張洋洋，劉 聰，王嘉一

（邵陽學(xué)院食品與化學(xué)工程學(xué)院，湖南邵陽 422000）

蔬菜水果是維生素、礦物質(zhì)、纖維素的重要來源，除一些個(gè)例外（如番茄熱處理后抗氧化活性會(huì)得到提高[1]），大部分果蔬經(jīng)過熱處理后會(huì)產(chǎn)生營養(yǎng)損失，故有些蔬菜生食營養(yǎng)價(jià)值更高。作為生食果蔬的一種產(chǎn)品形式，鮮切是以新鮮果蔬為原料，經(jīng)清洗、去皮、修整、包裝等過程而制成的果蔬制品，亦分為半加工果蔬（partial processing）、輕度加工果蔬（light processing）和最小加工果蔬（minimal processing）[2]。鮮切產(chǎn)業(yè)起源于20 世紀(jì)50年代的美國，80 年代后在加拿大、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國家逐漸興起。隨著我國中央廚房、健身、連鎖快餐等產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展以及現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快，人們對(duì)開盒即用即食的鮮切果蔬的需求日益旺盛。雖然鮮切產(chǎn)品具有方便、快捷、衛(wèi)生等優(yōu)點(diǎn)，但由于切割造成了機(jī)械損傷，流出的汁液為致腐致病微生物的加速繁殖提供了有利條件，使其易感染致病菌[3]；而一旦有致病菌感染，其高致死率造成巨大的安全隱患。僅在2011 年，食源性致病菌導(dǎo)致美國產(chǎn)生940 萬病例，其中55 961 人住院治療，1351 人死亡[4]。在美國和歐洲暴發(fā)的食源性疾病中有39.5%和42.6%是由消費(fèi)新鮮農(nóng)產(chǎn)品引起的[5]。美國CDC 最近的一項(xiàng)報(bào)告顯示，在2018—2020 年期間，共有539 起大腸桿菌O157：H7 感染事件，其中489 起是由于攝入即食蔬菜引起的[6]。這一情況在發(fā)展中國家更為嚴(yán)峻，在巴西的一項(xiàng)調(diào)查顯示，市場上53.1%的即食蔬菜被大腸桿菌所污染，被單增李斯特和沙門氏菌污染的比例分別為3.7%和1.2%[7]。在盧旺達(dá)，有15%的農(nóng)產(chǎn)品被致病菌所污染，其中大腸桿菌占比最大，達(dá)到6.1%[8]。因此，采取適宜的技術(shù)手段，在對(duì)果蔬品質(zhì)破壞最小化的前提下，使殺菌效率最大化是鮮切果蔬產(chǎn)業(yè)需要解決的主要問題。

物理、化學(xué)、生物殺菌手段近年來被廣泛研究與應(yīng)用。其中物理殺菌技術(shù)具有無殘留、無耗材、殺菌效果好的特點(diǎn)。本文從基本原理、應(yīng)用和優(yōu)缺點(diǎn)三個(gè)方面，對(duì)物理技術(shù)進(jìn)行了綜述，以期為凈菜加工和食品安全研究提供理論參考。

1 物理殺菌技術(shù)

1.1 熱處理

熱處理通過使微生物蛋白質(zhì)、核酸和活性物質(zhì)失去活性來實(shí)現(xiàn)殺菌作用。短時(shí)高溫漂燙溫度一般控制在85～100 ℃，時(shí)間根據(jù)漂燙對(duì)象而定，一般不會(huì)超過1 min，對(duì)沙拉混合菜上大腸菌群滅殺值一般不會(huì)超過1 log CFU/g，對(duì)鮮切蘋果上大腸桿菌O157：H7 的滅殺值大于5 log CFU/g[9]。經(jīng)過短時(shí)高溫漂燙的蔬菜，其PPO 酶和木質(zhì)素酶可被鈍化，控制了鮮切胡蘿卜變色[10]。該技術(shù)缺陷在于蔬菜營養(yǎng)素會(huì)因?yàn)闊崽幚碓斐蔁峤到狻釓浬⒓敖?。熱沖擊通常處理溫度在45～70℃，處理時(shí)間小于5min。

