高压脉冲电场作用下损伤亚致死微生物的失活方法及其机理

高压脉冲电场（pulsed electric field, PEF）杀菌技术是一种很有希望应用于大宗流体食品连续杀菌的非热食品加工技术。本课题针对最近被国际研究者（包括申请人）提出的PEF损伤亚致死微生物及其对PEF加工食品货架寿命和安全性危害的问题，建立PEF损伤亚致死微生物的选择性培养检测、实时监测和分选方法，研究PEF损伤亚致死微生物产生规律和动力学模型，对分选出的健康细胞群、PEF致死细胞群、PEF损伤亚致死细胞群进行表观形态、微观结构、生理生化、蛋白质表达等方面的对比研究，在细胞、亚细胞和分子水平阐述PEF损伤亚致死微生物的结构与功能基础，据此提出PEF损伤亚致死微生物进一步灭活的方法，并提出相应机理。最后，将上述得到的结论和提出的PEF损伤亚致死微生物灭活策略应用于液态蛋、奶、果蔬汁等实际食品体系，提高PEF杀菌效果，延长PEF处理食品货架期。

高压脉冲电场（pulsed electric field, PEF）杀菌技术作为一项在国际上得到公认的食品高新技术，已成为当前最有前途实现工业化应用的冷杀菌方法之一。PEF在接近常温下可有效杀菌钝酶，并最大限度地保持食品的色泽、风味和营养成分，是当今全球争先恐后研究的绿色冷杀菌技术。目前，PEF杀菌技术已取得重大进展，设备开发和某些产品（如酸性果汁）的加工工艺已发展到准工业化阶段。本课题针对最近被国际研究者（包括申请人）提出的处于研究前沿的PEF损伤亚致死微生物及其对PEF加工食品货架寿命和安全性的危害的问题，本项目建立了流式细胞仪分选结合荧光标记技术用于PEF损伤亚致死微生物的实时监测、量化分析和分选分离的方法，探明了酵母、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌等在模拟体系、草莓汁、哈密瓜汁、牛奶、液态蛋中PEF损伤亚致死微生物的产生规律，建立了相关数学模型；通过对分选出健康细胞群、PEF致死细胞群、PEF损伤亚致死细胞群进行表观形态、微观结构、生理生化、蛋白质表达等方面的对比研究，在细胞、亚细胞和分子水平阐述PEF损伤亚致死微生物的结构与功能基础，即明确PEF损伤亚致死微生物的修复机制；进一步将PEF 杀菌机制从细胞水平发展到分子水平，系统研究PEF 对微生物细胞内关键酶系活性、代谢能力、细胞膜及其脂类成分、线粒体损伤、DNA 和RNA损伤、蛋白质表达、胞内蛋白质聚集等，从而进一步阐明了PEF损伤亚致死微生物的机制及其修复机制；构建了PEF参数、损伤亚致死细胞修复程度、培养条件的关系模型，研究了不同离子、pH、营养物质、温度等条件及其抑菌物质对PEF损伤亚致死微生物修复的影响，从而找到了进一步灭活PEF损伤亚致死微生物的方法，形成了PEF与温和热协同、联合冷激、PEF处理后联合温和热处理、PEF协同茶多酚等抑菌物质进一步灭活PEF损伤亚致死微生物的措施；本项目进一步将本研究成果应用于液态蛋、奶、草莓汁、哈密瓜汁等果蔬汁实际食品体系，大大增强了PEF 杀菌的效率和产品的安全性，促进了PEF 技术理论的完善与发展。