脉冲放电杀菌技术及其应用研究进展
脉冲放电杀菌技术及其应用研究进展
发表时间：2019-12-23T10:23:30.420Z 来源：《电力设备》2019年第18期作者：周璐樊爱龙
[导读] 摘要：在科学发达的今天,动物传染病和人类传染病仍在大肆流行。目前,主要有3种形式的疫苗,即减毒活疫苗、灭活疫苗和基因工程疫苗。
(辽宁科技学院辽宁本溪 117004)
摘要：在科学发达的今天,动物传染病和人类传染病仍在大肆流行。目前,主要有3种形式的疫苗,即减毒活疫苗、灭活疫苗和基因工程疫苗。尽管减毒活疫苗曾起到了巨大的作用,但随着科学的发展和时间的推移,减毒活疫苗有返祖和基因重组的现象,因此,目前已逐渐降低其使用度。基因工程疫苗是近十来年发展起来的一种新型疫苗,但是研制一种新的基因工程疫苗耗时长、投资大,还可能存在生物安全问题。故短期内在应对突发的传染病时不可能取得明显成效,而灭活疫苗却能够在短时内取得预期的效果。
关键词:脉冲电场；病原体；灭活
一、化学试剂杀菌机理
当前的灭活疫苗大部分使用福尔马林、β-丙内脂、乙烯亚胺、苯酚、柳硫汞等化学试剂进行灭活。这些化学试剂主要机理是作用于病毒核酸及病毒壳蛋白、病原体的DNA和RNA,改变细胞膜通透性,导致微生物蛋白变性或凝固,改变蛋白与核酸功能基团的因子,作用于细菌胞内酶的功能基(如SH基)而改变或抑制其活性。如福尔马林对病毒灭活的机理主要作用于病毒核酸及病毒壳蛋白。灭活的主要部位是福尔马林与病毒中含有氨基的核苷酸(腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶)发生反应。福尔马林与病毒蛋白的作用直接使氨基酸或氨基酸集团暴露,引起蛋白质变性以阻碍核酸从病毒颗粒中释放,使病毒失去感染力。20世纪60年代猪瘟灭活疫苗的失败可能与灭活剂改变表面蛋白的结构与功能有关系。β-丙内脂的作用机理可能是作用于病原体的DNA和RNA。
尽管化学试剂在疫苗制备过程中起着非常重要的作用,但是在杀菌作用的同时对动物机体具有一定的副作用,甚至在动物体内残留。如甲醛除了上述的功用外,同时具有强烈的致癌和促癌作用。长期接触低剂量甲醛可引起慢性呼吸道疾病,引起鼻咽癌、结肠癌、脑瘤、月经紊乱、细胞核的基因突变,DNA单链内交连和DNA与蛋白质交连及抑制DNA损伤的修复、妊娠综合征,引起新生儿染色体异常、白血病,青少年记忆力和智力下降。β-丙内脂本身具有致癌性,虽可被加温水解对人体无害,但对工作人员仍有致癌作用。β-丙内脂还可以改变人血清白蛋白的性质,引起人体全身性的变态反应。
因此,有必要寻找既能杀灭细菌、不破坏细菌抗原的结构,又能对环境、对人类安全的病原体灭活方法。而脉冲电场杀菌技术正好具备这些条件。
二、脉冲电场杀菌机理
脉冲电场杀菌的机理主要有以下几个方面:①强电强通透杀菌效应。利用强电场所引起的微生物细胞的穿孔效应来杀菌。由于微生物细胞膜的外表面和膜内具有一定电势差,当一个外部的电场加到细胞两端时,会使细胞膜内、外电势差增大,细胞膜的通透性剧增,细胞膜上会出现许多小孔,产生不可逆的损失,导致细胞不可逆破裂和最终死亡。②强烈冲击波杀菌效应。当液体物料中产生脉冲放电时,储能系统(例如储能电容器组)把储存的大量能量在瞬间释放出来,液体介质被击穿而形成放电通道,产生极大的脉冲冲击电流,使细菌细胞膜破裂、压碎、死亡。③脉冲放电化学杀菌效应。液体物料中在脉冲放电时产生的化学效应也强化和加速了细菌的死亡。由于脉冲放电的大电流及由此而产生的强磁场作用、电解电离作用,在液体物料中会产生许多等离子体和基本粒子,如激励状态下的H+、OH-、H2O离子团、O、H原子、O2、H2、臭氧分子、光子等。它们在强电场的作用下极为活跃,有些基本粒子还能穿过已提高通透性的细胞膜而与细胞膜内的生命物质如蛋白质、核糖核酸等相结合,使之变性,死亡。④电离作用。在外加电磁场的作用下,电解质电解出阴、阳离子。这些阴、阳离子在强电磁场的作用下极为活跃,穿过本来就已经提高通透性的细胞膜,与微生物内的生命物质如蛋白质、RNA作用,因而阻断了细胞内正常化反应和新陈代谢的进行。
三、国外对脉冲电场的应用研究
自从SaleAJH等发现高压脉冲电场有杀菌作用以来,许多研究者对此表现出浓厚的兴趣。HulshegerH等测定了不同电场强度和不同处理时间对液态食品中微生物的影响。1992年JayarametaS等应用高强度脉冲电场抑制短乳杆菌,得出细胞破坏是由于强电场导致的细胞壁破裂的结论。Elez-MartínezP等对果汁中的啤酒酵母用高压脉冲电场进行处理,对产生高压脉冲电场的参数(电场宽幅,处理时间,脉冲极性,频率,脉冲宽幅)进行了评价,并且与巴氏消毒法进行了比较。结果表明,高压脉冲电场对啤酒酵母的杀灭很有效。GarcíaD等对两株革兰阳性菌(枯草芽孢杆菌和李斯特菌)和6株革兰阴性菌(2株大肠埃希菌,1株假单胞菌,2株沙门菌,1株小肠结肠炎耶尔森菌)用脉冲电场处理后的亚致死情况的检测,发现革兰阳性菌在pH7.0的情况下对脉冲电场具有一点抵抗力,而革兰阴性菌在pH4.0的情况下对脉冲电场的抵抗力更大一些。
GómezN等对苹果汁中的李斯特菌在不同pH的条件下进行了脉冲电场杀灭研究。结果表明,在低pH、高压脉冲电场的条件下对李斯特菌杀灭效果很好。Sobrino-LópezA等对金黄色葡萄球菌通过一种表面应答反应方法进行高压脉冲电场处理。研究中将金黄色葡萄球菌悬于牛奶之中,采取不同的脉冲数,不同的脉冲宽度,不同的脉冲极性。研究发现,脂肪的含量与葡萄球菌的杀灭没有太大的关系,双极脉冲杀灭葡萄球菌的效果要优于单极。在持续脉冲放电的情况下,短而高的脉冲杀菌效果要优于长而低的脉冲。PerniS等将大肠埃希菌K12血清型和鼠伤寒沙门菌在一个电场强度为100kV/cm、30脉冲/s、每次32ms、总共持续300s的条件下进行处理。然后在培养基上进行培养,大肠埃希菌减少了2个数量级,而鼠伤寒沙门菌减少了1个数量级。在对处理后的活菌进行计算,仅仅只有1%的细菌没有受到破坏。GachovskaTK等对苹果汁中的大肠埃希菌通过高压脉冲电场和紫外线交替进行杀菌,结果表明,二者交替使用对大肠埃希菌具有很好的抑制作用。LeeMH等对200g/L的盐水和9g/L的生理盐水中的李斯特菌用12V电流,1个脉冲完全灭活菌在3ms内完全灭活。电镜观察表明,盐水中的单核细胞结构破坏,说明AHVP对盐水或生理盐水中的李斯特菌灭活是迅速和有效的。BurdgeJJ等用高压脉冲电场对因糖尿病而引起下肢损害进行辅助性的治疗。对30名糖尿病病人45处溃疡经过14 .2周的治疗,结果35处的溃疡得到了治愈。NuccitelliR等用高压脉冲电场对17只动物黑色素瘤引起肿瘤供血障碍的患者进行了治疗,经过47d的治疗后,在未来的4个月,这些黑色素瘤没有出现复发现象。