相關(guān)資料顯示，熱處理技術(shù)能夠鈍化多酚氧化酶，抑制褐變，特別是在50～60 ℃時(shí)，對(duì)鮮切生菜褐變具有良好的抑制作用[11]。但該技術(shù)溫度較低，不能完全滅活微生物，往往需要與其他殺菌手段聯(lián)合使用。

1.2 放射線技術(shù)

伽馬射線、X 射線和電子束在作用時(shí)能夠電離產(chǎn)生電離子，被統(tǒng)稱為電離輻射。電離輻射不會(huì)造成殘留，也不會(huì)產(chǎn)生熱量，因此對(duì)鮮切果蔬的損傷較小。放射線殺菌機(jī)理主要通過電離產(chǎn)生的自由基和離子直接破壞微生物的DNA 結(jié)構(gòu)[12-13]。在可控條件下，伽馬射線是一種安全系數(shù)高、環(huán)境友好型技術(shù)，能有效殺滅昆蟲和致病菌，在對(duì)新鮮農(nóng)產(chǎn)品處理時(shí)，F(xiàn)DA 批準(zhǔn)伽馬射線最高使用劑量為1 kGy[14-15]。

Han 等[16]使用1 kGy 伽馬射線處理鮮切青椒和胡蘿卜塊，分別能夠滅殺單增李斯特菌4、5 log CFU/g。西紅柿、西藍(lán)花、卷心菜上的單增李斯特菌能被滅活4.14～5.25 log CFU/g。Foley 等[15]研究發(fā)現(xiàn)，0.35 kGy 能夠滅殺鮮切生菜上的菌落總數(shù)達(dá)1.5 log CFU/g，如果加大劑量到0.8 kGy 以上時(shí)，鮮切生菜質(zhì)量將受到負(fù)面影響。耿亞娟等[17]通過實(shí)驗(yàn)得出，伽馬射線還可延緩農(nóng)產(chǎn)品發(fā)芽和后熟，進(jìn)而延長農(nóng)產(chǎn)品貨架期。如0.03～0.15 kGy 伽馬射線能夠抑制生菜心、土豆、洋蔥、姜和大蒜發(fā)芽。由于該技術(shù)殺菌效率適中，設(shè)備成本較高，限制了其實(shí)際應(yīng)用。

1.3 紫外線照射

紫外線殺菌技術(shù)是一種非電離輻射技術(shù)，已經(jīng)成功應(yīng)用在各行業(yè)，應(yīng)用歷史悠久[17]。在采取適當(dāng)防護(hù)措施的前提下，紫外照射技術(shù)被認(rèn)為是一種環(huán)境友好、無殘留、無毒、低成本的殺菌處理技術(shù)。紫外波長范圍為200～400 nm，在此區(qū)間內(nèi)共分為三類：320～400 nm 為UV-A，280～320nm為UV-B，200～280nm為UV-C[18]。在260～265 nm 時(shí)，殺菌效果最好，因?yàn)樵诖藚^(qū)間內(nèi)DNA 擁有最大吸收峰。紫外照射殺菌主要通過直接作用微生物DNA雙鏈上的嘧啶和嘌呤核苷酸堿基對(duì)，但由于嘌呤對(duì)紫外吸收強(qiáng)度是嘧啶的10 倍，嘌呤光解后形成的DNA 光解產(chǎn)物（主要為環(huán)丁烷嘧啶二聚體和嘧啶6-4 嘧啶酮）能夠抑制細(xì)菌DNA 轉(zhuǎn)錄和復(fù)制，最后導(dǎo)致細(xì)胞死亡。微生物在一些特定情況下會(huì)通過DNA 修復(fù)抵抗紫外殺菌作用，如在紫外處理之前經(jīng)歷的熱、酸、滲透壓和饑餓等逆境脅迫[19]。

