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凈菜(蔬菜)加工中常用的消毒殺菌劑
【發布時間:2014/2/13】
蔬菜是我國的重要經濟作物,近些年我國果品和蔬菜生產突飛猛進。目前全國蔬菜產量已達3 億多噸,人均占有300 多千克,產值2 500億~2 800億元。在種植業中蔬菜生產是僅次于糧食生產的第二大產業,同時也是我國現代城郊型農業的支柱產業,有力地推動了農業和農村經濟的發展。由于實施凈菜工程可以減少采后損失、減少城市垃圾,實行源頭減量化、減少農藥殘留、減少無效物流和潛在的高成本、提高蔬菜銷售量和附加值、以及減少家庭和城市勞動力浪費等諸多優點,所以凈菜加工被認為是今后蔬菜業發展的方向之一而受到人們的重視,因此,研究作為凈菜生產的必要環節清洗技術具有十分重要的意義。 
1   使用消毒殺菌劑的目的 
目前蔬菜上存在的主要致病菌有李斯特菌(Listeria monocytogenes)、沙門氏菌屬(Salmonella)、志賀氏菌屬(Shigella)、大腸桿菌(Escherichia coli O157:H7)、肉毒桿菌(Clostridium botulinum)、肝炎等。雖然蔬菜的菌數因種類不同而有很大差異,但芽菜類生菌數較高,約為107~109 CFU/g,葉菜類106~107 CFU/g。發達國家已將凈菜清洗殺菌作為危險分析關鍵控制點(HACCP),結合良好生產措施(GMPs)以減少由這些病原引起的疾病,而且更是延長蔬菜貯藏壽命的有效方法。 
2   理想殺菌劑 
挑選消毒殺菌劑應考慮下列因素:對主要病原菌(細菌、真菌、酵母菌)具殺菌作用,常見的病原菌如:李斯特菌、金黃色葡萄球菌(Staphlococcus aureus)及大腸桿菌等;安全性要高;無有害物質殘留;不會影響產品品質。 
3   常用消毒殺菌劑 
3.1   鹵素及鹵素化合物 
3.1.1  氯 
3.1.1.1  液體氯和次氯酸鹽 
氯是果蔬采收、采后處理以及加工設備表面的有效消毒殺菌劑。最常見的形式為液體氯(Cl2)、次氯酸鈉和次氯酸鈣。其中:氯氣最便宜,但使用僅限于大型包裝廠,并需要自動氯氣注入系統和pH檢測設備檢測設備,其可將清洗水pH降低到6.5以下。次氯酸鈣最常用,有效成分含量為65%或68%(質量分數),以顆粒、片劑或緩釋片劑銷售。使用時用少量溫水溶解再加清洗系統中避免植物毒性如漂白、燒傷產生。次氯酸鈉 一般在小型包裝廠使用,有效成分含量為5.25%或12.75 %(質量分數)。相比前兩種而言價格較高,使用次氯酸鈉也會將清洗水pH增加到7.5。  
雖然氯具有價格便宜、反應快、殺菌譜廣、無色、易配和易用等優點但其效果受作用時間、溶液溫度、濃度和pH等因子影響。 
與其他消毒殺菌劑相比,氯在蔬菜上的研究最多。Mazollier(1988)研究了氯濃度對沙拉用葉菜上厭氧微生物和大腸桿菌的影響,結果表明,50 mg/L的氯大大降低了總菌的含量,但是用200 mg/L進一步降低的效果不太明顯。在另一研究中,用自來水方法洗滌萵苣使微生物(Ca.107/g)減少92%,而用100 mg/L有效自由氯(pH = 9)減少97.8%,其殺菌效果不太明顯,但加入無機酸和有機酸將pH從9降低到4.5~5.0后,微生物大量減少。在次氯酸鹽中加入100 mg/L表面活性劑(Tween80)雖能增加了殺菌效果但影響萵苣的感官品質。