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热杀菌作为传统的杀菌技术,其加热过程常常导致杀菌对象发生理化变化,引起色泽、风味、质地等品质下降,造成营养成分不必要的损失。传统的热加工技术已渐渐不能满足人们对食品质量的需求,而作为非热杀菌技术之一的脉冲磁场杀菌(PMF)技术,可以在较低的温度下杀死微生物,保持食品原有的品质,因而脉冲磁场杀菌技术逐渐受到广泛关注。本实验以格氏李斯特菌(L.grayi)为对象,研究包括了脉冲磁场对格氏李斯特菌的杀菌效果、对菌体细胞结构和功能的影响以及对PMF杀菌机理进行了初步的探讨。具体的研究结果为: (1)格氏李斯特菌的生长时期、脉冲磁场强度以及脉冲数、介质参数(温度、pH值、Na+浓度)都会对脉冲磁场的杀菌效果产生影响。培养8h后处于对数生长中期的L.Grayi对脉冲磁场的抗性较低并且敏感程度较高,此时杀菌残留率较低,杀菌效果也更好;培养12h后的L.Grayi开始进入其稳定生长期。当脉冲强度为1.5、2.5、4T以及脉冲数为25个时,残留率都达到谷值,此时出现了PMF杀菌“窗效应”的强度和时间窗。杀菌强度窗口较先前的研究确实发生漂移现象,给PMF的实际推广应用带来了一定的困难。 (2)使用2.5T,25个脉冲进行杀菌处理,当介质温度升高时,脉冲磁场杀菌的残留率总体上也在不断降低,30℃时降到谷值,产生最佳的杀菌效果;高浓度的Na+与PMF杀菌产生了较好的协同作用,而低浓度的Na+产生的协同作用较弱;酸性或者碱性的介质环境,会使PMF杀菌效果增加,弱碱性环境中杀菌效果高于弱酸环境。 (3)扫描电镜和透射电镜观察发现,经过脉冲磁场处理,L.Grayi细胞表面出现了凹凸不平的褶皱形态,细胞膜上产生皱缩现象,可能的原因是脉冲磁场的周期性冲击作用击穿了L.Grayi菌体细胞膜,细胞破裂后内容物外溢,最终引发细胞的不可逆死亡。 (4)Fluo-4/AM荧光探针在二甲亚砜中自发荧光强度很低,对实验造成的背景干扰较小。Fluo-4/AM能成功负载于格氏李斯特菌细胞中,其被胞内酶水解后产物Fluo-4能够与钙离子结合形成Fluo-4-Ca2+,在526nm处产生最大发射波长,并且该处产生的荧光的强度与胞内钙离子浓度呈正相关性。Fluo-4/AM荧光探针在L.grayi菌体中最优负载浓度为6μmol/L,最优负载时间为60min,最优负载温度为37℃。 (5)经过脉冲磁场处理后L.grayi菌落总数明显下降,同时胞内荧光强度显著上升,说明经过脉冲磁场处理后L.grayi钙离子跨膜行为增强。因此推测细胞膜通透性的变化及胞内钙离子浓度的升高,是PMF具有杀菌作用的原因之一。不同脉冲数和强度对格氏李斯特菌胞内Ca2+荧光强弱的影响程度是不相同的。当场强小于1.5T,脉冲数小于20时,增值比接近1,说明脉冲磁场对胞内钙离子的影响不大;当场强继续升高,大于2.0T后,在25以及35个脉冲时几乎都达到峰值。这说明在这两个脉冲数下,经过脉冲磁场的处理,导致其细胞膜通透性发生改变,引起胞内的Ca2+浓度升高,这与脉冲磁场的杀菌曲线一致。 (6)L.grayi菌经磁场强度为2.5T,脉冲数分别为15、20、25处理后,使用激光共聚焦显微镜观察发现,格氏李斯特菌的胞质内和核内荧光强度随脉冲数的增加而增加,脉冲磁场不仅导致细胞膜的通透性变化,还引起核膜通透性变化。 (7)对经过2.5T,25个脉冲处理后的菌体蛋白进行提取,并SDS-PAGE凝胶电泳的分离。结果发现,经过脉冲磁场处理的格氏李斯特菌胞内蛋白的电泳条带与未处理组的电泳条带并无明显差别,只是处理组蛋白浓度与未经脉冲磁场处理的对照组相比更高,且集中在高分子量区域,这与2-DE电泳凝胶图谱中上调蛋白点的集中区域一致。对经过2.5T,25个脉冲处理后的L.grayi菌体蛋白进行2-DE电泳。凝胶经图像扫描分析后,发现了20个差异蛋白点,经二级质谱成功鉴定出16个蛋白点,其中有2种蛋白消失,3种蛋白出现;另外有6种蛋白质的表达量升高,5种蛋白质的表达量下降,这些差异蛋白对于理解脉冲磁场对格氏李斯特菌的影响具有重要作用。 (8)对差异蛋白进行分析后,在成功鉴定得到的16个差异蛋白中,其中7个蛋白有pathway信息,部分蛋白还参与多种pathway,所以共有10种pathway。经过KEGG pathway分析后发现,脉冲磁场主要作用于格氏李斯特菌的有机生物合成代谢以及能量代谢过程。L.grayi菌受PMF处理后,胞内能量代谢平衡、有机物代谢平衡遭到破坏,细胞不能及时进行自我修复,这是导致细胞凋亡的又一诱因。