2021-06-29
期刊：Ultrasonics Sonochemistry
影響因子：6.5130
派森諾生物與邵陽學院攜手合作，于近期在期刊《Ultrasonics Sonochemistry》上發(fā)表題為《Combination of ozone and ultrasonic-assisted aerosolization sanitizer as a sanitizing process to disinfect fresh-cut lettuce》的文章。
技術手段：酚酸靶向檢測
研究背景
美國FDA建議每天食用3-5種不同的蔬菜和2-4種不同的水果。微加工產(chǎn)品具有方便、多樣的特點，迎合了人們?nèi)找婵旃?jié)奏的生活方式。然而，由于鮮切蔬菜通常未經(jīng)熱處理就生吃，導致微生物污染的風險增加。微生物污染會引起食物變質(zhì)，保質(zhì)期縮短，并引發(fā)食源性疾病。引起食源性疾病的病原體大多為大腸桿菌和沙門氏菌，在美國分別占30.87%和47.65%，在歐洲分別占8.33%和47.62%。在發(fā)展中國家，食源性病原體的污染也很嚴重。因此，研究低成本且不影響生鮮產(chǎn)品質(zhì)量的消毒方法是非常重要的。
近年來，微生物相互作用、脈沖光、低溫等離子體作為新興的消毒技術得到廣泛研究。雖然這些辦法在工業(yè)化領域有許多優(yōu)點，但由于設備成本高不能被大規(guī)模應用。然而化學消毒劑因為成本低、消毒效果好、可與水按不同比例混合等優(yōu)點具有廣泛的應用前景。一些蔬菜葉片經(jīng)常發(fā)生病原菌感染。因為清洗蔬菜的水是循環(huán)利用的，所以容易發(fā)生交叉污染，導致所有蔬菜感染，從而增加食源性疾病的風險。除此之外，還需要減少消毒劑用量，以更好地滿足微加工行業(yè)的成本要求。因此，減少消毒劑用量，開發(fā)非浸泡式消毒方法已成為研究的重點。
超聲波輔助霧化具有消毒劑用量少、可形成微米級顆粒的特點，因此可吸附在葉片表面并不斷控制微生物水平。化學消毒劑根據(jù)其抗菌機理可分為有機酸類和氧化性消毒劑類。在化學消毒劑中常用的是臭氧和氯基消毒劑。例如臭氧可以降解農(nóng)藥殘留，對農(nóng)產(chǎn)品表面進行消毒，而且只需要較低的設備成本。但是，在一些國家使用氯消毒劑對新鮮農(nóng)產(chǎn)品進行消毒是被禁止的。另一種類型的化學消毒劑有機酸，它不僅是食品添加劑，而且被美國FDA批準為GRAS。其中乙酸和乳酸與其他GRAS有機酸相比，具有較高的消毒效果，成本相對較低。
本研究以鮮切生菜為模型，研究了臭氧與化學消毒劑組合使用的消毒效果。
圖1 消毒設備原理圖
研究思路
研究結果
1. 鮮切生菜中鼠傷寒沙門氏菌的消毒劑及霧化率的篩選
貯藏7d后，2%AA處理的樣品出現(xiàn)褐變斑點。因此，不選擇2%AA進行后續(xù)篩選實驗。由于沙門氏菌是引起食源性疾病較多的病原體，所以對鼠傷寒沙門氏菌進行了消毒劑篩選實驗。結果表明，1%AA和4 ppm臭氧對鼠傷寒沙門氏菌無效(圖2A)。市場上現(xiàn)有的超聲波輔助霧化吸入器大多頻率為1.7 MHz，因此本研究使用的超聲頻率為1.7 MHz。霧化率篩選實驗表明，3.6 mL/min時的最大霧化率顯著高于2.0 mL/min（圖2B），因此后續(xù)實驗中霧化速率選擇3.6 mL/min。由于本研究的目的是將霧化消毒劑與GO相結合，因此在后續(xù)實驗中選擇8ppm的臭氧。由于之前沒有研究報道1%AA和8ppm臭氧的組合是否有消毒效果，因此本實驗采用1% AA和8ppm臭氧的組合。