Garg等(1990)發現在300 mg/L氯的水中浸泡減少萵苣微生物總量達3 log10 CFU/g,但對蘿卜或紅大白菜沒有效果。抱子甘藍經200 mg/L氯溶液浸泡10 s后,單核細胞增生李斯特氏菌(log10 6.1 CFU/g)減少100倍(2 log10 2),其中以200 mg/L處理切割萵苣和大白菜處理10 min的效果最好,減少分別達到1.3~1.7 log10 CFU/g和0.9~1.2 log10 CFU/g,而且在22 ℃的效果比4 ℃更好,這可能是由于萵苣和番茄的溫度介于4~22 ℃的結果。而且氯的作用主要在前30 s,處理時間從1~10 min的殺菌效果無太大差異。但Nguyen-the 和Carlin(1994)經研究得出結論:用氯消除蔬菜表面單核細胞增生利斯特氏菌的效果有限而且不易預測。 
在一研究氯處理減少沙門氏桿菌的研究中,經60 mg/L或110 mg/L氯浸泡2 min的成熟綠番茄,其果實表面以及莖的沙門氏菌顯著下降。然而,用含320 mg/L氯處理也沒有使該菌完全失活。Wei等(1995)的研究表明,100 mg/L處理對成熟番茄上接種了沙門氏桿菌的減少無效。
而且氯可能與有機質形成三鹵素甲烷(THM)、氯仿和鹵酸(HAA)可能致癌的物質而限制了其進一步推廣使用。 
3.1.1.2  二氧化氯 (ClO2) 
ClO2系黃綠色氣體,作為水的消毒殺菌劑已有70多年的歷史,現在廣泛地用于肉類、果蔬、奶、造紙和廢水處理等的消毒殺菌、除臭及清洗。ClO2極易溶于水,有以下優點:能消除苯酚、腐殖酸及硫化物引起的異味;有效防止似隱子囊孢子;不易形成三鹵甲烷(THM’ s);不易與溴化物形成致癌物質溴或溴酸鹽;與氨不發生反應;在一般濃度下不與氯化脂肪酸鹽形成鹵—乙酸;可以去除錳、鐵、Mn2+—Mn4+、Fe2+—Fe3+。  
而且,ClO2殺菌效力是氯的2.5倍,ClO2在pH 6~10的殺菌效力都比較強,它的作用機制在于使細胞蛋白合成中斷和膜透性失控。常用濃度為1~5 mg/L。通常在3~5 mg/L時便有很好的殺菌效力,有資料顯示二氧化氯殺死大腸桿菌的效果比氯好(pH8.5)。但與氯相比,受pH和有機質影響小,不腐蝕不銹鋼。因此,最近幾年越來越受到人們重視,很有可能成為消毒殺菌劑。缺點是在高濃度下不穩定,當超過10%或溫度超過130 ℃易發生爆炸。 
有關二氧化氯作為果蔬消毒殺菌劑效力研究的報道很少。在一用二氧化氯處理黃瓜微生物累積的試驗中,2.5 mg/L二氧化氯有效地減少了新鮮黃瓜的微生物,但105 mg/L濃度處理對進一步減少的效果不明顯。因而得出結論:由于有很多微生物與黃瓜緊密結合,它們不受氯和二氧化氯的影響。在另一用二氧化氯控制切割萵苣和大白菜表面李斯特菌的研究中,與對照自來水(0 mg/L二氧化氯)相比,用5 mg/L二氧化氯處理10 min,在4 ℃和22 ℃下細菌分別減低1.1和0.8 log10,但總的說來,22 ℃下的效果比4 ℃好。在高達5 mg/L二氧化氯下減低細菌的量僅約大于90%,這證實了二氧化氯對黃瓜里面和表面微生物缺乏有效性。因此,Beuchat(1999)認為二氧化氯對特定果蔬的殺菌效力值得進一步研究。 
在果蔬加工設備上FDA所允許的最高濃度為200 mg/L,它也用于新鮮未去皮果蔬、豆的消毒,但濃度不能超過5 mg/L。對去皮馬鈴薯最大濃度不能超過1 mg/L。FDA不允許二氧化氯用于其他鮮切果蔬的消毒。美國空氣中允許的濃度為0.1 mg/L(OSHA)。 
