微酸性電解水用于鮮切蓮藕殺菌處理的實驗研究

胡朝暉，吳彤嬌，李慧穎，郝建雄，劉海杰（.河北省邯鄲市疾病預(yù)防控制中心，河北邯鄲 05600；.河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊 05008；.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京 0008）

微酸性電解水用于鮮切蓮藕殺菌處理的實驗研究

胡朝暉1，吳彤嬌2，李慧穎2，郝建雄2，劉海杰3
（1.河北省邯鄲市疾病預(yù)防控制中心，河北邯鄲 056002；2.河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊 050018；3.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083）

鮮切果蔬的微生物安全問題一直是食品安全領(lǐng)域的研究熱點，電解水技術(shù)在食品安全上的應(yīng)用日益受到重視。以鮮切蓮藕為研究對象，以強酸性電解水和次氯酸鈉溶液作為對照，對微酸性電解水處理鮮切蓮藕的殺菌效果進行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，用微酸性電解水處理鮮切蓮藕，可以明顯降低附著于產(chǎn)品上的各類微生物，增加產(chǎn)品的食用安全性，且微酸性電解水較之強酸性電解水有著更強的殺菌效果。通過對微酸性電解水用于鮮切蓮藕的殺菌工藝優(yōu)化發(fā)現(xiàn)，浸泡比例和浸泡時間對微酸性電解水處理鮮切蓮藕的殺菌工藝有顯著性影響，有效氯濃度對殺菌效果沒有顯著性影響。最佳工藝條件如下：有效氯質(zhì)量濃度為10mg／L，浸泡比例為1∶5，浸泡時間為10min。本研究對于微酸性電解水在鮮切產(chǎn)品上的應(yīng)用提供了一定的技術(shù)支持。

應(yīng)用微生物學(xué)；鮮切果蔬；微酸性電解水；殺菌效果；蓮藕；食品安全

在鮮切果蔬的加工過程中，經(jīng)常涉及去皮、整形及切分等加工操作，這些操作易使果蔬組織受到機械損傷，流出營養(yǎng)物質(zhì)，容易被微生物侵染而發(fā)生腐敗變質(zhì)，同時增大了產(chǎn)品受到致病菌污染的機會。因此，有必要采用一些必要的殺菌、抑菌措施來降低微生物數(shù)量，提高食品安全性[1－2]。

強酸性電解水在農(nóng)產(chǎn)品上的殺菌效果已經(jīng)得到確認，但是其較低的pH值及較高的有效氯質(zhì)量濃度（60～200mg／L）總會引起消費者的不安，從而限制了它的推廣和應(yīng)用[3－4]。楊與爭等[5]對酸性電解水在鮮切果蔬中的應(yīng)用進行了綜述分析，肯定了其在鮮切果蔬加工中的應(yīng)用前景。筆者前期的研究工作證實了以豆芽、芫荽等為實驗材料時微酸性電解水的強力殺菌功效[6－7]，并推斷認為微酸性電解水的強殺菌能力與有效氯存在狀態(tài)有關(guān)[8]。還有研究將微酸性電解水用于果蔬農(nóng)藥殘留的消除，證明電解水在殺菌的同時還能起到消除果蔬農(nóng)藥殘留的作用[9－10]。作為酸性電解水的一種新發(fā)展，微酸性電解水具有近中性的pH值及較低的有效氯質(zhì)量濃度（5～30mg／L），且可以采用無隔膜式制備，近年來日益受到研究者的重視。國內(nèi)外研究人員將微酸性電解水用于果蔬產(chǎn)品、水產(chǎn)品的消毒研究已經(jīng)展開[11－14]，但是將其用于鮮切蓮藕的研究還未見相關(guān)報道。

本研究以鮮切蓮藕為對象，采用微酸性電解水對其進行殺菌處理，對微酸性電解水處理鮮切蓮藕的殺菌效果進行研究，重點考察了浸泡時間、浸泡比例等因素對殺菌效果的影響，并在殺菌實驗的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面設(shè)計法對微酸性電解水用于鮮切蓮藕加工的殺菌工藝進行了條件優(yōu)化，以期為微酸性電解水在鮮切果蔬加工中的應(yīng)用提供參考。

1　材料與方法

1.1材料

新鮮蓮藕，購自當?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場，實驗當天運抵實驗室，洗凈表面后在4℃冷庫預(yù)冷備用。

主要藥品：NaCl，Na2S2O3，HCl，KI，可溶性淀粉，冰醋酸，NaClO等，均為分析純；所用培養(yