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浸沒(méi)培養(yǎng)后孢子形成條件對(duì)萎縮芽孢桿菌孢子抗H2O2 滅活能力的影響
2024-07-31 17:06:04
浸沒(méi)培養(yǎng)后孢子形成條件對(duì)萎縮芽孢桿菌孢子抗H2O2 滅活能力的影響
在食品和制藥行業(yè)，生產(chǎn)和包裝中的無(wú)菌性在許多情況下極為重要。芽孢由于其高抵抗力，可以在巴氏滅菌和不充分的滅菌過(guò)程中存活下來(lái)，然后發(fā)芽，從而污染裝入非無(wú)菌容器中的無(wú)菌產(chǎn)品。因此，生產(chǎn)設(shè)施的無(wú)菌性和無(wú)菌生產(chǎn)的所有滅菌方法均經(jīng)過(guò)初步驗(yàn)證，定期使用所謂的生物指標(biāo)（BI）進(jìn)行測(cè)試。這些生物指示測(cè)試菌，對(duì)相應(yīng)的滅菌過(guò)程具有明確的抵抗力。但對(duì)某些滅活方法（例如使用 H2O2）具有很高的抵抗力，而且市售BI的抵抗力差異很大。為此推薦本篇文章與大家一起學(xué)習(xí)，希望能對(duì)大家有所幫助。
內(nèi)容
1.摘要
孢子的抗性形成，尤其是萎縮芽孢桿菌的抗性形成，長(zhǎng)期以來(lái)一直是生物防御、制藥和食品工業(yè)科學(xué)研究的重點(diǎn)。在食品工業(yè)中，它被用作生物指示劑 (BI)，用于評(píng)估過(guò)氧化氫在加工和最終包裝線滅菌中的滅活效果。盡管用作生物指示劑的孢子已經(jīng)生產(chǎn)多年，但人們對(duì)孢子形成條件對(duì)抗性的影響知之甚少，而孢子形成條件是隨機(jī)變異的潛在來(lái)源。因此，本研究考察了在生物反應(yīng)器中浸沒(méi)生產(chǎn)過(guò)程中孢子抗性對(duì)溫度、pH 值和部分氧飽和度的依賴性。為此，在不同的孢子形成條件下生產(chǎn)孢子，并使用35%液態(tài)過(guò)氧化氫中的計(jì)數(shù)減少測(cè)試確定它們的抗性（由D值定義）。測(cè)試結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析表明，抗性與pH值呈二次依賴關(guān)系，中性pH下的D值最高。孢子形成溫度對(duì)抗性具有線性影響，溫度越高，D值越高。但是，這些因素相互作用，這意味著當(dāng)pH值在一定范圍內(nèi)時(shí)，溫度才會(huì)影響抗性。孢子形成過(guò)程中的氧飽和度沒(méi)有顯著影響。根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)，可以開(kāi)發(fā)一個(gè)模型，根據(jù)孢子形成條件來(lái)計(jì)算、預(yù)測(cè)和標(biāo)準(zhǔn)化BI的抗性。為此，BI制造商可以生產(chǎn)具有明確抗性的BI，以驗(yàn)證無(wú)菌包裝/灌裝線中的滅菌效果，從而可靠地生產(chǎn)保質(zhì)期長(zhǎng)且安全的食品。
2.結(jié)果與討論
為了能夠研究孢子形成條件（pH、溫度、培養(yǎng)基中的氧飽和度）對(duì)孢子抗性的影響，開(kāi)發(fā)了全因子實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DoE）。通過(guò)因子測(cè)試計(jì)劃，可以檢查多個(gè)因素對(duì)一個(gè)（或多個(gè)）目標(biāo)變量的影響。本研究中的影響變量為溫度、pH 值和培養(yǎng)基的氧飽和度。對(duì)于有 2-3 個(gè)影響因素的情況，通常采用兩階段測(cè)試計(jì)劃，即每個(gè)影響變量都在兩個(gè)層面上進(jìn)行檢驗(yàn)（最小值和最大值）。