3.2   離子化合物質 
3.2.1  磷酸鈉(TSP) 
FDA允許在家禽上使用磷酸三鈉以減少沙門氏桿菌和其他微生物。已知道這種堿性物質可有效殺滅家禽和紅肉的沙門氏桿菌。Zhuang和Beuchat(1996)研究了TSP對成熟綠番茄上S. montevideo的殺菌效果,結果表明番茄用15%TPS(質量分數)溶液浸泡15 s后,使具有5.18 log10 CFU/cm2的沙門氏桿菌完全失活,另用1%溶液處理15 s也可以使其顯著下降(P = 0.05)。用4%~15%TSP處理番茄可以顯著降低細菌數量(5.58 log10 CFU/g),但高濃度15%處理也只能使細菌減少2 log10。成熟時番茄色澤和亮度不受TSP影響。說明TSP作為消毒殺菌劑很有希望消除成熟綠番茄上沙門氏桿菌,但未見商業上使用的研究報道。 
用TSP去除李斯特菌的效果不佳。Zhang和Farber(1996)的研究表明,2%TSP處理對切割萵苣減少李斯特菌的數量幾乎無影響。而且若TSP使用濃度超過10%對萵苣的感官品質有影響。其他研究者發現李斯特菌抗TSP,但大腸桿菌O 157:H7對1%的TSP敏感,在室溫或10 ℃下處理30 s,106 CFU/mL的或105 CFU/cm2李斯特菌被殺滅。彎曲桿菌(Campylobacter jejuni)對TSP的抗性稍大于大腸桿菌 O 157: H7。由于TSP的pH為11~12,所以其作為商業果蔬消毒殺菌劑受到限制。 
3.2.2  季銨化合物(Quats) 
季銨化合物系陽離子表面活性劑,無色、無味,對設備無腐蝕、不會對皮膚造成損傷、在有機質存在、高溫條件下穩定,稀釋溶液主要用于果蔬加工廠地板、墻、排水系統、設備及其他與食品相接觸表面的消毒。若處理溶液濃度未超過200 mg/L可以不用水沖洗。它們對酵母、霉菌和革蘭氏陽性菌如李斯特菌的殺菌效果比氯強,對革蘭氏陰性菌如沙門氏桿菌、大腸桿菌、假單胞桿菌和歐文氏菌(Erwinia)殺菌效果稍次(后兩種是新鮮蔬菜主要的腐生菌)。不過也有報道因Quats處理的對象不同其抗菌活性大不一樣。由于Quats具有表面活性,所以其穿透性強并形成抗菌膜。其有效性在pH 6~10范圍內最高,因而在高酸性環境條件下作為消毒殺菌劑受限制。Quats與皂及陰離子洗滌劑不能混溶。 
盡管這類化合物在國外還沒有被批準在直接接觸的食品上使用,也未見在蔬菜上應用的報道,但在消費前去皮的非切割類果蔬上作為消毒殺菌劑具有應用前景。 
3.3   有機酸 
應用有機酸沖洗果蔬表面減少微生物也具有應用前景。有資料表明,用檸檬汁(主要含檸檬酸)能有效殺滅或抑制病原的生長。Castillo和Escartin(1994)調查了用檸檬汁對接種了彎曲桿菌的西瓜(pH 5.5)和番木瓜(pH5.6)的影響,6 h后未處理的菌數量為7.7%~61.8%,而處理的僅為0%~14.3%。 
