一种微波协同碱性氨基酸杀灭食品中大肠杆菌的方法技术领域
本发明涉及一种微波协同碱性氨基酸杀灭食品中大肠杆菌的方法，属于食品微生
物领域。
背景技术
现有杀菌方法包括传统的热杀菌，应用广泛，但效率低，加热速率较慢，能耗较高，
且由于加热时间较长且温度高可能会破坏食品色泽、营养素和风味物质。还有非热杀菌技
术，如化学杀菌，利用杀菌剂、防腐剂等，针对性强，但可能会有有机物残留带来的安全风
险；物理杀菌包括辐照、紫外线、脉冲电场等，但超高压杀菌成本较高，辐照杀菌易产生辐照
味的缺点。
微波一种频率介于300-30000兆赫，波长在1-1000纳米的电磁波，主要作用于极性
组分和含有极性组分的物料。微波杀菌因其能效高、对食品营养及风味成分破坏程度小的
特点而得到广泛关注。微波杀菌是通过制造一个物理环境包括热力的温度场和高频的交变
电磁场，一方面使电介质中的极性分子运动产生热量，电介质温度升高灭活微生物，另一方
面，微波不断改变电磁场方向，微生物细胞膜周围离子及电子浓度发生变化，改变细胞膜通
透性，使胞内蛋白分子变性，破坏细胞内新陈代谢从而导致微生物死亡。
碱性氨基酸是由氨基(―NH2)和羧基(―COOH)及带正电荷的侧基(R)组成，正、负
电荷中心不重合，具有一定的电偶极矩，带有明显的电性和电极化特性，而成为电磁场作用
的靶点，具有较好的微波电磁效应。有研究证明了阳离子氨基酸残基对极化的重要作用。目
前，有很多研究通过改变食品组分如盐、脂肪含量、水分含量等来改变微波加热特性，这都
是利用改变食品组分极性，从而改变微波电磁特性得以实现的。这些研究为碱性氨基酸与
微波的协同提供了依据，但目前从氨基酸的电磁学特性进行分析，并进一步从其结构上的
电磁学优势研究其与微波的协同作用的研究还基本空缺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微波协同碱性氨基酸杀灭食品中大肠杆菌的方法，其
特征在于，向含有大肠杆菌的灭菌对象中添加碱性氨基酸并进行微波处理。
在本发明的一个实施方式中，所述碱性氨基酸为精氨酸和/或赖氨酸。
在本发明的一个实施方式中，所述灭菌对象为液体。
在本发明的一个实施方式中，所述碱性氨基酸含量为0.5～2.5g/100mL。
在本发明的一个实施方式中，微波剂量为2～4w/g，处理时间为70～180s。
在本发明的一个实施方式中，微波剂量为3w/g，处理时间为90～120s。
在本发明的一个实施方式中，微波剂量为2w/g，处理时间为130～180s。
在本发明的一个实施方式中，微波剂量为4w/g，处理时间为70～90s。
在本发明的一个实施方式中，控制灭菌对象在微波处理前温度为10℃。
在本发明的一个实施方式中，灭菌对象深度为1～5cm，灭菌对象底部距离微波源
10～15cm。
本发明的第二个目的在于提供所述杀菌方法在食品领域的应用。
有益效果：本发明的方法能够杀灭食品中大肠杆菌等有害菌，使有害菌数量减少
50％以上甚至无检出水平，符合国标(GB29921-2013)《食品中致病菌限量》对大肠杆菌的要
求。本发明的方法能够用于液体食品如饮料等的灭菌，在杀灭有害菌的同时，维持灭菌对象
温度低于70℃，不会造成食品原有的风味和营养成分流失。
附图说明
图1为经处理后大肠杆菌的扫描电镜照片(放大12000倍)；A和a，大肠杆菌菌悬液
(未经处理)，菌落数为9(以log计)；B和b，用3W/g(600W/200g)的微波剂量处理105s,菌落数
为7.66(以log计)；C和c，添加2％的赖氨酸的同时用3W/g(600W/200g)的微波剂量处理
105s，菌落数为4.81(以log计)；D和d，添加2％的精氨酸的同时用3W/g(600W/200g)的微波
剂量处理105s，菌落数为3.23(以log计)。E和e，分别用2.5％的赖氨酸和2.5％的精氨酸与
大肠杆菌菌悬液接触2h，残余菌落数分别为8.65和8.71(以log计)。
