河南农业大学食品科学技术学院、河南省食品加工与流通安全控制工程技术研究中心Lu Shuyu等采用40 W/m²的405 nm蓝光单处理、直接热处理及光热联合处理3 种方式，探究其对牛乳中金黄色葡萄球菌的灭活效果，并分析不同处理条件对牛乳品质的影响。

Introduction

全球范围内，牛乳及其制品的消费量稳步增长，已成为人类消费量最高的营养食品之一。牛乳富含蛋白质、必需脂肪酸、钙质及各类维生素，对人体代谢健康意义重大；牛乳脂肪中的短链脂肪酸赋予其独特风味，长链脂肪酸则具备抗炎、抗氧化等功效。此外，乳清蛋白与α-乳白蛋白等生物活性肽，可通过调节血压与脂质代谢改善心血管功能。但牛乳丰富的营养成分也使其成为微生物繁殖的理想培养基，金黄色葡萄球菌是乳制品中常见的食源性致病菌，该菌分泌的肠毒素会引发呕吐、腹泻等急性中毒症状，对消费者健康构成严重威胁。

目前，全球牛乳灭菌主要采用巴氏杀菌法与超高温瞬时灭菌（ultra-high temperature，UHT）技术。这类传统灭菌方法虽能有效灭活微生物，却因高温处理存在蛋白质变性、风味劣变等弊端。

为迎合消费者对高营养、高新鲜度乳制品的需求，非热灭菌技术逐渐成为研究热点，主要包括高压均质灭菌、超声波灭菌、短波紫外线辐照灭菌等，光灭菌技术在乳制品行业的应用也日益广泛。405 nm蓝光是一种新型蓝光光源，已有研究发现，100 μmol/L叶酸与365、385、405 nm 发光二极管（light emitting diode，LED）联合处理，相比单独使用发光二极管，对金黄色葡萄球菌的清除效果显著提升。但目前关于405 nm蓝光单处理及与热处理联用，对牛乳中金黄色葡萄球菌作用效果的研究仍较为有限。

图1 光照射实验装置图

Results

1 405 nm 蓝光与黑暗放置对牛乳中金黄色葡萄球菌的影响

强度为40 W/m²的405 nm蓝光对牛乳中的金黄色葡萄球菌的不利影响随暴露时间的延长而增强，其中30 min被确定为关键的抑菌阈值。

A. 405 nm蓝光照射、黑暗放置；B.不同温度加热5、30 min光照后不同温度加热5 min；C.不同温度加热10、30 min光照后不同温度加热10 min；D.不同光照时长联合75 ℃加热10 min。

图2 不同处理方式对牛乳中金黄色葡萄球菌存活菌落数的影响

2 热处理与光热联合处理对牛乳中金黄色葡萄球菌的影响

单一蓝光处理无法实现牛乳中金黄色葡萄球菌的完全灭活，30 min蓝光与温和热处理联用可显著降低菌体完全灭活的温度阈值。80 ℃加热10 min，或者30 min蓝光联合75 ℃加热10 min均能实现完全杀菌。

3 不同蓝光照射时长联合75 ℃加热10 min 对牛乳中金黄色葡萄球菌的影响

30 min蓝光照射后联合75 ℃加热10 min是光热序贯灭菌的最优参数；热效应可提升蓝光在牛乳中的穿透性，增强对牛乳内部微生物的灭活效果，弥补单一光灭菌仅作用于物料表面的缺陷。

