射频对婴儿配方奶粉中阪崎肠杆菌的杀菌动力学及机理研究

This research investigates radio frequency (RF) inactivation of Enterobacter sakazakii (E. sakazakii) in powdered infant milk formula to control the E. sakazakii contamination which can cause fatal infections. Dielectric properties of powdered infant milk formula will be measured using open-ended coaxial probe method. Influences of frequency, temperature and protein content, fat content, taotal sugar content, mineral content, moisture content, density of powdered infant milk formula on its dielectric properties will be analyzed, the model between dielectric properties of powdered infant milk formula and the above factors will be built, and the dielectric loss mechanisms will be discussed. Influences of heating rate, cooling rate, target temperature and protein content, fat content, total sugar content, mineral content, moisture content of powdered infant milk formula on lethality of E. sakazakii will be analyzed, the dynamic model between RF treatment and E. sakazakii mortality will be built aiming to clarify the inactivation kinetics. Relationship between dielectric loss mechanism of powdered infant milk formula and E. sakazakii inactivation kinetics by RF will be analyzed, mechanism of RF inactivation of E. sakazakii will be further discussed. This research can lay a foundation for designing effective RF treatments of powdered infant milk formula that provide a good balance between bacteria control and retention of product quality.

针对婴儿配方奶粉中阪崎肠杆菌污染的重要潜在风险，本项目拟进行婴儿配方奶粉中阪崎肠杆菌的射频杀菌研究。采用终端开路同轴探头法测量婴儿配方奶粉的介电特性，研究频率、温度以及婴儿配方奶粉的蛋白质、脂肪、总糖、灰分含量和含水率、密度对婴儿配方奶粉介电特性的影响，建立介电特性与各因素的关系模型，探讨婴儿配方奶粉的介电损耗机理；采用射频杀菌方法，研究加热速率、冷却速率、目标温度以及婴儿配方奶粉的蛋白质、脂肪、总糖、灰分含量和含水率对阪崎肠杆菌致死率的影响，阐明阪崎肠杆菌致死与射频处理之间的基本动力学关系，构建阪崎肠杆菌射频杀菌的动力学模型；研究婴儿配方奶粉的介电损耗与阪崎肠杆菌射频杀菌动力学的相关关系，进一步揭示婴儿配方奶粉中阪崎肠杆菌的射频杀菌机理，为开发婴儿配方奶粉射频杀菌技术提供理论依据。

针对婴儿配方奶粉中阪崎肠杆菌污染的重要潜在风险，本项目进行了婴儿配方奶粉中阪崎肠杆菌的射频杀菌研究。采用终端开路同轴探头法研究了频率、温度及婴儿配方奶粉的蛋白质、脂肪、乳糖含量和含水率、密度对其介电特性的影响，建立了介电特性与各因素的关系模型：蛋白质、脂肪和乳糖含量、温度以及温度平方项与介电常数呈正相关关系，而四个因素的交互项及蛋白质、乳糖的平方项与其负相关；蛋白质和乳糖含量、温度及温度的平方项与介电损耗因子正相关，而脂肪含量及蛋白质、脂肪、乳糖三者与温度的交互作用与其负相关。分析了婴儿配方奶粉各主要成分的介电损耗机理，探讨了婴儿配方奶粉离子电导损耗的规律：引起蛋白、乳糖、脂肪介电损耗的主要原因是极性损耗且都遵循Debye方程，离子电导损耗在本研究采用的频率范围内为常数，进一步验证了我们之前建立的固体与液体物料离子电导损耗通用方程同样适用于低水分固体物料。采用射频与水浴杀菌方法，研究了升温速率、目标温度以及婴儿配方奶粉的蛋白质、脂肪、乳糖含量和含水率对阪崎肠杆菌致死率的影响：在射频与水浴加热速率范围内，升温速率对阪崎肠杆菌致死率影响不显著；射频对阪崎肠杆菌的杀菌动力学D值随蛋白质、乳糖含量的增加而增大，随脂肪含量的增加而减小；婴儿配方奶粉水活度不变的情况下，成分变化不会引起其水浴杀菌动力学的变化。研究了婴儿配方奶粉的介电损耗与阪崎肠杆菌射频杀菌动力学的相关关系：阪崎肠杆菌的杀菌动力学z值随婴儿配方奶粉介电损耗的增加而增大，表明射频对于婴儿配方奶粉中的阪崎肠杆菌具有选择性加热效应。在对比研究射频与水浴对于婴儿配方奶粉中阪崎肠杆菌致死效果的基础上，进一步从细胞层面揭示了婴儿配方奶粉中阪崎肠杆菌的射频杀菌机理：在阪崎肠杆菌相同致死量的情况下，射频对其细胞的破坏作用远大于水浴，射频加热作用导致的DNA泄漏量更大，碱性磷酸酶和超微量Na+/K+—ATP酶的活性更低，阪崎肠杆菌细胞质壁分离程度更高。