图2为不同浓度精氨酸、赖氨酸直接接触大肠杆菌的抑制作用；a为8h的接触时间
之内，不同浓度赖氨酸的抑菌情况，b为8h的接触时间之内，不同浓度精氨酸的抑菌情况，c
为48h的接触时间内，不同浓度赖氨酸的抑菌情况，d为48h的接触时间内，不同浓度精氨酸
的抑菌情况。
具体实施方式
培养基为LB液体培养基：每升去离子水中含胰蛋白胨10g，酵母提取物5g，NaCl
10g和LB固体培养基：LB液体培养基中每50mL加入1g固体琼脂。
菌悬液的制备：
向100mL LB培养基中接种大肠杆菌，放置于37℃摇床恒温震荡培养24h，获得菌体
浓度约为1010CFU/mL的大肠杆菌菌悬液。
为了便于对比分析，具体实施方式中出现的菌落数均取对数，即1010CFU/mL以对数
(log10)计为10。
实施例1
取20mL的大肠杆菌菌悬液至180mL生理盐水溶液中，液面高度3～4cm，距离微波源
距离10cm，微波功率600W，即3W/g的微波剂量处理105s，然后平板涂布计残余菌落数。
实施例2
取20mL的大肠杆菌菌悬液至180mL生理盐水溶液中，使最终赖氨酸浓度为2.5％
(w/v)。37℃静置培养2h，然后平板涂布计残余菌落数。
实施例3
取20mL的大肠杆菌菌悬液至180mL生理盐水溶液中，使最终精氨酸浓度为2.5％
(w/v)，菌悬液的初始浓度约为109CFU/mL。37℃静置培养2h，然后平板涂布计残余菌落数。
实施例4
取20mL的大肠杆菌菌悬液至180mL生理盐水溶液中，使最终精氨酸浓度为2.5％
(w/v)。设置油浴锅的温度为180℃，将装有2.5％(w/v)精氨酸的菌悬液200g没入油浴锅中
加热105s。加热过程中缓慢晃动三角烧瓶，以使三角烧瓶内液体温度分布尽量均匀，加热完
成后立即置于冰水浴中至常温，然后平板涂布计残余菌落数。
实施例5
取20mL的大肠杆菌菌悬液至180mL生理盐水溶液中，使最终赖氨酸浓度为2.5％
(w/v)。设置油浴锅的温度为180℃，将装有2.5％(w/v)赖氨酸的菌悬液200g没入油浴锅中
加热105s。加热过程中缓慢晃动三角烧瓶，以使三角烧瓶内液体温度分布尽量均匀，加热完
成后立即置于冰水浴中至常温，然后平板涂布计残余菌落数。
实施例6
取20mL的大肠杆菌菌悬液至180mL生理盐水溶液中，使最终精氨酸浓度为2.5％
(w/v)。设置水浴锅温度为61℃，将装有2.5％(w/v)精氨酸的菌悬液200g置于三角烧瓶中，
在水浴锅中加热10min，加热过程中缓慢晃动三角烧瓶，以使三角烧瓶内液体温度分布尽量
均匀，加热完成后立即置于冰水浴中至常温，然后平板涂布计残余菌落数。
实施例7
取20mL的大肠杆菌菌悬液至180mL生理盐水溶液中，使最终精氨酸浓度为2.5％
(w/v)，液面高度3～4cm，距离微波源距离15cm，微波功率600W，即3W/g(600W/200g)的微波
剂量处理105s，然后平板涂布计残余菌落数。
实施例8
取20mL的大肠杆菌菌悬液至180mL生理盐水溶液中，使最终赖氨酸浓度为2.5％
(w/v)，液面高度3～4cm，距离微波源距离15cm，微波功率600W，即3W/g(600W/200g)的微波
剂量处理105s，然后平板涂布计残余菌落数。
实施例9
取20mL的大肠杆菌菌悬液至180mL生理盐水溶液中，使最终组氨酸浓度为2.5％
(w/v)，液面高度3～4cm，距离微波源距离15cm，微波功率600W，即3W/g(600W/200g)的微波
剂量处理105s，然后平板涂布计残余菌落数。
实施例10
取20mL的大肠杆菌菌悬液至180mL生理盐水溶液中，使最终甜菜碱浓度为2.5％
(w/v)，(注：甜菜碱为非蛋白性氨基酸，是赖氨酸的结构类似物，也是一种碱性氨基酸)，液
面高度3～4cm，距离微波源距离15cm，微波功率600W，即3W/g(600W/200g)的微波剂量处理
105s，然后平板涂布计残余菌落数。
实施例11