4 不同处理对牛乳中金黄色葡萄球菌微观结构的影响

光热联合处理对金黄色葡萄球菌细胞膜具有协同损伤作用，可破坏细胞膜完整性，加剧细胞内容物泄漏，且该协同损伤效果显著优于单一光/热处理。

A.扫描电子显微镜下的形态变化；B.碘化丙啶荧光显微镜图像；C.碘化丙啶荧光强度；D.生物被膜形成能力；E.流式细胞术检测金黄色葡萄球菌活的非可培养细胞。

图3 不同处理方式的杀菌机制

5 不同处理对牛乳中金黄色葡萄球菌细胞膜通透性的影响

蓝光和热处理均会破坏金黄色葡萄球菌细胞膜完整性、提升膜通透性，且热处理的作用效果显著强于蓝光；光热联合处理可对菌体细胞膜产生叠加损伤，使膜通透性大幅提升。

6 不同处理对牛乳中金黄色葡萄球菌生物被膜形成的影响

30 min蓝光联合75 ℃加热10 min的序贯处理，可显著抑制牛乳中金黄色葡萄球菌的生物被膜形成。

7 活的非可培养细胞检测

光热联合处理可使金黄色葡萄球菌细胞膜完全破裂、细胞内容物泄漏并实现菌体完全灭活，且不会诱导菌体形成活的非可培养细胞，消除了残留休眠菌的安全隐患。

8 不同处理对牛乳理化性质的影响

光和热处理均会使牛乳红度值升高，80 ℃高温热处理因美拉德反应使牛乳亮度值降低、颜色变暗；蓝光及光热联合处理会降低牛乳黄度值，推测与蓝光导致核黄素分解相关，且各处理的色泽变化均无肉眼可见差异。

表1 不同处理方式下牛乳的色泽

30 min蓝光联合75 ℃加热10 min的处理方式，对牛乳的流变特性影响极小，几乎不会改变牛乳的表观黏度。此外，蓝光对牛乳核黄素的降解作用显著强于热处理；光热联合处理可部分缓解单一蓝光对核黄素的降解。而热处理对牛乳脂质氧化的促进作用显著强于蓝光；光热联合处理引发的牛乳脂质氧化程度，显著低于80 ℃高温热处理，对牛乳脂质的氧化损伤更小。

A.pH值；B.表观黏度；C.核黄素含量；D. 丙二醛含量；E.电子鼻雷达图；F.主成分分析图。

图4 不同处理方式对牛乳理化性质及风味的影响

9 不同处理对牛乳风味的影响

30 min蓝光联合75 ℃加热10 min的处理方式对牛乳风味的影响极小，而80 ℃高温热处理会导致牛乳风味发生显著劣变。

10 不同处理对牛乳成分的影响

光热联合处理和高温热处理均会改变牛乳的主要营养成分，但30 min蓝光联合75 ℃加热10 min对牛乳蛋白质、脂肪、乳糖的影响，显著轻于80 ℃高温热处理，更能保留牛乳的原始营养成分。

A.CH₂键特征峰；B.C=O键特征峰；C.C=O键与N—H键特征峰；D.C—O键特征峰；E.全波段红外光谱。

图5 不同处理方式下的牛乳成分变化

Conclusion

研究发现，采用40 W/m²的405 nm蓝光对牛乳处理60 min，可使其中的金黄色葡萄球菌数量降低2.30（lg（CFU/mL））。经40 W/m²的405 nm蓝光照射30 min后再于75 ℃加热10 min，或直接于80 ℃加热10 min，均可实现对该菌的完全灭活，2 种处理方式均使牛乳中金黄色葡萄球菌数量降低8.10（lg（CFU/mL））。光热联合处理降低了菌体完全灭活所需的温度，且能有效破坏金黄色葡萄球菌的细胞膜，其中热处理对细胞膜的损伤效果优于单一光照处理。光热联合处理后，体系中未检测到活的非可培养细胞，同时该处理方式还能显著抑制牛乳中金黄色葡萄球菌生物被膜的形成。与80 ℃加热10 min的单一热处理相比，该光热序贯处理对牛乳的pH值、氧化程度、风味、表观黏度及蛋白质、脂肪、乳糖含量均无明显影响，二者对牛乳核黄素含量的影响无显著差异，仅光热序贯处理对牛乳色泽的影响更为明显。