四、展望
高压脉冲电场杀菌的特点,特别符合疫苗制备过程中抗原灭活。但是到目前为止,国内外还没有这方面的相关报道。如果利用高压脉冲对病原体进行灭活后仍然具有免疫力,那么这将有可能会对抗原的灭活技术带来一场革新。因为利用脉冲电场杀菌具有很多优点:①时间短。
脉冲强光对大肠杆菌的杀菌实验
脉冲强光对大肠杆菌的杀菌实验 1.实验装置以及参数 自制脉冲强光杀菌装置，该装置采用电容式脉冲发生电路，手动控制，使用直管型脉冲强光灯做脉冲光源，用半圆柱形反光面对脉冲光源聚光。经测试，装置所发出脉冲强光波长范围为200~1100nm, 脉冲强光的脉冲宽度为20μs，最大输入能量为644J。该装置光照强度、闪照次数、闪照间隔、受照射物体离光源的距离均可调节控制。 2.实验方法 2.1 菌液的制备 将斜面试管中的大肠杆菌活化,在无菌超净工作台中接种于无菌水中, 接种量控制在106～107个/ml。 2.2 处理方法 每个直径为75 mm平皿盛入一定体积的待处理菌液,放在杀菌处理室中央,与光源地距离2 cm,按照设定的工艺参数进行脉冲强光闪照处理,每次重复试验3次。 2.3 试验参数设置 光照强度: 0. 2, 0. 25, 0. 3, 0. 375,0. 5, 0. 625, 0. 75 J /cm2 ; 闪照次数: 1, 2, 4, 8, 16;菌液厚度:3. 4, 6. 8, 10. 2, 13. 6, 17 cm;菌液透光率: 1, 2, 4, 8, 16, 32;菌液浓度(稀释倍数) : 10, 100, 1 000倍。 2.4 大肠杆菌致死检验 将处理完的菌液按1 ∶10 稀释,选取10- 2 , 10- 3 , 10- 4 , 10 - 5 , 10 – 6,5个稀释度,每个稀释度做3次重复试验,记数时取平均值。菌检使用蛋白胨培养基。经培养后与对照组(未经处理的同样菌种)进行比较。 将处理过的菌用平板计数法进行活菌数的检测。 杀菌率= [ (对照残菌数- 处理残菌数) /对照残菌数]×100% 选择光照强度、闪照次数、菌液厚度、菌液透光率、菌液浓度作为影响因素。 3. 实验结果
除菌过滤技术及应用指南
除菌过滤技术及应用指南 （征求意见稿） 国家食品药品监督管理总局 食品药品审核查验中心 二〇一六年十一月 目录 1. 目的 (1)
2. 定义 (1) 3. 范围 (1) 4. 过滤工艺及系统设计 (1) 4.1 过滤工艺的设计 (1) 4.2过滤系统的设计 (3) 5. 除菌过滤验证 (4) 5.1 除菌过滤验证概述 (4) 5.2 细菌截留试验 (5) 5.3 可提取物和浸出物 (6) 5.4 化学兼容性 (8) 5.5 吸附 (8) 5.6 基于产品完整性试验 (9) 5.7 再验证 (9) 5.8 气体过滤器验证 (10) 5.9 一次性过滤系统验证 (10) 6. 除菌过滤器、系统的使用 (10) 6.1 使用 (10) 6.2 灭菌 (12) 6.3 完整性测试 (13) 6.4 重复使用 (16) 6.5 气体过滤器特殊考虑因素 (16) 6.6 一次性过滤系统 (17) 7. 减菌过滤工艺 (18) 8. 术语解释 (19) 9. 参考文献 (22)
除菌过滤技术及应用指南 （征求意见稿） 1.目的 为指导和规范除菌过滤技术在无菌药品生产中的应用，保证无菌药品的安全、有效和质量稳定，依据《药品生产质量管理规范》及附录，制定本指南。 2.定义 本指南中的除菌过滤是指采用物理截留的方法去除液体或气体中的微生物，以达到无菌药品相关质量要求的过程。 3.范围 本指南包括除菌过滤系统的设计、选择、验证、使用等内容，适用于无菌药品从工艺开发到上市生产的整个生命周期。 4.过滤工艺及系统设计 4.1 过滤工艺的设计 过滤工艺设计时，应根据待过滤介质属性及工艺目的，选择合适的过滤器并确定过程参数。 除菌过滤工艺应根据工艺目的,选用0.22微米或更小孔径的除菌级过滤器。0.1微米的除菌级过滤器通常用于支原体的去除。
超高温杀菌技术
超高温杀菌技术 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
新型商业杀菌技术 蔡晨 1010821238 1、超高温杀菌技术 （1）基本原理:按照微生物的一般致死原理，微生物在高于其生长温度区域最大值的热环境中，必然受到致命的损害，且随着受热时间的延长而加剧，直至死亡。 （2）优缺点:UTH使产品达到较长保质期的基本条件是达到杀菌效率和钝化酶，此外需尽量减小产品在高温处理下可能发生的营养损失、产品褐变、蛋白质凝固沉淀等物理化学变化。产生褐变及其它缺陷的危险性较小，生产工艺条件较易控制，能更好地保存食品的品质和风味。但强烈的热处理对产品的外观、味道和营养价值都会产生一定的不良影响。 应用领域:乳制品、果汁制品的灭菌加工。高温杀菌现在分两种一种是饮料，豆浆等液体物料包装前杀菌，这种一般用的是管式超高温瞬时杀菌设备，还有一种高温杀菌技术是用的杀菌锅，适应于食品耐热包装之后的杀菌。 2、欧姆加热法超高温杀菌技术 （1）基本原理:欧姆加热就是利用物料本身的电阻特性直接把电能转化为热能的一种加热方式，它克服了传统加热方式(对流加热，热传导，热辐射)中物料内部的传热速度取决于传热方向上的温度梯度等不足，实现了物料的均匀快速加热。当物料的两端施加电场时，物料中有电流通过，在电路中把物料做为一段导体，由于物料的电阻特性，利用它本身在导电时所产生的热量达到加热的目的。 （2）优点:加热速度快、容易控制；加热均匀；能量利用率高。 缺点：目前该技术在研究应用中存在几个主要问题，加热速度的控制；对于非均质的复杂食品物质，各部分电阻都不同，在通电时内部电流能否均匀分布成为影响加工品质的关键；在接触式欧姆加热解冻中，应研制一种耐腐、无污染的电极与物料接触，避免产生电流集中现象，引起局部过热；在浸泡式欧姆加热解冻中，浸泡介质的电导率是影响解冻速率和物料内部温度分布均匀性的重要因素，其影响机理尚不明确，有待进一步研究；颗粒杀菌值的评估与计算问题尚未很好解决；颗粒食品的输送、混合及如何平均地充填于每一容 器中等技术问题；含颗粒食品的密度过大或过小难以保障加热效果；利用欧姆加热时的欧姆加热设备的投资较大，现在的电力价格还相当高，欧姆加热目前仅对酸性食品的加热人们对欧姆加热的高质量产品还没有充分的认识，商业应用尚不广泛。 （3）应用领域:欧姆加热法是一项新技术，可用于食品中的杀菌、解冻、漂烫。根据欧姆
超高温杀菌技术
