随着对生活品质的追求越来越高,人们日益注重食品质量安全问题,其相应的杀菌技术逐渐成为社会关注的重点。脉冲强光杀菌技术因其杀菌效率高、对环境无污染、操作灵活等优点,已成为食品新型杀菌方面的重点研究对象。但目前关于脉冲强光杀菌的研究主要集中在杀菌效果和工艺应用方面,对其杀菌机理研究较少,尤其是光热杀菌机制方面。本文以大肠杆菌为目标微生物,重点研究脉冲强光对微生物的灭活作用及其光热杀菌机理。主要包括脉冲强光对大肠杆菌的灭活效果及其动力学研究、脉冲强光对大肠杆菌杆菌形态结构及其细胞膜流动性、通透性的影响以及脉冲强光处理前后大肠杆菌蛋白组学的变化,从细胞水平和分子水平初步探讨了灭活机理。主要研究结果如下:(1)微生物的不同生长期和菌液介质的物理性质(温度、pH和透光率)对脉冲强光灭活大肠杆菌均有很大的影响。培养了6 h的对数生长期大肠杆菌对脉冲强光处理最为敏感,处理1 s能够降低(2.31±0.16)lg cfu/mL。介质温度在35~45℃,pH4.0~6.0或pH8.0都能促进脉冲强光的灭活作用。菌液透光率越小,杀菌效果越低。在大肠杆菌培养6 h、菌液pH4.0、温度35℃、透光率22%、脉冲强光距离13 cm(0.35 J/cm~2/pulse)、脉冲频率4 pulses/s的条件下处理1 s,大肠杆菌可以降低(6.27±0.02)lg cfu/m L。(2)脉冲强光设备的操作参数如脉冲距离、脉冲时间等也显著影响其杀菌效果,并且在美国和国产两台脉冲强光设备下,Linear模型和Weibull模型均能够较好地拟合脉冲强光杀菌动力学曲线(R~2>0.99),而且Weibull模型较Linear模型更为精确。但通过以辐射通量为变量的动力学曲线可以发现,辐射通量才是影响脉冲强光杀菌效果的主要因素。辐射通量相同,即使脉冲距离和脉冲时间不同,杀菌效果没有显著变化。(3)扫描电镜观察到脉冲强光使大肠杆菌表面发生变形,出现萎缩、褶皱、穿孔等现象,使其细胞壁细胞膜结构遭到破坏。(4)以DPH作为探针,在40℃标记55 min后采用荧光偏振法测定大肠杆菌细胞膜的流动性,研究发现脉冲强光会提高细胞膜的荧光偏振度和各向异性,造成细胞膜流动性下降。此外,随着脉冲时间的增加,更多的碘化丙啶染料进入细胞膜内,并伴随核酸、蛋白等胞内大分子物质以及电解质的泄露,说明细胞膜通透性增加。细胞膜流动性、通透性的改变,影响其生理功能的正常运行,这都有可能导致大肠杆菌死亡。(5)大肠杆菌经脉冲强光(低剂量组:100 J处理48 s和高剂量组:100 J处理98 s)处理后,利用iTRAQ蛋白质组学技术分析产生的差异蛋白。通过差异性筛选获得低剂量组vs空白组和高剂量组vs空白组的差异蛋白分别为25个和249个。差异蛋白的生物学分析结果表明,随着辐射剂量的增加,脉冲强光对大肠杆菌生理功能的影响不断深入,最终对大肠杆菌的细胞膜、胞内物质造成破坏,扰乱其有机物代谢和能量代谢,其中对大肠杆菌中氨基苯甲酸降解、ABC转运、鞭毛组装以及细菌趋化性信号转导等通路的影响尤为显著,最终可能导致其死亡。