主题：【原创】净菜加工中常用的消毒杀菌剂

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发表于：2024/06/19 23:12:34 楼主管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

蔬菜是我国的重要经济作物，近些年我国果品和蔬菜生产突飞猛进。目前全国蔬菜产量已达3 亿多吨，人均占有300 多千克，产值2 500亿～2 800亿元。在种植业中蔬菜生产是仅次于粮食生产的第二大产业，同时也是我国现代城郊型农业的支柱产业，有力地推动了农业和农村经济的发展。由于实施净菜工程可以减少采后损失、减少城市垃圾，实行源头减量化、减少农药残留、减少无效物流和潜在的高成本、提高蔬菜销售量和附加值、以及减少家庭和城市劳动力浪费等诸多优点，所以净菜加工被认为是今后蔬菜业发展的方向之一而受到人们的重视,因此，研究作为净菜生产的必要环节清洗技术具有十分重要的意义。
1 使用消毒杀菌剂的目的
目前蔬菜上存在的主要致病菌有李斯特菌（Listeria monocytogenes）、沙门氏菌属（Salmonella）、志贺氏菌属（Shigella）、大肠杆菌（Escherichia coli O157：H7）、肉毒杆菌（Clostridium botulinum）、肝炎等。虽然蔬菜的菌数因种类不同而有很大差异，但芽菜类生菌数较高，约为107～109 CFU/g，叶菜类106～107 CFU/g。发达国家已将净菜清洗杀菌作为危险分析关键控制点（HACCP），结合良好生产措施（GMPs）以减少由这些病原引起的疾病,而且更是延长蔬菜贮藏寿命的有效方法。
2 理想杀菌剂
挑选消毒杀菌剂应考虑下列因素：对主要病原菌（细菌、真菌、酵母菌）具杀菌作用，常见的病原菌如：李斯特菌、金黄色葡萄球菌（Staphlococcus aureus）及大肠杆菌等；安全性要高；无有害物质残留；不会影响产品品质。
3 常用消毒杀菌剂
3.1 卤素及卤素化合物
3.1.1 氯
3.1.1.1 液体氯和次氯酸盐
氯是果蔬采收、采后处理以及加工设备表面的有效消毒杀菌剂。最常见的形式为液体氯（Cl2）、次氯酸钠和次氯酸钙。其中：氯气最便宜，但使用仅限于大型包装厂，并需要自动氯气注入系统和pH检测设备检测设备，其可将清洗水pH降低到6.5以下。次氯酸钙最常用，有效成分含量为65％或68%（质量分数），以颗粒、片剂或缓释片剂销售。使用时用少量温水溶解再加清洗系统中避免植物毒性如漂白、烧伤产生。次氯酸钠一般在小型包装厂使用，有效成分含量为5.25％或12.75 %（质量分数）。相比前两种而言价格较高，使用次氯酸钠也会将清洗水pH增加到7.5。
虽然氯具有价格便宜、反应快、杀菌谱广、无色、易配和易用等优点但其效果受作用时间、溶液温度、浓度和pH等因子影响。