新型商业杀菌技术 蔡晨1010821238 1、超高温杀菌技术 （1）基本原理:按照微生物的一般致死原理，微生物在高于其生长温度区域最大值的热环境中，必然受到致命的损害，且随着受热时间的延长而加剧，直至死亡。 （2）优缺点:UTH使产品达到较长保质期的基本条件是达到杀菌效率和钝化酶，此外需尽量减小产品在高温处理下可能发生的营养损失、产品褐变、蛋白质凝固沉淀等物理化学变化。产生褐变及其它缺陷的危险性较小，生产工艺条件较易控制，能更好地保存食品的品质和风味。但强烈的热处理对产品的外观、味道和营养价值都会产生一定的不良影响。 应用领域:乳制品、果汁制品的灭菌加工。高温杀菌现在分两种一种是饮料，豆浆等液体物料包装前杀菌，这种一般用的是管式超高温瞬时杀菌设备，还有一种高温杀菌技术是用的杀菌锅，适应于食品耐热包装之后的杀菌。 2、欧姆加热法超高温杀菌技术 （1）基本原理:欧姆加热就是利用物料本身的电阻特性直接把电能转化为热能的一种加热方式，它克服了传统加热方式(对流加热，热传导，热辐射)中物料内部的传热速度取决于传热方向上的温度梯度等不足，实现了物料的均匀快速加热。当物料的两端施加电场时，物料中有电流通过，在电路中把物料做为一段导体，由于物料的电阻特性，利用它本身在导电时所产生的热量达到加热的目的。 （2）优点:加热速度快、容易控制；加热均匀；能量利用率高。 缺点：目前该技术在研究应用中存在几个主要问题，加热速度的控制；对于非均质的复杂食品物质，各部分电阻都不同，在通电时内部电流能否均匀分布成为影响加工品质的关键；在接触式欧姆加热解冻中，应研制一种耐腐、无污染的电极与物料接触，避免产生电流集中现象，引起局部过热；在浸泡式欧姆加热解冻中，浸泡介质的电导率是影响解冻速率和物料内部温度分布均匀性的重要因素，其影响机理尚不明确，有待进一步研究；颗粒杀菌值的评估与计算问题尚未很好解决；颗粒食品的输送、混合及如何平均地充填于每一容 器中等技术问题；含颗粒食品的密度过大或过小难以保障加热效果；利用欧姆加热时的欧姆加热设备的投资较大，现在的电力价格还相当高，欧姆加热目前仅对酸性食品的加热人们对
除菌过滤技术及应用指导原则
除菌过滤技术及应用指导原则 （征求意见稿） 第一章 总则 第一条【目的和依据】为指导和规范除菌过滤技术在无菌药品生产中的应用，保证无菌药品的安全、有效和质量稳定，依据《药品生产质量管理规范》及其附录，制定本指导原则。 第二条【定义】本指导原则的除菌过滤是指：在不给产品质量造成不利影响的前提下，采用物理截留的方法去除液体或气体中的微生物，以达到无菌药品相关质量要求的过程。 第三条【范围】本指导原则包括除菌过滤系统的设计，选择，使用，验证等内容，适用于无菌药品从工艺开发到上市生产的全过程。 第二章过滤工艺设计
第四条【风险评估】过滤工艺设计时，应根据产品属性及工艺目的进行风险评估，从而选择合适的过滤器及并确定过程参数。 第五条【过滤器孔径】除菌过滤工艺应根据工艺目的,选用0.22um或更小孔径的除菌级过滤器。0.1um的除菌级过滤器通常用于支原体的去除。 第六条【产品微生物污染水平】对无菌生产的全过程进行微生物控制，避免微生物的引入。最终除菌过滤器前，料液的微生物污染水平应小于等于10 CFU/100ml。如果过滤前料液微生物污染水平高于10CFU/100ml，则需采取适当的方法,降低其微生物负荷。 第七条【过滤器材质】选择过滤器材质应当充分考察其与料液的兼容性，过滤器不得因与产品发生反应、释放物质或吸附作用而对产品质量产生不利影响。除菌过滤器不得脱落纤维，严禁使用含有石棉的过滤器。 第八条【过滤器面积】合理的过滤膜面积需要经过科学的方法评估后得出。面积过大可能导致产品回收率下降、过滤成本上升。过滤面积过小可能导致过滤时间延长、中途堵塞甚至产品报废。
第九条【过滤器结构和装置】过滤器选择时应注意过滤器结构的合理性，避免存在卫生死角。过滤器内过大的保留体积可能会使产品残留增加，从而降低收率。过滤器进出口存在一定的限流作用，应根据工艺需要,选择合适的进出口大小。对于折叠式滤芯，注意其折叠结构的合理性，避免因过度折叠而高估其有效过滤面积。 第十条【工艺参数的选择】选择过滤器时，应根据实际工艺要求，确定工艺操作时的进出口压差范围、过滤温度范围、最长过滤时间、灭菌温度和时间等工艺参数，并确认这些参数是否在过滤器的可承受范围内。 第十一条【供应商资质和审计】应选择具有除菌过滤器生产能力的供应商。供应商必须进行相关的验证并结合批次放行之前的质量检验来保证除菌过滤器的性能。药品生产企业则应审核供应商提供的验证指南和质量证书来确保选择的过滤器就是除菌级过滤器。药品生产企业应对除菌过滤器供应商进行管理，包括文件审计、工厂现场审计、质量协议和产品变更控制协议的签订等。 第三章过滤系统的设计
冷杀菌技术
冷杀菌技术 杀菌是保证食品安全，延长食品保质期的基本手段。冷杀菌技术也称为非热杀菌技术。它与通常的加热杀菌技术相比，在杀菌过程中食品温度不升高或温升很小，可以避免高温对食品的营养、风味、质地、色泽的不良影响，特别是对于热敏性较强的果品、蔬菜制品的杀菌有非常重要的意义。冷杀菌技术主要包括超高压杀菌、辐照杀菌、高强度脉冲电场杀菌、微波杀菌、脉冲强光杀菌、超声波杀菌、紫外线杀菌、臭氧杀菌等，在食品加工中有广阔的应用前景。这里介绍用于果蔬加工的几种冷杀菌技术。 一、超高压杀菌 超高压技术（ultra-high pressure processing，UHP）是目前受到广泛关注的一项食品加工高新技术，主要应用于食品的杀菌。常用的压力范围是100~1000MPa。其杀菌原理是强大的压力导致微生物的形态结构、生物化学反应、基因机制以及细胞壁、膜发生多方面的变化，从而影响微生物原有的生理活动机能，甚至使原有功能破坏或发生不可逆的变化。一般来说，细菌、霉菌、酵母菌在300 MPa下可致死，细菌的芽孢在600MPa以上的压力下可致死，酶在400 MPa以上的压力下可被钝化。在杀菌的同时，能够较好地保持食品固有的色香味、质构特点和营养品质。高压对食品中营养成分和品质的影响主要表现在以下几方面：
