脉冲欧姆加热频率依赖性对牛奶中食源性病原体的杀菌机制研究

针对欧姆加热(OH)频率与微生物灭活关系的争议问题，研究人员通过脉冲欧姆加热(POH)技术，在统一温度曲线下系统探究了0.06-10 kHz频率对牛奶中沙门氏菌等病原体的灭活效果。研究发现0.06 kHz低频POH通过增强细胞膜去极化(DiBAC4(3)检测)、提高膜通透性(结晶紫吸收实验)及引发DNA损伤，实现2 log CFU/ml以上的显著灭活效果，为低频POH的食品杀菌应用提供理论依据。

　　

牛奶作为日常营养品却暗藏危机——沙门氏菌、大肠杆菌O157和单增李斯特菌等食源性病原体常通过未灭菌或加工不当的牛奶传播，每年造成全球6亿人患病。传统巴氏杀菌虽有效但能耗高，且可能破坏营养成分。欧姆加热(OH)技术通过电流直接产热，兼具快速均匀加热与非热效应(如电穿孔)优势，但其电极腐蚀问题长期制约应用。更棘手的是，关于OH频率与杀菌效率的关系学界争论不休：低频支持者认为更长电荷积累时间增强膜损伤，高频派则主张快速极性变化提升灭活效果。

为破解这一科学争议，国立首尔大学（Seoul National University）的研究团队设计了一项精妙实验。他们采用脉冲欧姆加热(POH)技术——通过间歇放电抑制电极腐蚀，在70 V_rms恒定电压下测试0.06-10 kHz四个频段，并首次严格控制所有样本以相同升温曲线(2分钟达60°C)处理，确保温度变量零干扰。结果发现，0.06 kHz低频POH对沙门氏菌的灭活效果比其他频率高2 log CFU/ml以上，这种"低频优势"现象背后隐藏着三重致命机制：膜电位探针DiBAC₄(3)显示细胞膜去极化程度最高；结晶紫吸收实验证实膜通透性剧增；琼脂糖凝胶电泳更检测到严重的DNA断裂。研究人员推测，低频提供的毫秒级脉冲间隔使电荷有足够时间在细胞膜和DNA周围蓄积，最终引发"多米诺骨牌式"的结构崩塌。

关键技术方法

研究采用自行搭建的POH系统，通过函数发生器(Agilent 33210A)产生双极脉冲波形，功率放大器将信号放大至70 V_rms，实时监测系统通过LabVIEW软件记录温度/电参数。选用市售巴氏奶接种标准菌株(ATCC系列)，采用流式细胞术分析膜电位变化(DiBAC₄(3)荧光标记)，紫外分光光度法测定260/280 nm吸光度评估核酸泄漏，脉冲场凝胶电泳(PFGE)检测DNA完整性。

主要研究结果

1. 温度曲线控制：通过散热装置确保所有频率组别实现完全一致的升温曲线(2分钟达60°C)，排除热效应干扰。

2. 低频灭活优势：0.06 kHz处理组对沙门氏菌的灭活效果显著优于0.1-10 kHz(P<0.05)，且该规律在三种测试病原体中一致。

3. 膜损伤机制：流式数据显示0.06 kHz组膜去极化程度最高，结晶紫吸收量增加53%，证实低频引发不可逆膜损伤。

4. 内容物泄漏：260 nm处吸光度峰值对应核酸泄漏量，0.06 kHz组比高频组高40-60%。

5. DNA损伤：PFGE显示低频处理导致DNA严重碎片化，而高频组仍保留大分子量条带。

结论与意义

该研究首次在排除温度干扰条件下，证实低频POH(0.06 kHz)通过延长电荷积累时间，产生更强的膜电位破坏和DNA损伤效应。这一发现不仅解决了频率-效率关系的学术争议，更为食品工业提供了明确的技术参数——采用低频POH可在保证电极耐久性的同时，实现比传统巴氏杀菌更高效的病原体灭活。论文发表于《Journal of Food Engineering》，为开发新一代节能杀菌装备奠定了理论基础，对保障乳制品安全具有重要实践价值。