与其他消毒杀菌剂相比，氯在蔬菜上的研究最多。Mazollier（1988）研究了氯浓度对沙拉用叶菜上厌氧微生物和大肠杆菌的影响，结果表明，50 mg/L的氯大大降低了总菌的含量，但是用200 mg/L进一步降低的效果不太明显。在另一研究中，用自来水方法洗涤莴苣使微生物（Ca.107/g）减少92%，而用100 mg/L有效自由氯（pH ＝ 9）减少97.8%，其杀菌效果不太明显，但加入无机酸和有机酸将pH从9降低到4.5～5.0后，微生物大量减少。在次氯酸盐中加入100 mg/L表面活性剂（Tween80）虽能增加了杀菌效果但影响莴苣的感官品质。Garg等（1990）发现在300 mg/L氯的水中浸泡减少莴苣微生物总量达3 log10 CFU/g，但对萝卜或红大白菜没有效果。抱子甘蓝经200 mg/L氯溶液浸泡10 s后，单核细胞增生李斯特氏菌（log10 6.1 CFU/g）减少100倍（2 log10 2），其中以200 mg/L处理切割莴苣和大白菜处理10 min的效果最好，减少分别达到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,这可能是由于莴苣和番茄的温度介于4～22 ℃的结果。而且氯的作用主要在前30 s，处理时间从1～10 min的杀菌效果无太大差异。但Nguyen-the 和Carlin（1994）经研究得出结论：用氯消除蔬菜表面单核细胞增生利斯特氏菌的效果有限而且不易预测。
在一研究氯处理减少沙门氏杆菌的研究中，经60 mg/L或110 mg/L氯浸泡2 min的成熟绿番茄，其果实表面以及茎的沙门氏菌显著下降。然而，用含320 mg/L氯处理也没有使该菌完全失活。Wei等（1995）的研究表明，100 mg/L处理对成熟番茄上接种了沙门氏杆菌的减少无效。
而且氯可能与有机质形成三卤素甲烷（THM）、氯仿和卤酸（HAA）可能致癌的物质而限制了其进一步推广使用。
3.1.1.2 二氧化氯（ClO2）
ClO2系黄绿色气体，作为水的消毒杀菌剂已有70多年的历史，现在广泛地用于肉类、果蔬、奶、造纸和废水处理等的消毒杀菌、除臭及清洗。ClO2极易溶于水，有以下优点：能消除苯酚、腐殖酸及硫化物引起的异味；有效防止似隐子囊孢子；不易形成三卤甲烷（THM’ s）；不易与溴化物形成致癌物质溴或溴酸盐；与氨不发生反应；在一般浓度下不与氯化脂肪酸盐形成卤—乙酸；可以去除锰、铁、Mn2+—Mn4+、Fe2+—Fe3+。
而且，ClO2杀菌效力是氯的2.5倍，ClO2在pH 6～10的杀菌效力都比较强，它的作用机制在于使细胞蛋白合成中断和膜透性失控。常用浓度为1～5 mg/L。通常在3～5 mg/L时便有很好的杀菌效力，有资料显示二氧化氯杀死大肠杆菌的效果比氯好（pH8.5）。但与氯相比，受pH和有机质影响小，不腐蚀不锈钢。因此，最近几年越来越受到人们重视，很有可能成为消毒杀菌剂。缺点是在高浓度下不稳定，当超过10%或温度超过130 ℃易发生爆炸。
有关二氧化氯作为果蔬消毒杀菌剂效力研究的报道很少。在一用二氧化氯处理黄瓜微生物累积的试验中，2.5 mg/L二氧化氯有效地减少了新鲜黄瓜的微生物，但105 mg/L浓度处理对进一步减少的效果不明显。因而得出结论：由于有很多微生物与黄瓜紧密结合，它们不受氯和二氧化氯的影响。在另一用二氧化氯控制切割莴苣和大白菜表面李斯特菌的研究中，与对照自来水（0 mg/L二氧化氯）相比，用5 mg/L二氧化氯处理10 min，在4 ℃和22 ℃下细菌分别减低1.1和0.8 log10，但总的说来，22 ℃下的效果比4 ℃好。在高达5 mg/L二氧化氯下减低细菌的量仅约大于90%,这证实了二氧化氯对黄瓜里面和表面微生物缺乏有效性。因此，Beuchat（1999）认为二氧化氯对特定果蔬的杀菌效力值得进一步研究。