1、对蛋白质的影响：蛋白质在高压下会凝固变性，这种现象称为蛋白质的压力凝固。压力凝固的蛋白质消化性与热力凝固的相同。 2、对淀粉、糖的影响：常温下加压到400~600MPa，可使淀粉糊化，吸水量增加，形成不透明的粘稠糊状物。高压对糖类几乎没有影响。 3、对油脂的影响：常温下加压到100~200MPa，油脂就会凝 固，解压后能恢复原状。 4、由于超高压杀菌在较低温度下进行，因此食品中维生素、色素、香气、风味损失很小。酶作为一种蛋白质，在高压下变性失活，有利于保持食品的营养品质和感官品质。 日本、美国、欧洲在高压食品的研发方面处于领先地位。1990年4月日本的Meidi-Ya公司生产了第一个高压食品——果酱。目前这些国家已有研究和生产超高压的果汁、果冻、果味酸奶、贝类、蛋制品等的报道。超高压处理的果汁，其色泽、风味、营养与未经加压处理的新鲜果汁几乎无差别。日本小川浩史等人分别对柑橘类果汁（pH2.5~3.7)进行 100~600 MPa、5~10min的高压灭菌研究，结果表明，细菌、酵母菌、霉菌数随压力的提高而减少。酵母菌、霉菌、无芽孢细菌可以被完全杀死，但棒杆菌属等枯草杆菌能形成耐热性强的芽孢而有残留。但如果加压至600MPa，再结合适当的低温加热（47~57℃），则可达到完全灭菌的要求。经过超高压处理的果汁达到商业无菌状态，同时果汁风味、组成成分没有发生变化，在室温下可保持数月。所以超高压杀菌是
我国消毒灭菌技术发展及应用
我国消毒灭菌技术发展及应用.txt两个人吵架，先说对不起的人，并不是认输了，并不是原谅了。他只是比对方更珍惜这份感情。 我国消毒灭菌技术发展及应用 -------------------------------------------------------------------------------- 我国消毒灭菌技术发展及应用 军事医学科学院微生物流行病研究所满荫起 1、国家经济发展的带动，我国消毒技术发展较快 1.1 专业队伍扩展:从防疫专业扩展到医院感染控制和临床护理。 1.2 学术交流活跃：除有消毒专业杂志外，医院感染监控、临床护理、环保、保健等杂志均有消毒灭菌技术交流。 1.3消毒意识提高，促进产品开发和应用。特别是“非典”发生，提高了人们自我保护的意识，加强了对消毒技术的认识和产品的需求。 1.4 消毒技术产品开发活跃，专业生产企业发展迅锰。 1.5 产品鉴定方法规范化、标准化，对毒性作用的重视和研究。 1.6 产品审批标准化、规范化、程序化。 1.7 市场监督的开展已是消毒产品质量保证的重要手段。 1.8 消毒产品市场化的进展促进了消毒产品技术提高。 1.9 消毒效果检测技术普及是消毒效果的重要保证。 2、消毒灭菌技术（产品）的发展 2.1化学消毒剂的研究及应用： 2.1.1单药的发展： 50年代：含氯石灰（次氯酸钙） 次氯酸钠 碘酊 乙醇 福尔马林（40%甲醛） 过锰酸钾 酚类（来苏尔） 酸、碱 60至80年代： 环氧化物的应用（66年起始） 有机氯的研制：二氯异氢尿酸钠 （69～75年）三氯异氢尿酸 新洁尔灭（苯扎溴铵）（69～75年） 过氧化物的应用（75年后） 洗必泰的应用（75年后） 戊二醛的推广（80年后） 碘伏的应用（85年）
超高温杀菌技术
新型商业杀菌技术 蔡晨 38 1、超高温杀菌技术 （1）基本原理:按照微生物的一般致死原理，微生物在高于其生长温度区域最大值的热环境中，必然受到致命的损害，且随着受热时间的延长而加剧，直至死亡。 （2）优缺点:UTH使产品达到较长保质期的基本条件是达到杀菌效率和钝化酶，此外需尽量减小产品在高温处理下可能发生的营养损失、产品褐变、蛋白质凝固沉淀等物理化学变化。产生褐变及其它缺陷的危险性较小，生产工艺条件较易控制，能更好地保存食品的品质和风味。但强烈的热处理对产品的外观、味道和营养价值都会产生一定的不良影响。 应用领域:乳制品、果汁制品的灭菌加工。高温杀菌现在分两种一种是饮料，豆浆等液体物料包装前杀菌，这种一般用的是管式超高温瞬时杀菌设备，还有一种高温杀菌技术是用的杀菌锅，适应于食品耐热包装之后的杀菌。 2、欧姆加热法超高温杀菌技术 （1）基本原理:欧姆加热就是利用物料本身的电阻特性直接把电能转化为热能的一种加热方式，它克服了传统加热方式(对流加热，热传导，热辐射)中物料内部的传热速度取决于传热方向上的温度梯度等不足，实现了物料的均匀快速加热。当物料的两端施加电场时，物料中有电流通过，在电路中把物料做为一段导体，由于物料的电阻特性，利用它本身在导电时所产生的热量达到加热的目的。 （2）优点:加热速度快、容易控制；加热均匀；能量利用率高。 缺点：目前该技术在研究应用中存在几个主要问题，加热速度的控制；对于非均质的复杂食品物质，各部分电阻都不同，在通电时内部电流能否均匀分布成为影响加工品质的关键；在接触式欧姆加热解冻中，应研制一种耐腐、无污染的电极与物料接触，避免产生电流集中现象，引起局部过热；在浸泡式欧姆加热解冻中，浸泡介质的电导率是影响解冻速率和物料内部温度分布均匀性的重要因素，其影响机理尚不明确，有待进一步研究；颗粒杀菌值的评估与计算问题尚未很好解决；颗粒食品的输送、混合及如何平均地充填于每一容 器中等技术问题；含颗粒食品的密度过大或过小难以保障加热效果；利用欧姆加热时的欧姆加热设备的投资较大，现在的电力价格还相当高，欧姆加热目前仅对酸性食品的加热人们对
食品杀菌技术原理及发展现状
食品杀菌技术原理及发展现状2012-11-29 中华食品生意网编者按：传统食品杀菌为热杀菌，与之相比，冷杀菌不仅能杀灭食品中微生物，且能较好保持食品固有营养成分、质构、色泽和新鲜度。食品冷杀菌主要有超高压杀菌、超高压脉冲电场杀菌、臭氧杀菌等，对于保持食品更能成分的生理活性起到重大作用。 什么是冷杀菌： 冷杀菌是指在杀菌过程中食品温度不升高或升高很低的一种安全、高效杀菌方法。冷杀菌不仅有利于保持食品功能成分的生理活性，且还有利于保持色、香、味及营养成分。 冷杀菌技术兴起的背景： 传统的热力杀菌是在加热的环境下进行的，因此会不同程度地破坏食品中的营养成分和天然特性。为了更大限度保持食品本身的固有品质，一些新型的灭菌技术———冷杀菌应运而生，如超高压杀菌、超高压脉冲电场杀菌、脉冲强光杀菌、放射线杀菌等。近年来，随着人们饮食观念的改变，“原汁原味”的食品逐渐成为时尚，因而冷杀菌技术也越来越受到食品科学研究工作者的高度重视。 冷杀菌技术有哪几种 一、超高压杀菌 二、超高压脉冲电场杀菌 三|、臭氧杀菌 四、微波杀菌 五、脉冲强光杀菌 六、辐射杀菌 七、紫外线杀菌 八、其他杀菌技术列举 1超高压杀菌技术 原理： 超高压杀菌是将食品物料以某种方式包装以后，放入液体介质(通常是食用油、甘油、油与水的乳液)中，在100MPa～1000MPa压力下作用一段时间后，使之达到灭菌要求。其
