 1 0 0 m 1 ) ，蒸馏水( 1 0 0 0 m 1 ) 氯霉素( o 1 9 ) 。上述各成分加入蒸馏水中溶解后，再加孟加拉红溶液。另用少量乙醇溶解氯霉素，加入培养基中，分装后，1 2 1 杀菌2 0 m i n 。2 3 3 低温等离子体对细菌较佳杀灭条件的确定以处理时间、处理强度及真空度为影响因素，对细菌进行不同条件的低温等离子体处理。以未处理组为对照，通过测定处理前后细菌菌落数，分别确定对细菌杀灭的较佳时间、强度以及处理真空度。然后综合处理各因素的影响，得出对细菌的较佳杀灭条件。2 3 3 1 低温等离子体对细菌较佳处理时间的确定在固定的处理强度( 3 0 0 w ) 及处理真空度( 1 0 1 2 7 5 p a ) 的情况下，对细菌进行不同时间( 5 m i n 、1 0 m i n 、1 5 m i n ) 的杀菌处理，在所选时间范围内确定较佳杀菌时间。2 3 3 2 低温等离子体对细菌较佳处理强度的确定在固定的处理时间( 1 5 m i n ) 及处理真空度( 1 0 1 2 7 5 p a ) 的情况下，对细菌进行不同强度( 1 0 0 w 、2 0 0 w 、3 0 0 w ) 的杀菌处理，在所选强度范围内确定较佳杀菌强度。2 3 3 3 低温等离子体对细菌较佳处理真空度的确定在固定的处理时间( 1 5 m i n ) 及处理强度( 3 0 0 w ) 的情况下，对细菌进行不同真空度( 1 0 1 2 9 5 p a 、1 0 1 2 8 5 p a 、1 0 1 2 7 5 p a ) 的杀菌处理，在所选真空度范围内确定较佳杀菌真空度。2 3 4 低温等离子体对酵母菌较佳杀灭条件的确定以时间、强度及真空度为影响因素，对酵母菌进行不同条件的低温等离子体处理。以未处理组为对照，通过测定处理前后酵母菌菌落数，分别确定对酵母菌杀灭的较佳处理时间、较佳处理强度以及较佳处理真空度。然后综合各处理因素的影响，得出对酵母菌的较佳杀灭条件。1 3福建盛盐叁堂亟堂僮论室低渔笠韪王住怼鱼住塞画苤萱班宜2 3 4 1 低温等离子体对酵母菌较佳处理时间的确定在固定的处理强度( 3 0 0 w ) 及处理真空度( 1 0 1 2 7 5 p a ) 的情况下，对酵母菌进行不同时间( 5 m