果汁易受微生物污染而滋生腐败,进而造成经济损失。传统的热杀菌方式虽然有效防止了由微生物引起的果汁腐败,但对果汁的风味、营养物质等造成不同程度的破坏。为获得安全、高品质的果汁产品,本项目研制了一种新型的微芯片脉冲电场(microchip pulsed electric field,MPEF)杀菌技术,首次将微芯片应用于果汁杀菌领域,实现了在低电压下对果汁进行有效杀菌的目的。为探讨MPEF技术的可行性,本文以蓝莓汁为处理对象,研究该技术对蓝莓汁致腐微生物的作用效果;从细胞水平和分子水平分析MPEF技术对毕赤酵母的致死机理;并探讨MPEF对蓝莓汁品质的影响。主要研究结果如下:1.通过形态学、腐败验证和序列分析的方法鉴定了蓝莓汁中致腐微生物,包括Pantoea sp.、Meyerozyma spp.、Cryptococcus sp.、Pichia sp.、Burkholderia sp.、Aureobasidium sp.、Penicillium sp.、Cladosporium sp.,其中,Cryptococcus sp.、Meyerozyma spp.和Pichia sp.是蓝莓汁的优势腐败菌。2.借助有限元软件COMSOL对微芯片杀菌性能进行模拟,同时选择合适的材料,加工微芯片,封装成微处理室。根据处理室杀菌效果和实验中暴露的问题,进一步优化、改进处理室,搭建最优MPEF实验平台。实验发现,MPEF技术的杀菌效果随电压(100-500 V)、脉冲个数(20-100个)、脉冲时间(50-250 μs)的增加而增强,微生物的种类、生长时期、介质的pH和电导率等也会影响其杀菌效果。400 V、200μs、80个脉冲条件下,MPEF对大肠杆菌、酿酒酵母、金黄色葡萄球菌及蓝莓汁中的腐败微生物均有很好的致死效果。3.经过不同参数的MPEF处理后,毕赤酵母细胞存在正常存活、亚致死和死亡三种状态。当电压为200 V时菌体细胞的亚致死率最高,达27.2%;当电压增加至400 V时,菌体细胞的亚致死率接近0。进一步研究发现,MPEF可引起细胞形态、超微结构的损伤,导致胞内酶活性、抗氧化酶活性和细胞膜流动性的下降,破坏蛋白质、核酸的结构。细胞内蛋白质、核酸、K+、Mg2+和Ca2+-ATPase的渗漏随MPEF处理电压的升高而增加。流式细胞术结果表明,MPEF处理对毕赤酵母跨膜电位影响显著,但对非特异性酯酶无显著影响。MPEF致死毕赤酵母与其细胞膜的破损、内容物的泄漏、蛋白质的变性、酶活性的降低、核酸的变化和线粒体的破坏有关。4.通过对MPEF处理前后毕赤酵母的蛋白组和转录组进行测定,共得到829个差异显著的蛋白和794个差异显著的基因。MPEF处理对毕赤酵母转录组和蛋白组的影响较大,关联分析表明两组学之间有一定的相关性。经MPEF处理后,参与毕赤酵母膜完整性、细胞器、核仁、核糖体、蛋白质转录翻译、酶活性等的基因发生了显著变化。毕赤酵母细胞结构的破坏、基因的损伤、生物合成能力的减弱和代谢的紊乱是MPEF导致其死亡的主要原因。5.MPEF处理电压达到350 V时,蓝莓汁中的菌落总数和霉菌、酵母总数为0,花青素含量略有增加,而风味、Vc、总酚、可滴定酸、颜色指标等无显著变化。在4℃,30天的贮藏期内,MPEF处理比热处理的蓝莓汁具有更高的可食用性和品质。