基本原理是压力对微生物的致死作用，主要是通过破坏其细胞壁，使蛋白质凝固，抑制 酶的活性和DNA等遗传物质的复制等来实现。 发展现状： 超高压冷杀菌技术的先进性是高压、常温灭菌，采用该项技术对食品进行处理后，不但具备高效杀菌性，而且能完好保留食品中的营养成分，食品口感佳，色泽天然，安全性高，保质期长，这是传统高温热力杀菌方法所不具有的优点。目前，国外超高压灭菌已在果蔬、酸奶、果酱、乳制品、水产品、蛋制品等生产中有了一定的应用。在每cm2的肉食上施加大约6t重的压力进行高压灭菌。结果，其味跟原来一样，色泽也比原先更好看。日本明治屋食品公司将草莓、苹果和猕猴桃等果酱经软包装后在400～600MPa、10～30min条件下灭菌，产品的色泽和风味不变，并保持了水果原有的口感，VC的保留率较高。 2、超高压脉冲电场杀菌 原理： 超高压脉冲电场杀菌是采用高压脉冲器产生的脉冲电场进行杀菌的方法。脉冲产生的电场和磁场的交替作用，使细胞膜透性增加，膜强度减弱，最终膜被破裂，膜内物质外流，膜外物质深入，细胞体死亡。电磁场产生电离作用，阻断了细胞膜的正常生物化学反应和新陈代谢，使细菌体内物质发生变化。 发展现状： 超高压脉冲电场杀菌已在实验室水平上取得了显著的成效。它可保持食品的新鲜及其风味，营养损失少。但因其杀菌系统造价高，制约了它在食品工业上的应用。且超高压脉冲电场杀菌在黏性及固体颗粒食品中的应用还有待进一步的研究。 3、臭氧杀菌 原理： 臭氧灭菌或抑菌作用，通常是物理的、化学的及生物学等方面的综合结果。其作用机制可归纳为： (1)作用于细胞膜、导致细胞膜的通透性增加、细胞内物质外流，使细胞失去活力； (2)使细胞活动必需的酶失活。这些酶既有基础代谢的酶，也有合成细胞重要成分的酶； (3)破坏细胞质内的遗传物质或使其失去功能。臭氧杀灭病毒是通过直接破坏RNA或DNA完成的；而杀灭细菌、霉菌类微生物则是先作用于细胞膜，使其构成受到损伤，导致新陈代谢障碍并抑制其生长，臭氧继续渗透破坏膜内组织，直至其死亡
冷杀菌技术综述
冷杀菌技术综述 摘要：冷杀菌技术给食品工业带来了新的革命。综述了目前食品领域的杀菌新技术——冷杀菌技术及在食加工中的应用，展望了冷杀菌技术的发展前景。 关键词：冷杀菌；新技术；应用 Research Advances of Cold Sterilization Technologys in the Food Field Abstract：The cold sterilization is new technological revolution in food industry. This paper mainly described the new technology of the cold sterilization in food fields at present, introduced various kinds of cold sterilization technology and its applications in the food fields, expected the development foreground of the cold sterilization. Key words: cold sterilization；new technology；application 杀菌是食品加工过程中非常重要的环节之一，其目的是杀死微生物，钝化酶类等，使食品具有足够的保质期。传统的热力杀菌是在加热的环境下进行的，因此会不同程度地破坏食品中的营养成分和天然特性。为了更大限度保持食品本身的固有品质，一些新型的灭菌技术——冷杀菌应运而生，如超高压杀菌、超高压脉冲电场杀菌、脉冲强光杀菌、放射线杀菌等。近年来，随着人们饮食观念的改变，原汁原味的食品逐渐成为时尚，因而冷杀菌技术也越来越受到食品科学研究工作者的高度重视。 1 食品冷杀菌技术及其应用 1.1 超高压杀菌 超高压杀菌是将食品物料以某种方式包装以后，放入液体介质（通常是食用油甘油油与水的乳液）中，在100Mpa-1000Mpa压力下作用一段时间后，使之达到灭菌要求。其基本原理是压力对微生物的致死作用，主要是通过破坏其细胞壁，使蛋白质凝固，抑制酶的活性和DNA等遗传物质的复制等来实现[1]。 采用超高压技术，在400MPa-600Mpa的压力下，能杀死果汁中几乎所有的细菌、霉菌和酵母菌。现在日本市场上已有利用超高压杀菌的果汁果酱等产品出售[2]。这种经超高压处理过的果制品避免了一般高温杀菌带来的不良变化，口感好，色泽天然，安全性高，保质期长。但该技术不能连续生产，只能分批运用。超高压杀菌可能引起果蔬在极限压力下变形或状态明显改变。因此主要用于没有固定形状的果蔬制品。 1.2 超高压脉冲电场杀菌 超高压脉冲电场杀菌是采用高压脉冲器产生的脉冲电场进行杀菌的方法。其基本过程是用瞬时高压处理放置在两极间的低温冷却食品。其机理基于细胞膜穿孔效应、电磁机制模型、粘弹极性形成模型、电解产物效应、臭氧效应等假设。其作用主要有2个：（1）场的作用。脉冲电场产生磁场，细胞膜在脉冲电场和磁场的交替作用下，通透性增加，振荡加剧，膜强度减弱从而使膜破坏，膜内物质容易流出，膜外物质容易渗入，细胞膜的保护作用减弱甚至消失。（2）电离作用。电极附近物质电离产生的阴阳离子与膜内生命物质作用，阻碍了膜内正常生化反应和新陈代谢过程等的进行同时，液体介质电离产生臭氧的强烈氧化作用，使细胞内物质发生一系列的反应。通过场和电离的联合作用，杀灭菌体[3]。 超高压脉冲电场杀菌已在实验室水平上取得了显著的成效。它可保持食品的新鲜及其风
脉冲光杀菌技术
脉冲光杀菌技术 脉冲强光技术侧重于表面杀菌，比较适合包材表面及食品表面的杀菌，脉冲强光技术的技术原理是通过在极短时间内（数十至数百微秒）释放出高能量的光辐射和极高的峰值功率，脉冲强光能量的大小由每单位照射面积上光的流量或入射光能量来衡量,可瞬时杀灭所照射物料表面上的各类微生物。由于处理时间非常短，使得在有效杀菌延长食品货架期的同时能较好地保留食品营养成份以及原有风味。 脉冲强光杀菌技术的主要特点为广谱、高效、环保，对各类微生物的杀菌效果都非常明显，处理时间一般控制在数秒内。 脉冲强光杀菌技术主要耗材为脉冲强光灯管和电费，以单位产能均摊运行成本，一般客户都能接受。 设备可对大枣、枸杞、干果、槟榔、蔬菜水果等各类固体物料表面进行连续杀菌处理和保鲜，可根据不同物料的形式和要求调节传输形式、杀菌时间、杀菌频次和产量。该设备属于广谱杀菌，像大肠杆菌、黑曲霉菌、枯草杆菌、酵母菌、革兰氏阳性致病菌、革兰氏阴性致病菌、需氧芽孢杆菌、真菌分生孢子、金黄色葡萄球菌等都有明显的杀菌作用，特别是对黑曲霉菌和芽孢菌等所谓的紫外免疫细菌也都有很好效果。这是由于脉冲强光杀菌技术的原理是利用瞬时强光穿透微生物细胞壁，使其细胞液流出从而杀死细菌，所以有很好的杀菌效果。 设备的杀菌速度不是固定的，可以根据需求对传送速度和杀菌速度进行调整，必要时可以通过增加相应的模块来实现。 