在果蔬加工设备上FDA所允许的最高浓度为200 mg/L,它也用于新鲜未去皮果蔬、豆的消毒，但浓度不能超过5 mg/L。对去皮马铃薯最大浓度不能超过1 mg/L。FDA不允许二氧化氯用于其他鲜切果蔬的消毒。美国空气中允许的浓度为0.1 mg/L（OSHA）。
3.2 离子化合物质
3.2.1 磷酸钠（TSP）
FDA允许在家禽上使用磷酸三钠以减少沙门氏杆菌和其他微生物。已知道这种碱性物质可有效杀灭家禽和红肉的沙门氏杆菌。Zhuang和Beuchat（1996）研究了TSP对成熟绿番茄上S. montevideo的杀菌效果,结果表明番茄用15%TPS（质量分数）溶液浸泡15 s后，使具有5.18 log10 CFU/cm2的沙门氏杆菌完全失活，另用1%溶液处理15 s也可以使其显著下降（P ＝ 0.05）。用4％～15%TSP处理番茄可以显著降低细菌数量（5.58 log10 CFU/g），但高浓度15%处理也只能使细菌减少2 log10。成熟时番茄色泽和亮度不受TSP影响。说明TSP作为消毒杀菌剂很有希望消除成熟绿番茄上沙门氏杆菌，但未见商业上使用的研究报道。
用TSP去除李斯特菌的效果不佳。Zhang和Farber（1996）的研究表明，2%TSP处理对切割莴苣减少李斯特菌的数量几乎无影响。而且若TSP使用浓度超过10%对莴苣的感官品质有影响。其他研究者发现李斯特菌抗TSP，但大肠杆菌O 157：H7对1%的TSP敏感，在室温或10 ℃下处理30 s，106 CFU/mL的或105 CFU/cm2李斯特菌被杀灭。弯曲杆菌（Campylobacter jejuni）对TSP的抗性稍大于大肠杆菌 O 157： H7。由于TSP的pH为11～12，所以其作为商业果蔬消毒杀菌剂受到限制。
3.2.2 季铵化合物（Quats）
季铵化合物系阳离子表面活性剂，无色、无味，对设备无腐蚀、不会对皮肤造成损伤、在有机质存在、高温条件下稳定，稀释溶液主要用于果蔬加工厂地板、墙、排水系统、设备及其他与食品相接触表面的消毒。若处理溶液浓度未超过200 mg/L可以不用水冲洗。它们对酵母、霉菌和革兰氏阳性菌如李斯特菌的杀菌效果比氯强，对革兰氏阴性菌如沙门氏杆菌、大肠杆菌、假单胞杆菌和欧文氏菌（Erwinia）杀菌效果稍次（后两种是新鲜蔬菜主要的腐生菌）。不过也有报道因Quats处理的对象不同其抗菌活性大不一样。由于Quats具有表面活性，所以其穿透性强并形成抗菌膜。其有效性在pH 6～10范围内最高，因而在高酸性环境条件下作为消毒杀菌剂受限制。Quats与皂及阴离子洗涤剂不能混溶。
尽管这类化合物在国外还没有被批准在直接接触的食品上使用，也未见在蔬菜上应用的报道，但在消费前去皮的非切割类果蔬上作为消毒杀菌剂具有应用前景。
3.3 有机酸
应用有机酸冲洗果蔬表面减少微生物也具有应用前景。有资料表明，用柠檬汁（主要含柠檬酸）能有效杀灭或抑制病原的生长。Castillo和Escartin（1994）调查了用柠檬汁对接种了弯曲杆菌的西瓜（pH 5.5）和番木瓜（pH5.6）的影响，6 h后未处理的菌数量为7.7%～61.8%,而处理的仅为0%～14.3%。