鮮切蘋果經(jīng)紫外處理后，菌落總數(shù)在貯藏過程中要比對(duì)照組低1～2 logCFU/g[20]。Bermúdez-Aguirre[21]利用紫外處理西紅柿表面的大腸桿菌，發(fā)現(xiàn)UV-C 能夠減少2.7 log CFU/g，滅殺效果強(qiáng)于其他表面相對(duì)不光滑的農(nóng)作物，如生菜和胡蘿卜等。Martínez-Hernández 等[22]利用UV-C 對(duì)鮮切西蘭花上大腸桿菌、沙門氏菌和單增李斯特菌進(jìn)行殺菌處理，并對(duì)其殺菌動(dòng)力學(xué)進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)在貯藏過程中紫外處理組中致病菌數(shù)量顯著低于對(duì)照組。同時(shí)發(fā)現(xiàn)滅活三種致病菌所需要的紫外劑量相差極大，滅活1 log 的大腸桿菌、沙門氏菌和單增李斯特菌分別需要1.07、0.02、9.26 kJ/m2，說明與其他致病菌相比，單增李斯特菌對(duì)紫外處理具有很強(qiáng)的抗性。最近的一項(xiàng)研究表明，光敏劑姜黃素與UV 組合對(duì)西紅柿和菠菜上大腸桿菌具有協(xié)同殺菌作用[23]。

UV-C 處理還能夠提升果蔬感官品質(zhì)。鮮切蘋果經(jīng)過UV-C 處理后褐變能夠被顯著抑制[24-25]。經(jīng)過12 d 冷藏的鮮切青椒，UV-C 處理能夠延緩果膠降解，使處理組樣品的硬度比對(duì)照組高50%[26]。經(jīng)UV-C 處理的鮮切楊桃，褐變得到顯著抑制，并且依然能夠保持新鮮的感官品質(zhì)[27]。經(jīng)UV-C 處理后的菠蘿，硬度高于對(duì)照組，同時(shí)減緩了糖還原速率[28]。鮮切綠圓蔥經(jīng)UV-C 的處理后色澤能得到很好的保持[29]。很多研究表明紫外處理是通過抑制多酚氧化酶來抑制褐變，殺滅微生物來提高鮮切產(chǎn)品品質(zhì)；另一項(xiàng)研究表明，紫外處理能夠誘導(dǎo)鮮切蘋果表面形成一層干薄的保護(hù)膜，阻止微生物附著而繼續(xù)增殖，同時(shí)減緩失水[30]。過大劑量的UV 處理也會(huì)導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)劣變，如對(duì)鮮切蘋果處理劑量超過1.2 kJ/m2，將會(huì)導(dǎo)致切面細(xì)胞失水，發(fā)生氧化現(xiàn)象[30]；鮮切圓蔥的電解質(zhì)泄露率和失重率也會(huì)隨處理劑量的加大而增加[29]。

紫外技術(shù)的另一大優(yōu)點(diǎn)在于能夠誘導(dǎo)組織中營養(yǎng)物質(zhì)的積累。為了應(yīng)對(duì)紫外照射，細(xì)胞中線粒體會(huì)應(yīng)激產(chǎn)生活性氧，在活性氧誘導(dǎo)下，細(xì)胞會(huì)加快抗氧化物質(zhì)的合成[31]。一項(xiàng)研究表明UV-C 能夠誘導(dǎo)藍(lán)莓中多酚含量的提高，并且當(dāng)強(qiáng)度超過2.15 kJ/m2后，多酚含量不會(huì)再增加，其中槲皮素-3-半乳糖苷升高最為顯著，是對(duì)照組的2 倍。這種誘導(dǎo)效應(yīng)在剛剛處理后效果最為明顯，隨著處理后時(shí)間的推移，這種效應(yīng)將會(huì)逐漸減弱[32]。最近的研究表明紫外與臭氧結(jié)合能夠起到疊加作用，誘導(dǎo)果蔬抗氧化活性的提高[33-34]。