对于固体颗粒的物料，比如大枣，要使每个接触面有光辐射是难点，这就需要固定能够自动翻转并接受强光辐射;对于液体类的物料，设备需要注重光透性，使液体全部能被光辐射，因此液层需要薄而透光，使强光能很好地辐射到液体物料;对于粉体颗粒物类的物料，设备如何进行均匀传输是个难点，因为需要保证粉体被光充分辐射。 脉冲光杀菌技术的概念和特点 脉冲光（pulsed light）杀菌技术是采用持续时间短、光照强度高的宽谱光脉冲照射被杀菌 的对象以达到杀菌等目的的一种杀菌技术。脉冲光杀菌技术主要用于食品、药品、包装材料、包装和处理设备等的表面杀菌。 脉冲光杀菌技术采用光波波长在紫外光到红外光的宽谱区域内，其中至少有70%的电磁能 量来自于波长为170-2600nm的光，一般又以人眼可以感知的可见光占的比例最高。与太 阳光相比，由于地球大气层的过滤作用，太阳光中没有波长在300nm以下的光。脉冲光杀菌大多采用全光谱的光，但杀灭有些微生物时采用波长在一定范围内的过滤光。 利用脉冲光对物料进行杀菌时，物料表面的光强度可以是地球表面阳光强度的几千到数万倍。物料至少要接受一个光脉冲的照射，持续时间一般为1us-0.1s，典型的闪光频率为1-20次/S，物料表面接受的光能量一般为0.01-50J/cm2。大部分情况下，只需要几次闪光，也就是说 只需要几分之一秒的时间，就可以得到较好的灭菌效果。
食品杀菌技术研究进展
食品杀菌技术研究进展 作者：王威指导教师：孔令明 摘要：近年来我国食品工业进入快速发展时期，健康绿色食品越来越被大众所接受，开发高效、安全、无毒、性能稳定、广谱的食品杀菌技术成为食品科学研究和应用的一个热点。食品杀菌技术多种多样，归纳总结了常见的几种食品杀菌技术并对各自的特点和应用范围作了介绍。 关键词: 食品；杀菌；微生物 Abstract: In recent years, China's food industry has entered a rapid development period, healthy green food is increasingly being accepted by the public, the development of efficient, safe, non-toxic, stable performance, a broad spectrum of food sterilization technology has become a hot food science and applications. Food sterilization techniques varied, summarized several common food sterilization technologies and introduced their own characteristics and applications. Keywords: food; sterilize; microorganism
“民以食为天，食以安全为先”。食品是人类赖以生存和发展的最基本物质条件，而食品质量安全状况直接关系到国民的身体健康和生命安全，因此，关于食品安全危险性评估问题受到各国的普遍重视，各国都把很大精力放在食源性疾病的调查、检测上，这可以为危险性评估研究提供重要的资料和数据，同时人类对致病菌的反应也十分重视。 食品杀菌是食品加工中的重要操作单元，通过杀灭腐败菌和致病菌，延长产品的贮藏期，保证产品的质量安全#为了尽量减少杀菌过程中对食品成分的破坏或避免杀菌引起不安全因素，近年来国内外正在探索各种先进的杀菌方法。现代食品杀菌工艺正在逐步摆脱传统的加热杀菌方式，向着提高杀菌温度、缩短杀菌时间或采用低温冷杀菌；或采用各种除菌方法；或运用现代的各种包装技术与杀菌工艺密切配合；或运用现代的加工技术如冷冻干燥、真空浓缩、冷藏、冷冻、真空浸渍等，以求最大限度地减少食品中各种营养成分的损失，尽量保持食品的原有风味，尽量提高杀菌技术的经济性、方便性；完善食品的包装与贮藏条件，延长食品的货架期，以满足广大消费者日益增长的物质生活的需要。 2超高压杀菌 所谓超高压杀菌，就是将食品物料以柔性材料包装后，置于压力在200MPa 以上的高压装置中经高压处理，使之达到杀菌目的的一种新型杀菌方法。高压杀菌的基本原理就是压力对微生物的致死作用，高压可导致微生物的形态结构、生物化学反应、基因机制以及细胞壁膜发生多方面的变化，从而影响微生物原有的生理活动机能，甚至使原有功能被破坏或发生不可逆变化，导致微生物死亡。 闫雪峰[1]研究了超高压处理对树莓汁杀菌效果的影响。首先考察了超高压处理树荀汁过程中,压力和保压时间对大肠杆菌、沙门氏菌、酵母菌和霉菌等微生物杀灭效果的影响。结果表明:压力越高,杀菌效果越好;保压时间的延长有助于微生物的杀灭,但其作用小于压力的增大,且超过一定范围,继续延长保压时间杀菌效果不明显。在室温30'C,在压力为200MPa,保压时间为smin,树荀汁中大肠杆菌被完全杀灭;压力为300MPa,保压时间为15min,沙门氏菌被完全杀灭;压力为400MPa,保压时间为15min时,酵母菌和霉菌也可被完全杀灭。其次针对沙门氏菌的杀菌曲线进行动力学模型拟合,结果表明:Weibun模型和Log一logistic模型都能够较好地拟合沙门氏菌的杀灭动力学曲线,且Log一fogistic模型的各个评价参数都优于Weibun模型。再次进行了超高压处理对树幕汁中总菌的杀灭试验,试验采用二次回归正交组合设计安排试验,考察树葱汁中总菌致死率与压力、温度、保压时间三者的关系,结果表明:在压力为500MPa,保压时间25min时虽不能完全杀灭所有微生物,但菌落总数可降至
脉冲强光杀菌
脉冲强光杀菌 脉冲强光杀菌一种安全（无汞）、强效、节能的新型冷杀菌技术。为一种新加工工艺，采用宽一光谱“白光”的强烈闪光，以杀灭食品与包装上的微生物。 新方法用太阳光一样光的一种强力闪光的杀细菌力，藉以延长食品的货架寿命和杀灭包装材料上的微生物。 1 脉冲的光 脉冲光系用工程工艺产生，使力增大许多倍数。在一能量贮存电容器内，经相对长时间(一秒的分数)使积蓄的电力被放大，并释放此种贮存的能于极短时间内(一秒的千分之一或百万分之一)，以奏其工作。结果是功用周期的极高力(功率)，且具有仅是不过分的平均力消费的消耗量。对在食品及包装上应用，贮存的能脉冲为一惰性气灯，它能产生仅持续儿百微秒（百万分之一秒)的强烈闪光。 虽然脉冲光谱的幅度、期间及强度对处理食品与包装极有用，目前创制的脉冲光集中于广域谱上，“白”光闪光所含波长从紫外线的200nm到约近红外线的.lmm。该光谱性分布似太阳光，具有400及500nm之间的峰发射，然而每一脉冲光闪光为约在海平面日光经地球大气层滤过效应后，其紫外线波长强度的20，000倍。由于脉冲光的彼长太长，不能使小分子离子化，而是在电磁光谱的“非离子化”部分。 在表面上的光能能量密度(Fiuenc)可以检测之，或每单位面积的入射光能，即每平方厘米上的焦耳(Joule;略词J)。l焦耳为少于1/4卡，因此将lg水升高l℃需4焦耳以上的能量。 2抗微生物效应 在脉冲光光谱中所含紫外线波长的生物学效应业已有纪实。这些波长的抗微生物效应系原通过被在蛋白质与核酸高度结合的碳一对一碳双键系统吸收而中介。这方面许多研究者业经广泛讨论。从一到几个脉冲闪光便有令入注目的抗微