也有人研究了酸对沙拉蔬菜的效果。Shapiro 和Holder（1960）观察到在10 ℃下1 500 mg/L（0.15%）柠檬酸处理，在贮藏的4 d里，对菌无影响，但用1 500 mg/L酒石酸减少菌的数量却高达10倍。Karapinar 和Gonul（1992）将欧芹在2%（质量分数）醋酸或40%醋中清洗15 min，耶耳森氏菌（Yersinia enterocolitica）从107 CFU/g减少到＜1 CFU/g。用5%醋酸浸泡处理30 min未发现厌氧细菌重新出现，用醋浸泡因其浓度和处理时间不一可以使厌氧菌下降3～6 log10，用其处理的欧芹感官品质没有出现下降。在21 ℃下经醋（7.6%醋酸）处理5 min的欧芹，宋内氏志贺氏菌（S. sonnei）数量减少超过7 log/g。
Zhang和Farber（1996）研究了乳酸和醋酸加和不加氯对处理李斯特菌的影响进行了研究。与用自来水冲洗的处理相比，仅1%乳酸、0.5%乳酸及1%乳酸（质量分数）加100 mg/L氯均有效地减少了切割蔬菜莴苣的李斯特菌数量，但乳酸（0.75%或1%）与100 mg/L氯混用的效果均比乳酸或氯单用要好。醋酸的效果与乳酸的效果相似，但有必要酸处理后立即进行离心以减少感官品质如质地的下降。
有机酸的抗菌活性因种类不同而有变化，在蔬菜上柠檬酸的抗菌效果不如酒石酸，有研究显示，在10 ℃ 下，经1 500 mg/L柠檬酸处理4 d对细菌的生长无影响，但1500 mg/L的酒石酸使细菌总数降低10倍。Priepke 等（1976）报道，在4.4 ℃经2 000 mg/L 山梨酸盐或10 000 mg/L抗坏血酸盐处理的莴苣、菊苣、萝卜、芹菜及大葱，其上的微生物数量未受明显影响，而用1%乳酸处理的沙拉蔬菜大肠杆菌下降1～2 log/g。
综上所述，以醋或柠檬汁作家庭消毒杀菌剂具有简单、便宜的特点。这些处理可能减少果蔬由于污染所引起的危险，但其可能的缺点在于这些处理会改变果蔬的风味与香味。
3.4 活性氧化合物
3.4.1 过氧化氢（H2O2）
Juven 和Pierson（1996）认为在一定的pH、温度和其他环境条件下，过氧化氢对微生物有杀灭或抑制效应。过氧化氢作为氧还原的中间体，其可以产生能破坏细胞核酸、蛋白和磷脂的羟基自由基（HO）达到杀菌目的。
经H2O2（3%，质量分数）单独或与2％或 5%乙酸处理的青椒，果实志贺氏菌数量减少约5 log，单独用水清洗的仅减少1 log。经相同处理的青花菜或番茄，对大肠杆菌的杀菌效果也佳，而且对感官影响极小。
有研究表明，经过氧化氢浸泡处理的甜椒、黄瓜、南瓜、杨桃和蜜露瓜，细菌总数减少，其外观、风味、质地未受影响，同类处理却引起切割莴苣的严重褐变。在用过氧化氢减少P. tolaasii菌引起的腐烂时，引起了蘑菇的褐化，也引起草莓和悬钩子的发白。浸泡处理可以显著减少假单胞杆菌的数量，但对酵母和霉菌无明显影响。
在果蔬上有限的研究使过氧化氢有希望作为消毒杀菌剂。美国允许其在空气中的浓度为1 mg/L（OSHA）。
3.4.2 过氧乙酸（PAA）
该消毒杀菌剂是乙酸与过氧化氢在催化剂作用下形成的，能够有效减少洗果液及果实表面的病菌数量。40%的PAA 具有强烈气味，且对人体有毒性，用40～80 mg/L的过氧乙酸处理过的杨桃和蜜瓜沙门氏杆菌数量显著下降。经90 mg/L 过氧乙酸或100 mg/L氯处理的沙拉大肠菌减少到数量甚微。在另一试验中经60 mg/L 过氧乙酸加上一表面活性剂处理的番茄，与清水对照相比，沙门氏杆菌、大肠杆菌、李斯特菌分别减少96%、99.96% 和 99.5%。用
40 mg/L过氧乙酸加表面活性剂处理所得结果相似。