圖2不同消毒劑 (A)和霧化率(B)對鮮切生菜中的鼠傷寒沙門氏菌的影響
2. 不同處理組合對鮮切生菜的消毒效果
雖然1%AA+8 ppm GO造成了生菜葉子的褐變，但實驗也評估了這個組合的消毒效果(圖3)。用1%AA和8ppm GO處理后，鼠傷寒沙門氏菌、大腸桿菌O157:H7和李斯特菌的產(chǎn)出分別為6.18、 6.11、6.29 log CFU/ g，均顯著低于自來水組和對照組。然而，在第7天，并沒有觀察到顯著差異，表明 1%AA+8 ppm GO不適合作為鮮切生菜上的食源性病原體的消毒劑。此外，1%LA、2%LA、100 ppm SH、200 ppm SH和8ppm GO 處理后鼠傷寒沙門氏菌數(shù)目分別降低了 0.78、0.95、0.44、0.74 和 0.59 log CFU/g (圖2)，而1%LA+GO、2% LA+GO、100ppm SH+GO和200 ppm SH+GO處理后其數(shù)量分別下降到1.14、1.28、0.75和0.87 log CFU/g (圖3)，說明兩者沒有發(fā)生協(xié)同效應。
眾多研究表明，柵欄技術不能提供協(xié)同消毒效果，但與單一消毒方法相比，它可以減少微生物的數(shù)量。對于大腸桿菌O157:H7和李斯特菌，四種組合的消毒效果與對鼠傷寒沙門氏菌的消毒效果相似(圖3B和C)。
隨著貯藏天數(shù)的增加，LA+GO組大腸桿菌O157:H7、李斯特菌和鼠傷寒沙門氏菌的數(shù)量均呈下降趨勢，其中2%LA+GO組合在第3天和第7天的數(shù)量達到最低，均明顯低于SH+GO組。綜上，2%LA+GO組合是控制鮮切生菜食源性病原體的理想選擇。
對于自然存在的微生物，在5個處理組合中，2%LA+GO組在第0天的計數(shù)最低(AMC、APC和M&Y分別為4.23、4.41和3.66)(圖4A-C)。存儲期間，對照組的AMC、APC和M&Y數(shù)目呈上升趨勢。1% AA+GO組的AMC和APC呈上升趨勢，第7天對照組的AMC和APC無顯著變化，表明1% AA+GO可以刺激AMC和APC的生長。從第3天到第7天，與SH+GO組相比，2%LA+GO組的AMC和APC水平顯著降低。在第7天，LA+GO組的AMC、APC和M&Y數(shù)目顯著低于第0天，而SH+GO組，與第0天相比無顯著差異。結果表明，2%LA+GO是控制鮮切生菜中天然存在的微生物的理想選擇。
圖3貯藏期間不同處理組合對對鼠傷寒沙門氏菌(A)、大腸桿菌O157:H7 (B)和李斯特菌(C)的消毒效果
圖4 貯藏期間不同處理組合對AMC (A)、APC (B)、M&Y (C)的消毒效果
3. 不同處理組合對鮮切生菜品質(zhì)性狀的影響
3.1 色澤
綠葉蔬菜的顏色直接影響消費者的購買欲望，因此將色澤與感官質(zhì)量評價相結合變得十分重要。對于色澤本實驗用L*、a*、b*指標進行評價，其中負到正分別表示暗到亮、綠到紅、藍到黃。眾所周知，大多數(shù)類型的消毒劑都會對蔬菜葉片造成損害，損壞的程度也直接決定了它的質(zhì)量。由于在1%AA+8 ppm GO處理的樣品中觀察到褐變斑點，因此沒有對這一組的數(shù)據(jù)進行評估。其余四組的b*值與對照組相比無顯著差異(圖5E)。L*和a*用于評價綠葉蔬菜用消毒劑清洗后是否變色，處理后的樣本與對照組相比也沒有顯著差異(圖5C和D)。綜上所述，當LA+GO組合處理時，綠葉生菜顏色沒有受到負面影響。