小型高压脉冲电场杀菌系统的试制
小型高压脉冲电场杀菌系统的试制 Development of food sterilization system under high voltage pulsed field 尤吉1 颜惠庚1，2 杜存臣2 YOU Ji1 YAN Hui-geng1，2 DU Cun-chen2 （1．，江苏 常州213016；2.常州工程职业技术学院，江苏 常州213164） (1.Jiangsu Polytechnic University，Changzhou，Jiangsu 213016，China； 2.Changzhou Institute of Engineering Technology，Changzhou，Jiangsu 213164，China) 摘要：阐述了高压脉冲电场杀菌系统的一般组成, 并介绍了高压脉冲电源的原理及食品处理室的结构, 探讨了电场强度和杀菌效果的关系。试验结果表明：在试验参数的条件下,牛奶中大肠杆菌死亡率达99%。 关键词：高压脉冲电场；杀菌；食品 Abstract:The elementary composition of a mini system for food pasteurization by using high voltage pulsed field was explained, the design principle of high voltage pulsed field generator and the structure of the treatment chamber were introduced in this paper. The inactivation experiments were carried out at different electric fields. The results showed that as the electric field intensity and treatment increased, the inactivation rate increased and 99% Escherichia coli were inactivated at electric field of 50 kV/cm. Keywords:High-voltage pulsed electric field (HPEF)；Sterilization； Food 高压脉冲电场杀菌技术与传统热杀菌相比较, 具有保持食品的原有风味、处理时间短、能耗低等特点, 在果汁及其他液体食品的杀菌处理中具有独特的优越性, 有望取代或补充热杀菌技术[1]。 —————————————— 作者简介：尤吉（1981-），女，江苏工业学院在读研究生。 E_mail:angelstar001@https://www.wendangku.net/doc/a71081550.html, 收稿日期：2006-11-21
杀菌方式汇总
1、超高压杀菌技术: 食品超高压杀菌(高静水压杀菌)就是食品物料以某种方式包装完好后，放人液体介质(通常是食用油、甘油、油与水的乳液)中，100～1000MPa压力下作用一定时间后，使之达到灭菌的要求。其灭菌的基本原理就是压力对微生物的致死作用，主要是通过破坏细胞膜抑制酶的活性和影响DNA等遗传物质的复制来实现的。在400～600MPa的压力下，可以杀灭细菌、酵母菌、霉菌，避免了一般高温杀菌带来的不良变化，因此，能更好地保持食品固有的色、香、味，达到延长保存期的效果。 2、低温杀菌: 低温杀菌是对食品中存在的微生物进行部分杀菌的加热方法。通常使用100℃以下的温度。由于低温杀菌后，食品中的菌残存较多，为了延长产品的货架期，再使用冷藏、发酵、加入添加剂、脱氧等加工技术。该法主要适用于pH4.5以下的酸性食品及采用较强加热处理会明显导致品质降低的食品。在近几年，对牛奶及保存期较短的商品也采用该法。 3、巴氏杀菌法: 巴氏杀菌是指温度比较低的热处理方式，一般在低于水沸点温度下进行。它是一门古老的技术，由19世纪法国医生巴斯德首创，至今仍有一定的应用价值。 巴氏杀菌是最早的杀菌方法，利用热水作为传热介质。杀菌条件为61～63℃，30min，或72～75℃，10～15min。加热时应注意物料表面温度较内部温度低4～5℃；此外，当表面产生气泡时，泡沫部分难以达到杀菌要求。这种杀菌方法，由于所需时间长，生产过程不连续，长时间受热容易使某些热敏成分变化，杀菌也不够理想。目前在大中型食品厂中已很少采用。 4、超高温瞬间杀菌: 超高温杀菌简称UHT杀菌。一般加热温度为125～150℃，加热时间2～8s，加热后产品达到商业无菌要求的杀菌过程称为UHT杀菌。这种杀菌方法，能在瞬间达到杀菌目的，杀菌效果特别好，几乎可以达到或接近灭菌要求，而引起的化学变化很小。它具有提高处理能力、节约能源、缩小设备体积、稳定产品质量，并可实行设备原地无拆卸循环清洗。 高恒温杀菌：杀菌釜、八宝粥等 5、微波杀菌技术 微波指波长在0.001～1m(频率300～300000MHz)的电磁波。它能以光速向前直进，遇到物体阻挡，能引起反射、穿透、吸收等现象，用于杀菌的微波频率为2450MHz。研究结果普遍认为微波对微生物的致死效应有2个方面的因素，即热效应和非热效应。热效应是指物料吸收微波能，使温度升高从而达到灭菌的效果。而非热效应是指生物体内的极性分子在微波场内产生强烈的旋转效
脉冲放电杀菌技术及其应用研究进展