1.4 脈沖強(qiáng)光

脈沖強(qiáng)光是一種利用惰性氣體（主要是氙氣）的照射技術(shù)，由于光譜范圍廣（從紫外到近紅外波段；100～1 100 nm），其殺菌作用主要依賴于紫外波段，故其殺菌機(jī)理與紫外類似，都是通過DNA 的光解作用，抑制微生物轉(zhuǎn)錄來實(shí)現(xiàn)殺菌作用[35]。該技術(shù)在流體食物殺菌（如果汁和牛奶）上的應(yīng)用較為廣泛，近年來在果蔬殺菌領(lǐng)域中的應(yīng)用也引起關(guān)注[36]。Ramos-Villarroel 等[37]利用12 J/cm2強(qiáng)度的脈沖強(qiáng)光對(duì)鮮切蘑菇進(jìn)行處理，能使大腸桿菌和單增李斯特菌分別減少2、3 log CFU/g，但是硬度和L*值卻顯著低于對(duì)照組。該組研究人員使用相同強(qiáng)度的脈沖強(qiáng)光處理鮮切西瓜，發(fā)現(xiàn)能夠使大腸桿菌減少量超過3 log CFU/g，使單增李斯特菌減少2.7 log CFU/g，但對(duì)顏色、質(zhì)地和風(fēng)味物質(zhì)造成負(fù)面影響[38]。脈沖強(qiáng)光技術(shù)對(duì)菌落總數(shù)的滅殺效果有限，Aguiló-Aguayo 等[39]發(fā)現(xiàn)脈沖強(qiáng)光能夠使鱷梨菌落總數(shù)減少1.2 log CFU/g。4 J/cm2強(qiáng)度的脈沖強(qiáng)光僅能使番茄菌落總數(shù)減少1 log CFU/g，而接種的釀酒酵母在2.2 J/cm2的強(qiáng)度下能夠減少2.3 log CFU/g，但在貯藏3 d 后，失重率高于對(duì)照組并且伴有軟化和表皮褶皺現(xiàn)象出現(xiàn)[40]。可見，該技術(shù)會(huì)對(duì)果蔬品質(zhì)造成一定負(fù)面影響，這可能是因?yàn)槠涔庾V較寬，除被細(xì)菌吸收外，部分也會(huì)被食品物料所吸收，導(dǎo)致品質(zhì)劣變[40]。

1.5 低溫等離子體

低溫等離子體技術(shù)主要通過氣體激發(fā)生成的等離子來實(shí)現(xiàn)殺菌作用，其氣體源主要為空氣、氧氣、氮?dú)庖约跋∮谢旌蠚怏w（氦氣、氬氣和氖氣）[41]，這些氣體可以在激光、微波、射頻、磁場以及電擊下，被激發(fā)成為一種包含正負(fù)離子、自由電子、激發(fā)和非激發(fā)態(tài)分子的準(zhǔn)中性氣體，亦稱等離子體，是一種除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)以外的第四種物質(zhì)形態(tài)。這些激發(fā)態(tài)離子會(huì)與細(xì)菌細(xì)胞膜作用，同時(shí)這些激發(fā)態(tài)離子在重新組合的過程中釋放的能量以紫外光的形式作用細(xì)菌DNA，雙重作用實(shí)現(xiàn)殺菌[42]。Fernandez 等[41]研究發(fā)現(xiàn)低溫等離子體技術(shù)處理15 min后，生菜上的沙門氏菌減少2.72 log CFU/g，草莓上減少1.76 log CFU/g，土豆上減少0.94 log CFU/g。隨后的電鏡分析表明，等離子體技術(shù)殺菌效果與所處理物料的表面結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系。Bermúdez-Aguirre 等[43]對(duì)番茄、胡蘿卜和生菜進(jìn)行等離子體處理，發(fā)現(xiàn)由于表面光滑，番茄上的大腸桿菌更容易被滅活，但是即使延長到最大處理時(shí)間（10 min），大腸桿菌的減少數(shù)量也僅為1.6 log CFU/g。而Ziuzina 等[44]發(fā)現(xiàn)延長等離子體處理時(shí)間，會(huì)增加其對(duì)表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜農(nóng)產(chǎn)品的殺菌效率，對(duì)于表面光滑的番茄，處理10、60、120 s 就能分別將沙門氏菌、大腸桿菌和單增李斯特菌滅殺到無法檢出的狀態(tài)；而對(duì)于草莓來說，處理300 s 能夠使上述三種致病菌分別減少3.8、3.5、4.2 log CFU/g?？梢?，等離子體技術(shù)的殺菌效率受農(nóng)產(chǎn)品表面結(jié)構(gòu)的影響很大。Perni 等[45]認(rèn)為這主要是由于致病菌從切口由外向里內(nèi)化所引起的。而等離子體殺菌效率還與侵染微生物的數(shù)量有關(guān)。Fernandez 等[46]對(duì)比了等離子體與熱處理的殺菌效率，發(fā)現(xiàn)初始沙門氏菌的數(shù)量越少，等離子體效率越高，而當(dāng)加大菌數(shù)量后，殺菌效率下降，通過顯微鏡形態(tài)及D值觀察發(fā)現(xiàn)當(dāng)細(xì)菌數(shù)量多時(shí)，覆蓋在上層的菌死亡后會(huì)為下一層活體細(xì)胞提供屏障和保護(hù)，降低了等離子體殺菌效率。