圖5消毒處理（7天）對鮮切生菜的品質(zhì)性狀的影響
3.2 多酚含量，單體酚含量，重量損失
多酚是植物重要的次生代謝產(chǎn)物，是防止人體細胞氧化損傷的關鍵營養(yǎng)素。貯藏7天后，對照組GAE含量為312.34 mg/kg(圖5B)，與文獻報道一致。處理組與對照組之間無顯著差異，說明處理對多酚含量沒有負面影響。綜合研究表明，UV-C和GO處理沒有降低樣本中的多酚含量，但單體酚含量略有減少。對于一些多酚含量較高的作物，GO處理還可進一步提高多酚物質(zhì)的含量。
為了對處理后的酚類代謝物進行深入分析，研究比較了對照組和2% LA+8ppm臭氧組中單體酚含量的變化。因為酚酸是生菜中的主要酚類化合物，所以研究采用靶向代謝組學方法對19種酚酸進行了檢測。結果表明，主要的單體酚有咖啡酸、對香豆酸和反式阿魏酸(圖6)。這些酚類化合物在2%LA+8ppm臭氧處理后沒有明顯變化。然而，3，4-二羥基苯甲醛(原兒茶醛)、香草醛、丁香醛、苯甲酸和氫化肉桂酸的含量在處理后發(fā)生顯著改變。其中3，4-二羥基苯甲醛和香草醛負責苯丙素類的生物合成，該類物質(zhì)與生菜褐變有關。同樣，苯丙酸也負責苯丙氨酸的代謝。消毒過程中造成的表面損傷是不可避免的。當損傷程度較大時，酚類化合物在多酚氧化酶的作用下與氧發(fā)生反應，從而引起褐變。因此，表面損傷程度決定了褐變程度。L*和a*可以反映褐變程度。貯藏結束時，處理組的L*和a*與對照組相似(圖5C和E)，說明生菜表面受到了輕微的損傷，沒有引起明顯的顏色變化。
在貯藏過程中，新鮮農(nóng)產(chǎn)品的重量減少主要是由營養(yǎng)物質(zhì)流失和水分分離造成的。隨著消毒劑引起的損害程度的增加，酚類物質(zhì)向醌類物質(zhì)(褐變的關鍵標志)的轉化和水的分離加速。在本研究中，對照組第7天重量減少5.33%(圖5A)，其他聯(lián)合處理組結果類似。這些結果表明，組合處理造成的損傷較小，在隨后的貯藏過程中也可引起葉片組織的自我修復，而不會造成酚類物質(zhì)和重量的損失。
圖6 鮮切生菜的酚酸譜
3.3 感官質(zhì)量
感官的色、味、脆是影響消費者接受度的關鍵因素。感官評價結果如圖7所示。貯藏結束時(7天)，處理組與對照組感官評分無顯著差異(圖7C)，這與上述顏色分析結果一致(圖5C-E)。而且在本研究中，四種處理組合對脆度也沒有影響(圖7B)。分析結果表明，四種組合對感官風味沒有負面影響(圖7A)。
圖7消毒處理（7天）對鮮切生菜感官品質(zhì)的影響
總 結
本研究提出了一種非浸泡式消毒方法，以達到降低消毒劑用量和交叉污染風險的目的。將霧化消毒劑與GO結合對鮮切生菜進行消毒。結果表明，LA+GO和SH+GO可以顯著減少食源性病原體和自然存在的微生物的數(shù)量，2%LA+8ppm GO的效果最好。這些發(fā)現(xiàn)為有機酸和GO在新鮮農(nóng)產(chǎn)品消毒中的應用提供了重要見解。
本研究的酚酸靶向檢測以及數(shù)據(jù)分析工作均由上海派森諾生物科技有限公司完成。
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