也有人研究了酸對沙拉蔬菜的效果。Shapiro 和Holder(1960)觀察到在10 ℃下1 500 mg/L(0.15%)檸檬酸處理,在貯藏的4 d里,對菌無影響,但用1 500 mg/L酒石酸減少菌的數量卻高達10倍。Karapinar 和Gonul(1992)將歐芹在2%(質量分數)醋酸或40%醋中清洗15 min,耶耳森氏菌(Yersinia enterocolitica)從107 CFU/g減少到<1 CFU/g。用5%醋酸浸泡處理30 min未發現厭氧細菌重新出現,用醋浸泡因其濃度和處理時間不一可以使厭氧菌下降3~6 log10,用其處理的歐芹感官品質沒有出現下降。在21 ℃下經醋(7.6%醋酸)處理5 min的歐芹,宋內氏志賀氏菌(S. sonnei)數量減少超過7 log/g。 
Zhang和Farber(1996)研究了乳酸和醋酸加和不加氯對處理李斯特菌的影響進行了研究。與用自來水沖洗的處理相比,僅1%乳酸、0.5%乳酸及1%乳酸(質量分數)加100 mg/L氯均有效地減少了切割蔬菜萵苣的李斯特菌數量,但乳酸(0.75%或1%)與100 mg/L氯混用的效果均比乳酸或氯單用要好。醋酸的效果與乳酸的效果相似,但有必要酸處理后立即進行離心以減少感官品質如質地的下降。 
有機酸的抗菌活性因種類不同而有變化,在蔬菜上檸檬酸的抗菌效果不如酒石酸,有研究顯示,在10 ℃ 下,經1 500 mg/L檸檬酸處理4 d對細菌的生長無影響,但1500 mg/L的酒石酸使細菌總數降低10倍。Priepke 等(1976)報道,在4.4 ℃經2 000 mg/L 山梨酸鹽或10 000 mg/L抗壞血酸鹽處理的萵苣、菊苣、蘿卜、芹菜及大蔥,其上的微生物數量未受明顯影響,而用1%乳酸處理的沙拉蔬菜大腸桿菌下降1~2 log/g。 
綜上所述,以醋或檸檬汁作家庭消毒殺菌劑具有簡單、便宜的特點。這些處理可能減少果蔬由于污染所引起的危險,但其可能的缺點在于這些處理會改變果蔬的風味與香味。 
3.4   活性氧化合物 
3.4.1  過氧化氫(H2O2) 
Juven 和Pierson(1996)認為在一定的pH、溫度和其他環境條件下,過氧化氫對微生物有殺滅或抑制效應。過氧化氫作為氧還原的中間體,其可以產生能破壞細胞核酸、蛋白和磷脂的羥基自由基(HO)達到殺菌目的。 
經H2O2(3%,質量分數)單獨或與2%或 5%乙酸處理的青椒,果實志賀氏菌數量減少約5 log,單獨用水清洗的僅減少1 log。經相同處理的青花菜或番茄,對大腸桿菌的殺菌效果也佳,而且對感官影響極小。 
有研究表明,經過氧化氫浸泡處理的甜椒、黃瓜、南瓜、楊桃和蜜露瓜,細菌總數減少,其外觀、風味、質地未受影響,同類處理卻引起切割萵苣的嚴重褐變。在用過氧化氫減少P. tolaasii菌引起的腐爛時,引起了蘑菇的褐化,也引起草莓和懸鉤子的發白。浸泡處理可以顯著減少假單胞桿菌的數量,但對酵母和霉菌無明顯影響。 
在果蔬上有限的研究使過氧化氫有希望作為消毒殺菌劑。美國允許其在空氣中的濃度為1 mg/L(OSHA)。 
3.4.2  過氧乙酸(PAA) 
該消毒殺菌劑是乙酸與過氧化氫在催化劑作用下形成的,能夠有效減少洗果液及果實表面的病菌數量。40%的PAA 具有強烈氣味,且對人體有毒性,用40~80 mg/L的過氧乙酸處理過的楊桃和蜜瓜沙門氏桿菌數量顯著下降。經90 mg/L 過氧乙酸或100 mg/L氯處理的沙拉大腸菌減少到數量甚微 。在另一試驗中經60 mg/L 過氧乙酸加上一表面活性劑處理的番茄,與清水對照相比,沙門氏桿菌、大腸桿菌、李斯特菌分別減少96%、99.96% 和 99.5%。用 
40 mg/L過氧乙酸加表面活性劑處理所得結果相似。 