低溫等離子體設(shè)備目前還較昂貴，尚處在理論研究階段，還無法對(duì)大批量果蔬進(jìn)行殺菌處理。此外，介質(zhì)阻擋等離子體技術(shù)能夠?qū)Πb內(nèi)果蔬進(jìn)行消毒，且能夠與清洗消毒技術(shù)聯(lián)合使用，但該技術(shù)控制不當(dāng)容易將塑料包裝擊穿并且對(duì)葉菜品質(zhì)破壞較為明顯，處理參數(shù)（如輸入電壓、脈沖頻率和處理時(shí)間等）還有待于進(jìn)一步優(yōu)化和探究。

2 展望

果蔬屬于環(huán)境樣本，其表面微生物多樣性會(huì)隨季節(jié)、產(chǎn)地及運(yùn)輸條件發(fā)生顯著性變化。殺菌會(huì)改變鮮切蔬菜微生物多樣性，相應(yīng)地，隨批次和季節(jié)的變換，每批果蔬在殺菌后微生物多樣性變化也會(huì)出現(xiàn)差異。近幾年，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)集中化趨勢愈發(fā)明顯，以個(gè)體為主的分散式農(nóng)作物種植模式將逐步被取代，其優(yōu)勢主要在于施肥及管理更加科學(xué)和有規(guī)律。果蔬微生物多樣性的采前差異將逐漸縮小。此外，政府對(duì)智能物流建設(shè)的大力支持，也將縮小運(yùn)輸環(huán)節(jié)果蔬微生物多樣性的差異。因此，可選擇一特定優(yōu)勢作物產(chǎn)區(qū)及主要消費(fèi)城市為示范區(qū)，將產(chǎn)地、運(yùn)輸、凈菜加工及超市貨架等環(huán)節(jié)進(jìn)行串聯(lián)，對(duì)各環(huán)節(jié)微生物多樣性進(jìn)行監(jiān)控，收集3～5 年的數(shù)據(jù)，以大數(shù)據(jù)思維，掌握宏觀變化規(guī)律，進(jìn)而指導(dǎo)凈菜加工。

未來物理殺菌技術(shù)有望將現(xiàn)有物理殺菌技術(shù)進(jìn)行組合，從降低處理時(shí)間、提高殺菌效率的角度出發(fā)，探索新穎的柵欄技術(shù)。此外，現(xiàn)有物理殺菌技術(shù)都為一次殺菌行為，無法在處理后（如運(yùn)輸和貨架期）對(duì)果蔬表面微生物進(jìn)行控制，未來研究也可將物理殺菌技術(shù)與氣調(diào)包裝、噬菌體技術(shù)和涂膜等技術(shù)聯(lián)合使用，對(duì)果蔬微生物實(shí)現(xiàn)包裝前和包裝后的連續(xù)化控制。