脉冲放电杀菌技术及其应用研究进展 发表时间：2019-12-23T10:23:30.420Z 来源：《电力设备》2019年第18期作者：周璐樊爱龙 [导读] 摘要：在科学发达的今天,动物传染病和人类传染病仍在大肆流行。目前,主要有3种形式的疫苗,即减毒活疫苗、灭活疫苗和基因工程疫苗。 (辽宁科技学院辽宁本溪 117004) 摘要：在科学发达的今天,动物传染病和人类传染病仍在大肆流行。目前,主要有3种形式的疫苗,即减毒活疫苗、灭活疫苗和基因工程疫苗。尽管减毒活疫苗曾起到了巨大的作用,但随着科学的发展和时间的推移,减毒活疫苗有返祖和基因重组的现象,因此,目前已逐渐降低其使用度。基因工程疫苗是近十来年发展起来的一种新型疫苗,但是研制一种新的基因工程疫苗耗时长、投资大,还可能存在生物安全问题。故短期内在应对突发的传染病时不可能取得明显成效,而灭活疫苗却能够在短时内取得预期的效果。 关键词:脉冲电场；病原体；灭活 一、化学试剂杀菌机理 当前的灭活疫苗大部分使用福尔马林、β-丙内脂、乙烯亚胺、苯酚、柳硫汞等化学试剂进行灭活。这些化学试剂主要机理是作用于病毒核酸及病毒壳蛋白、病原体的DNA和RNA,改变细胞膜通透性,导致微生物蛋白变性或凝固,改变蛋白与核酸功能基团的因子,作用于细菌胞内酶的功能基(如SH基)而改变或抑制其活性。如福尔马林对病毒灭活的机理主要作用于病毒核酸及病毒壳蛋白。灭活的主要部位是福尔马林与病毒中含有氨基的核苷酸(腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶)发生反应。福尔马林与病毒蛋白的作用直接使氨基酸或氨基酸集团暴露,引起蛋白质变性以阻碍核酸从病毒颗粒中释放,使病毒失去感染力。20世纪60年代猪瘟灭活疫苗的失败可能与灭活剂改变表面蛋白的结构与功能有关系。β-丙内脂的作用机理可能是作用于病原体的DNA和RNA。 尽管化学试剂在疫苗制备过程中起着非常重要的作用,但是在杀菌作用的同时对动物机体具有一定的副作用,甚至在动物体内残留。如甲醛除了上述的功用外,同时具有强烈的致癌和促癌作用。长期接触低剂量甲醛可引起慢性呼吸道疾病,引起鼻咽癌、结肠癌、脑瘤、月经紊乱、细胞核的基因突变,DNA单链内交连和DNA与蛋白质交连及抑制DNA损伤的修复、妊娠综合征,引起新生儿染色体异常、白血病,青少年记忆力和智力下降。β-丙内脂本身具有致癌性,虽可被加温水解对人体无害,但对工作人员仍有致癌作用。β-丙内脂还可以改变人血清白蛋白的性质,引起人体全身性的变态反应。 因此,有必要寻找既能杀灭细菌、不破坏细菌抗原的结构,又能对环境、对人类安全的病原体灭活方法。而脉冲电场杀菌技术正好具备这些条件。 二、脉冲电场杀菌机理 脉冲电场杀菌的机理主要有以下几个方面:①强电强通透杀菌效应。利用强电场所引起的微生物细胞的穿孔效应来杀菌。由于微生物细胞膜的外表面和膜内具有一定电势差,当一个外部的电场加到细胞两端时,会使细胞膜内、外电势差增大,细胞膜的通透性剧增,细胞膜上会出现许多小孔,产生不可逆的损失,导致细胞不可逆破裂和最终死亡。②强烈冲击波杀菌效应。当液体物料中产生脉冲放电时,储能系统(例如储能电容器组)把储存的大量能量在瞬间释放出来,液体介质被击穿而形成放电通道,产生极大的脉冲冲击电流,使细菌细胞膜破裂、压碎、死亡。③脉冲放电化学杀菌效应。液体物料中在脉冲放电时产生的化学效应也强化和加速了细菌的死亡。由于脉冲放电的大电流及由此而产生的强磁场作用、电解电离作用,在液体物料中会产生许多等离子体和基本粒子,如激励状态下的H+、OH-、H2O离子团、O、H原子、O2、H2、臭氧分子、光子等。它们在强电场的作用下极为活跃,有些基本粒子还能穿过已提高通透性的细胞膜而与细胞膜内的生命物质如蛋白质、核糖核酸等相结合,使之变性,死亡。④电离作用。在外加电磁场的作用下,电解质电解出阴、阳离子。这些阴、阳离子在强电磁场的作用下极为活跃,穿过本来就已经提高通透性的细胞膜,与微生物内的生命物质如蛋白质、RNA作用,因而阻断了细胞内正常化反应和新陈代谢的进行。 三、国外对脉冲电场的应用研究 自从SaleAJH等发现高压脉冲电场有杀菌作用以来,许多研究者对此表现出浓厚的兴趣。HulshegerH等测定了不同电场强度和不同处理时间对液态食品中微生物的影响。1992年JayarametaS等应用高强度脉冲电场抑制短乳杆菌,得出细胞破坏是由于强电场导致的细胞壁破裂的结论。Elez-MartínezP等对果汁中的啤酒酵母用高压脉冲电场进行处理,对产生高压脉冲电场的参数(电场宽幅,处理时间,脉冲极性,频率,脉冲宽幅)进行了评价,并且与巴氏消毒法进行了比较。结果表明,高压脉冲电场对啤酒酵母的杀灭很有效。GarcíaD等对两株革兰阳性菌(枯草芽孢杆菌和李斯特菌)和6株革兰阴性菌(2株大肠埃希菌,1株假单胞菌,2株沙门菌,1株小肠结肠炎耶尔森菌)用脉冲电场处理后的亚致死情况的检测,发现革兰阳性菌在pH7.0的情况下对脉冲电场具有一点抵抗力,而革兰阴性菌在pH4.0的情况下对脉冲电场的抵抗力更大一些。 GómezN等对苹果汁中的李斯特菌在不同pH的条件下进行了脉冲电场杀灭研究。结果表明,在低pH、高压脉冲电场的条件下对李斯特菌杀灭效果很好。Sobrino-LópezA等对金黄色葡萄球菌通过一种表面应答反应方法进行高压脉冲电场处理。研究中将金黄色葡萄球菌悬于牛奶之中,采取不同的脉冲数,不同的脉冲宽度,不同的脉冲极性。研究发现,脂肪的含量与葡萄球菌的杀灭没有太大的关系,双极脉冲杀灭葡萄球菌的效果要优于单极。在持续脉冲放电的情况下,短而高的脉冲杀菌效果要优于长而低的脉冲。PerniS等将大肠埃希菌K12血清型和鼠伤寒沙门菌在一个电场强度为100kV/cm、30脉冲/s、每次32ms、总共持续300s的条件下进行处理。然后在培养基上进行培养,大肠埃希菌减少了2个数量级,而鼠伤寒沙门菌减少了1个数量级。在对处理后的活菌进行计算,仅仅只有1%的细菌没有受到破坏。GachovskaTK等对苹果汁中的大肠埃希菌通过高压脉冲电场和紫外线交替进行杀菌,结果表明,二者交替使用对大肠埃希菌具有很好的抑制作用。LeeMH等对200g/L的盐水和9g/L的生理盐水中的李斯特菌用12V电流,1个脉冲完全灭活菌在3ms内完全灭活。电镜观察表明,盐水中的单核细胞结构破坏,说明AHVP对盐水或生理盐水中的李斯特菌灭活是迅速和有效的。BurdgeJJ等用高压脉冲电场对因糖尿病而引起下肢损害进行辅助性的治疗。对30名糖尿病病人45处溃疡经过14 .2周的治疗,结果35处的溃疡得到了治愈。NuccitelliR等用高压脉冲电场对17只动物黑色素瘤引起肿瘤供血障碍的患者进行了治疗,经过47d的治疗后,在未来的4个月,这些黑色素瘤没有出现复发现象。 四、展望 高压脉冲电场杀菌的特点,特别符合疫苗制备过程中抗原灭活。但是到目前为止,国内外还没有这方面的相关报道。如果利用高压脉冲对病原体进行灭活后仍然具有免疫力,那么这将有可能会对抗原的灭活技术带来一场革新。因为利用脉冲电场杀菌具有很多优点:①时间短。