诱导电场在不同食品介质中对嗜热脂肪地芽孢杆菌孢子的灭活效应研究

【编辑推荐】针对嗜热脂肪地芽孢杆菌（Geobacillus stearothermophilus）孢子极端耐热性导致的食品安全难题，江南大学团队通过诱导电场（IEF）技术系统探究了离子类型（H+ /Na+ /Ca2+ ）、食品成分（糖类/蛋白质）及基质（醋/橙汁/牛奶）对孢子灭活的影响。研究发现IEF在酸性介质中效果最佳（H+ 介质降低3.88 log），并通过破坏孢子皮层和内核实现高效杀菌，为液态食品非热杀菌提供了新方案。

　　

研究背景与意义
嗜热脂肪地芽孢杆菌（Geobacillus stearothermophilus）的孢子因其多层结构（包括富含2,6-吡啶二羧酸(DPA)的核和α/β型小酸溶性蛋白(SASP)包裹的DNA）表现出惊人的耐热性，常规121°C高温灭菌虽有效却会破坏食品营养与风味。食品工业亟需开发兼顾安全与品质的新型杀菌技术。诱导电场（Induced Electric Field, IEF）作为基于法拉第电磁感应原理的非接触式处理技术，通过交变磁场产生感应电流，避免了电极腐蚀问题，且兼具热与非热效应。然而，IEF对极端耐热孢子的灭活机制及其在不同食品介质中的适用性尚未明确。

江南大学研究人员在《Food Microbiology》发表的研究填补了这一空白。团队系统评估了IEF在不同离子环境（H⁺
、Na⁺
、Ca²⁺
）、糖类（葡萄糖/蔗糖/果糖）、蛋白质（乳清蛋白/大豆蛋白/酪蛋白）及实际食品（醋/橙汁/牛奶）中对G. stearothermophilus孢子的灭活效果，并首次通过形态学观察揭示IEF的损伤机制。

关键技术方法
研究采用ATCC 7953标准菌株，通过营养限制法培养高纯度孢子悬液。关键实验包括：(1) 不同电压（20-32 V/cm）下测定离子介质的电场强度与感应电流；(2) 平板计数法量化孢子灭活效率；(3) 扫描电镜观察孢子结构损伤；(4) 电导率与终点温度监测以区分热/非热效应。食品基质实验选用市售牛奶、橙汁和醋模拟实际加工条件。

研究结果

1. 离子介质的影响
   在32 V/cm IEF处理下，H⁺
   介质表现出最强的杀菌效果（降低3.88 log），显著高于Na⁺
   （0.53 log）和Ca²⁺
   （0.29 log）。研究推测H⁺
   可能通过破坏孢子膜电位增强电穿孔效应。

2. 糖类添加剂效应
   添加葡萄糖/蔗糖降低介质电导率与终点温度，导致灭活效果减弱；而果糖介质中灭活效率反升2.11 log，可能与果糖分子对电场敏感性的独特响应有关。

3. 蛋白质的影响
   乳清蛋白、大豆蛋白和酪蛋白均显著降低电导率，使孢子灭活率<0.1 log，提示蛋白质可能通过屏蔽电场作用保护孢子。

4. 实际食品基质
   IEF在醋中效果最佳（3.73 log），橙汁次之（0.67 log），牛奶最差（0.04 log），与介质酸度和成分密切关联。

5. 形态学机制
   电镜观察显示IEF导致孢子外层蛋白衣壳破裂、皮层损伤及内核物质泄漏，证实其通过物理破坏而非单纯热效应实现杀菌。

结论与展望
该研究证实IEF对G. stearothermophilus孢子的灭活效率高度依赖介质特性，酸性环境（如醋）中最具应用潜力。技术优势在于低温（<60°C）条件下实现接近高温灭菌的效果，尤其适合热敏感液态食品加工。未来需优化IEF参数以克服高蛋白/高糖基质的屏蔽效应，并探索与其他非热技术（如高压）的协同作用。这项研究为开发新一代食品保鲜技术提供了重要理论依据。