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浸沒培養(yǎng)后孢子形成條件對萎縮芽孢桿菌孢子抗H2O2 滅活能力的影響
2024-07-31 17:06:04
浸沒培養(yǎng)后孢子形成條件對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程中存活下來，然后發(fā)芽，從而污染裝入非無菌容器中的無菌產(chǎn)品。因此，生產(chǎn)設施的無菌性和無菌生產(chǎn)的所有滅菌方法均經(jīng)過初步驗證，定期使用所謂的生物指標（BI）進行測試。這些生物指示測試菌，對相應的滅菌過程具有明確的抵抗力。但對某些滅活方法（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習，希望能對大家有所幫助。
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，長期以來一直是生物防御、制藥和食品工業(yè)科學研究的重點。在食品工業(yè)中，它被用作生物指示劑 (BI)，用于評估過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，但人們對孢子形成條件對抗性的影響知之甚少，而孢子形成條件是隨機變異的潛在來源。因此，本研究考察了在生物反應器中浸沒生產(chǎn)過程中孢子抗性對溫度、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)過氧化氫中的計數(shù)減少測試確定它們的抗性（由D值定義）。測試結果的統(tǒng)計分析表明，抗性與pH值呈二次依賴關系，中性pH下的D值最高。孢子形成溫度對抗性具有線性影響，溫度越高，D值越高。但是，這些因素相互作用，這意味著當pH值在一定范圍內(nèi)時，溫度才會影響抗性。孢子形成過程中的氧飽和度沒有顯著影響。根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)，可以開發(fā)一個模型，根據(jù)孢子形成條件來計算、預測和標準化BI的抗性。為此，BI制造商可以生產(chǎn)具有明確抗性的BI，以驗證無菌包裝/灌裝線中的滅菌效果，從而可靠地生產(chǎn)保質(zhì)期長且安全的食品。
2.結果與討論
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）對孢子抗性的影響，開發(fā)了全因子實驗設計（DoE）。通過因子測試計劃，可以檢查多個因素對一個（或多個）目標變量的影響。本研究中的影響變量為溫度、pH 值和培養(yǎng)基的氧飽和度。對于有 2-3 個影響因素的情況，通常采用兩階段測試計劃，即每個影響變量都在兩個層面上進行檢驗（最小值和最大值）。
為了進行建模，在生物反應器中進行了初步測試以確定極值。極值設置為pH 6.0和8.5，中心點為7.25；對于溫度，它們被設置為 28 ℃ 和 40 ℃，中心點為 34℃；對于最低氧飽和度，它們被設置為10%、60% 和 35%。根據(jù)這個值范圍確定實驗計劃，并在指定的孢子形成條件下在生物反應器中產(chǎn)生孢子。收獲并純化產(chǎn)生的孢子后，以 25 ℃下對35%液態(tài)過氧化氫的D值來確定孢子的抗性。
表1顯示了具有孢子形成條件的全因子實驗設計以及由此產(chǎn)生的測量和計算的D值?？梢钥闯?，測試系列的測量D值與調(diào)整后的模型的計算D值非常匹配。實驗編號9是一個例外，這就是為什么它沒有被包括在計算中。
16次測試系列的測量D值在40到197秒之間，與模型計算出的D值非常吻合。這可以通過在圖1中繪制測量的D值與計算出的D值來證實，r2 值為 0.93。模型對齊還表明，培養(yǎng)基中的氧飽和度對D值沒有顯著影響。
因此，在進一步的模型計算中不考慮氧飽和度。
根據(jù)D值，該模型得出一個方程（方程1），通過該方程可以預測模型范圍內(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值對溫度和pH值影響的三維預測模型（圖2）。
在pH為6.9和溫度為40℃時，D值最高，為 200 s。預期D值會隨著pH值的酸堿變化而下降。根據(jù)所選的pH值，溫度對D值的影響也不同。在pH值較低（例如6.0）時，D值對溫度呈現(xiàn)出非常強的線性依賴性，這意味著隨著溫度的升高，D 值也會增加。在pH 值為8.5時，升高溫度不會增加D值。這兩個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D值的最大影響是在pH值6.0的微酸性條件下，當pH達到7.0 時，溫度對D值的影響會減弱，但仍然很大。從pH值7.8到8.5，溫度對D值不再有顯著影響。此外，pH對D值的影響也會根據(jù)溫度而變化。在28℃ 時，預期 pH 值為7.2時D值最高。在40℃時，預期pH 值為6.9 時D值最高。這意味著預期最大D值的pH值會隨著溫度升高而變化。
本研究表明，浸沒式生產(chǎn)的孢子對過氧化氫的抗性在很大程度上取決于 pH 值和溫度。pH 值對抗性有二次影響，這意味著存在一個最佳值，在該最佳值下抗性達到最大值。如果 pH 值進一步變?yōu)樗嵝曰驂A性，孢子的抗性也會降低。然而，抗性對溫度呈線性依賴性。隨著溫度升高，孢子對過氧化氫的抗性也會增加。應該注意的是，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。當pH值變得更堿性時，溫度的影響會降低，直到溫度最終對抵抗力沒有影響。培養(yǎng)基的氧飽和度對孢子的抗性沒有顯著影響。
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，以及這是否會影響孢子對過氧化氫的抗性。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，未來不應再單獨或僅以最謹慎的態(tài)度來研究這些影響因素。