取20mL的大肠杆菌菌悬液至180mL生理盐水溶液中，使最终精氨酸浓度为2％(w/
v)，液面高度3～4cm，距离微波源距离15cm，微波功率600W，即3W/g(600W/200g)的微波剂量
处理120s，然后平板涂布计残余菌落数。
实施例12
取20mL的大肠杆菌菌悬液至180mL生理盐水溶液中，使最终精氨酸浓度为2％(w/
v)，液面高度3～4cm，距离微波源距离15cm，微波功率400W，即2W/g(400W/150g)的微波剂量
处理180s，然后平板涂布计残余菌落数。
实施例13
取12mL的大肠杆菌菌悬液至108mL生理盐水溶液中，使最终精氨酸浓度为2％(w/
v)，液面高度1～2cm，距离微波源距离15cm，微波功率600W，即5W/g(600W/120g)的微波剂量
处理90s，然后平板涂布计残余菌落数。
实施例14
取20mL的大肠杆菌菌悬液至180mL生理盐水溶液中，使最终精氨酸浓度为0.5％
(w/v)，液面高度3～4cm，距离微波源距离15cm，微波功率400W，即2W/g(400W/150g)的微波
剂量处理155s，然后平板涂布计残余菌落数。
实施例15
取20mL的大肠杆菌菌悬液至180mL生理盐水溶液中，使最终赖氨酸浓度为1％(w/
v)，液面高度3～4cm，距离微波源距离15cm，微波功率400W，即2W/g(400W/150g)的微波剂量
处理180s，然后平板涂布计残余菌落数。
实施例16
取20mL的大肠杆菌菌悬液至180mL生理盐水溶液中，使最精氨酸浓度为0.5％(w/
v)，液面高度3～4cm，距离微波源距离15cm，微波功率600W，即3W/g(600W/200g)的微波剂量
处理120s，然后平板涂布计残余菌落数。
实施例17
取15mL的大肠杆菌菌悬液至135mL生理盐水溶液中，使最终精氨酸浓度为0.5％
(w/v)，液面高度2～3cm，距离微波源距离15cm，微波功率600W，即4W/g(600W/150g)的微波
剂量处理90s，然后平板涂布计残余菌落数。
实施例18
取20mL的大肠杆菌菌悬液至180mL生理盐水溶液中，使最终精氨酸和赖氨酸浓度
之和为2.5％(w/v)，(其中精氨酸、赖氨酸的含量相等)，液面高度3～4cm，距离微波源距离
15cm，微波功率600W，即3W/g(600W/200g)的微波剂量处理105s，然后平板涂布计残余菌落
数。
实施例19
取一定量大肠杆菌菌悬液加入到含碱性氨基酸的生理盐水溶液中，微波处理，然
后平板涂布计残余菌落数。
电镜观察：将微波和氨基酸处理前后的大肠杆菌菌悬液在扫描电镜下观察，结果
如图1所示。(A和a)可以观察到白色短杆形态的大肠杆菌细胞，细胞完整，表面光滑有清晰
可见的边缘，这是处于生长旺盛期的大肠杆菌原菌体。图1(B和b)是仅用微波处理后，发现
细胞表面开始出现破损，肿胀，凹陷，细胞表面粗糙。图1(C和c)赖氨酸协同微波处理后的大
肠杆菌细胞表面，大肠杆菌细胞出现大块的破损，粘连。图(D和d)表明精氨酸的添加协同微
波作用后，大多大肠杆菌细胞出现大片粘连，不再具备完整的大肠杆菌短杆形态。图(E和e)
表明仅将大肠杆菌与2.5％赖氨酸和精氨酸接触2h，对大肠杆菌菌体影响较小，出现少量的
粘连。
菌落计数：如图2所示，2h的接触时间，赖氨酸和精氨酸对大肠杆菌的抑制作用并
不是很突出，需要说明的是，实施例中涉及的微波杀菌实验，在2h之内全部完成，所以，由于
赖氨酸和精氨酸本身的杀菌效应对大肠杆菌造成的影响及单独采用赖氨酸或精氨酸处理，
与单独使用微波处理的效果加和，要远小于氨基酸与微波对大肠杆菌的协同作用。
表1不同杀菌方式不同氨基酸添加对杀菌效果的影响
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技
术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范
围应该以权利要求书所界定的为准。