FDA將過氧乙酸定為非沖洗食品接觸表面消毒殺菌劑。盡管過氧乙酸的酸性不及羰基酸消毒劑,但其具有抗菌和酸洗作用,在大的pH范圍內的殺菌譜廣,可以達到pH7.5,其在pH3.5~7之間的效果最佳,加之過氧乙酸化合物沒有氣泡和殘留、不與有機質反應,對金屬沒有腐蝕,所以其有望成為果蔬的消毒殺菌劑。高溫及金屬離子會降低PAA的殺菌活性,但目前幾乎未見在蔬菜上應用的報道。 
3.4.3  臭氧 
3.4.3.1  臭氧的形成 
臭氧是目前最強的氧化劑和消毒殺菌劑之一,臭氧是在氧氣高能的作用下氧分子分解形成單分子氧(O)后再與氧分子(O2)結合形成的。自然條件下臭氧是由太陽185 nm紫外線(UV)經閃電作用形成的。商業上基于UV臭氧發生器將含21%氧的空氣通過UV(<210 nm)光源產生,通過這種系統生產的臭氧成本低,但是產量不及將干氧氣經高壓(>5 000 V)生產的電暈放電發生器。過多的臭氧一定要通過254 nm的UV結合催化劑處理避免腐蝕器具和人體傷害。常用濃度為5 mg/L。 
3.4.3.2  水質對殺菌效果的影響 
與氯相似,水中有機質、無機質、鐵、錳、銅、鎳、硫化氫和氨均會影響臭氧的殺菌效果,在雜質過多或處理濃度低、時間短的情況下,僅能降低一定(1 log)的數量,而有過濾系統則可能將菌減少3~4 log。 
3.4.3.3  臭氧與氯的比較 
據報道臭氧氧化力極強,無論是以水或氣體均能有效殺滅或抑制細菌、霉菌、酵母菌、寄生物和病毒,它的氧化效力比氯高1.5倍,而且殺菌譜比其他所有的消毒殺菌劑都廣 ,果蔬經處理后無殘留[12]。 
總的看來,殺菌效力臭氧>二氧化氯>次氯酸>,若從受pH影響看二氧化氯>臭氧>次氯酸,從腐蝕性比較臭氧>氯氣>次氯酸>二氧化氯。 
3.4.3.4  在凈菜上的應用 
臭氧氧化力極強,用臭氧處理飲用水以殺滅微生物已有100多年的歷史,在潔凈水中臭氧的有效濃度為1~3 mg/L。無論是以水或氣體均能有效殺滅或抑制細菌、霉菌、酵母菌、寄生物和病毒,它的效力比氯高1.5倍,即使在<1 mg/L的濃度也有很強的殺菌效力,而且殺菌譜比其他所有的消毒殺菌劑都廣,而且在有有機質存在的情況下反應速度是氯的3 000倍,在產品上無殘留,但不清楚具體的殺菌機理,在作為殺菌劑屬于GRAS后,在果品表面消毒上應用研究的報道逐漸增加,但在蔬菜上應用的報道并不多。據報道,臭氧可以防止青花菜、蘿卜的腐爛。Han等(2002)研究了臭氧濃度2~8 mg/L、RH 60%~90%、處理時間10~40 min對青椒大腸桿菌的影響,結果表明臭氧濃度的影響最大,而且發現臭氧濃度和濕度之間有互作。Kim等(1999)發現4.9%臭氧(體積比,0.5 L)、超聲波、高速轉動對萵苣的消毒效果最佳,在5 min內使病菌減少1.9 log。FDA允許用臭氧處理飲用水和循環水,但濃度不能超過0.1 mg/L(21CFR184.156 3),當臭氧濃度超過4 mg/L時對設備有較強的腐蝕能力,而且對人也極不安全。美國允許在空氣中使用的濃度為0.1 mg/L(OSHA)。但從目前的報道看,其效果還不太穩定,在水中分解特別快,清水中20 min以及在含有機質(土壤)的水中不到1 min后活性下降一半,而且臭氧的殺菌效力沒有超過3 log。因此,有關不同蔬菜使用臭氧最佳的殺菌濃度、殺菌時間、殺菌條件值得進一步研究。

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