為了進(jìn)行建模，在生物反應(yīng)器中進(jìn)行了初步測(cè)試以確定極值。極值設(shè)置為pH 6.0和8.5，中心點(diǎn)為7.25；對(duì)于溫度，它們被設(shè)置為 28 ℃ 和 40 ℃，中心點(diǎn)為 34℃；對(duì)于最低氧飽和度，它們被設(shè)置為10%、60% 和 35%。根據(jù)這個(gè)值范圍確定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，并在指定的孢子形成條件下在生物反應(yīng)器中產(chǎn)生孢子。收獲并純化產(chǎn)生的孢子后，以 25 ℃下對(duì)35%液態(tài)過(guò)氧化氫的D值來(lái)確定孢子的抗性。
表1顯示了具有孢子形成條件的全因子實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及由此產(chǎn)生的測(cè)量和計(jì)算的D值?？梢钥闯?，測(cè)試系列的測(cè)量D值與調(diào)整后的模型的計(jì)算D值非常匹配。實(shí)驗(yàn)編號(hào)9是一個(gè)例外，這就是為什么它沒(méi)有被包括在計(jì)算中。
16次測(cè)試系列的測(cè)量D值在40到197秒之間，與模型計(jì)算出的D值非常吻合。這可以通過(guò)在圖1中繪制測(cè)量的D值與計(jì)算出的D值來(lái)證實(shí)，r2 值為 0.93。模型對(duì)齊還表明，培養(yǎng)基中的氧飽和度對(duì)D值沒(méi)有顯著影響。
因此，在進(jìn)一步的模型計(jì)算中不考慮氧飽和度。
根據(jù)D值，該模型得出一個(gè)方程（方程1），通過(guò)該方程可以預(yù)測(cè)模型范圍內(nèi)的所有D值（如在極端情況下的影響因素溫度和pH值）。
利用該方程可以建立D值對(duì)溫度和pH值影響的三維預(yù)測(cè)模型（圖2）。
在pH為6.9和溫度為40℃時(shí)，D值最高，為 200 s。預(yù)期D值會(huì)隨著pH值的酸堿變化而下降。根據(jù)所選的pH值，溫度對(duì)D值的影響也不同。在pH值較低（例如6.0）時(shí)，D值對(duì)溫度呈現(xiàn)出非常強(qiáng)的線性依賴性，這意味著隨著溫度的升高，D 值也會(huì)增加。在pH 值為8.5時(shí)，升高溫度不會(huì)增加D值。這兩個(gè)影響變量之間的相互作用在圖3中變得明顯。
隨著pH值的增加，溫度的影響逐漸減小，溫度對(duì)D值的最大影響是在pH值6.0的微酸性條件下，當(dāng)pH達(dá)到7.0 時(shí)，溫度對(duì)D值的影響會(huì)減弱，但仍然很大。從pH值7.8到8.5，溫度對(duì)D值不再有顯著影響。此外，pH對(duì)D值的影響也會(huì)根據(jù)溫度而變化。在28℃ 時(shí)，預(yù)期 pH 值為7.2時(shí)D值最高。在40℃時(shí)，預(yù)期pH 值為6.9 時(shí)D值最高。這意味著預(yù)期最大D值的pH值會(huì)隨著溫度升高而變化。
本研究表明，浸沒(méi)式生產(chǎn)的孢子對(duì)過(guò)氧化氫的抗性在很大程度上取決于 pH 值和溫度。pH 值對(duì)抗性有二次影響，這意味著存在一個(gè)最佳值，在該最佳值下抗性達(dá)到最大值。如果 pH 值進(jìn)一步變?yōu)樗嵝曰驂A性，孢子的抗性也會(huì)降低。然而，抗性對(duì)溫度呈線性依賴性。隨著溫度升高，孢子對(duì)過(guò)氧化氫的抗性也會(huì)增加。應(yīng)該注意的是，pH值和溫度之間存在相互作用，這意味著這些因素相互影響。在pH值中性和酸性范圍內(nèi)，溫度的影響最強(qiáng)。當(dāng)pH值變得更堿性時(shí)，溫度的影響會(huì)降低，直到溫度最終對(duì)抵抗力沒(méi)有影響。培養(yǎng)基的氧飽和度對(duì)孢子的抗性沒(méi)有顯著影響。
本研究未研究溫度和pH值與培養(yǎng)基或其成分（主要成分、濃度和錳、鐵、鋅、鈣等的存在）之間是否存在相互作用以及相互作用的程度，以及這是否會(huì)影響孢子對(duì)過(guò)氧化氫的抗性。孢子抗性的形成受到許多因素的影響，這些因素相互交織、相互影響或相互依賴。因此，未來(lái)不應(yīng)再單獨(dú)或僅以最謹(jǐn)慎的態(tài)度來(lái)研究這些影響因素。