FDA将过氧乙酸定为非冲洗食品接触表面消毒杀菌剂。尽管过氧乙酸的酸性不及羰基酸消毒剂，但其具有抗菌和酸洗作用，在大的pH范围内的杀菌谱广，可以达到pH7.5，其在pH3.5～7之间的效果最佳，加之过氧乙酸化合物没有气泡和残留、不与有机质反应，对金属没有腐蚀，所以其有望成为果蔬的消毒杀菌剂。高温及金属离子会降低PAA的杀菌活性，但目前几乎未见在蔬菜上应用的报道。
3.4.3 臭氧
3.4.3.1 臭氧的形成
臭氧是目前最强的氧化剂和消毒杀菌剂之一，臭氧是在氧气高能的作用下氧分子分解形成单分子氧（O）后再与氧分子（O2）结合形成的。自然条件下臭氧是由太阳185 nm紫外线（UV）经闪电作用形成的。商业上基于UV臭氧发生器将含21%氧的空气通过UV（＜210 nm）光源产生，通过这种系统生产的臭氧成本低，但是产量不及将干氧气经高压（＞5 000 V）生产的电晕放电发生器。过多的臭氧一定要通过254 nm的UV结合催化剂处理避免腐蚀器具和人体伤害。常用浓度为5 mg/L。
3.4.3.2 水质对杀菌效果的影响
与氯相似，水中有机质、无机质、铁、锰、铜、镍、硫化氢和氨均会影响臭氧的杀菌效果，在杂质过多或处理浓度低、时间短的情况下，仅能降低一定（1 log）的数量，而有过滤系统则可能将菌减少3～4 log。
3.4.3.3 臭氧与氯的比较
据报道臭氧氧化力极强，无论是以水或气体均能有效杀灭或抑制细菌、霉菌、酵母菌、寄生物和病毒,它的氧化效力比氯高1.5倍，而且杀菌谱比其他所有的消毒杀菌剂都广 ,果蔬经处理后无残留[12]。
总的看来，杀菌效力臭氧＞二氧化氯＞次氯酸＞,若从受pH影响看二氧化氯＞臭氧＞次氯酸，从腐蚀性比较臭氧＞氯气＞次氯酸＞二氧化氯。
3.4.3.4 在净菜上的应用
臭氧氧化力极强，用臭氧处理饮用水以杀灭微生物已有100多年的历史，在洁净水中臭氧的有效浓度为1～3 mg/L。无论是以水或气体均能有效杀灭或抑制细菌、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的浓度也有很强的杀菌效力，而且杀菌谱比其他所有的消毒杀菌剂都广,而且在有有机质存在的情况下反应速度是氯的3 000倍，在产品上无残留,但不清楚具体的杀菌机理,在作为杀菌剂属于GRAS后，在果品表面消毒上应用研究的报道逐渐增加，但在蔬菜上应用的报道并不多。据报道，臭氧可以防止青花菜、萝卜的腐烂。Han等（2002）研究了臭氧浓度2～8 mg/L、RH 60％～90%、处理时间10～40 min对青椒大肠杆菌的影响，结果表明臭氧浓度的影响最大，而且发现臭氧浓度和湿度之间有互作。Kim等（1999）发现4.9%臭氧（体积比，0.5 L）、超声波、高速转动对莴苣的消毒效果最佳，在5 min内使病菌减少1.9 log。FDA允许用臭氧处理饮用水和循环水，但浓度不能超过0.1 mg/L（21CFR184.156 3），当臭氧浓度超过4 mg/L时对设备有较强的腐蚀能力，而且对人也极不安全。美国允许在空气中使用的浓度为0.1 mg/L（OSHA）。但从目前的报道看，其效果还不太稳定，在水中分解特别快，清水中20 min以及在含有机质（土壤）的水中不到1 min后活性下降一半，而且臭氧的杀菌效力没有超过3 log。因此，有关不同蔬菜使用臭氧最佳的杀菌浓度、杀菌时间、杀菌条件值得进一步研究。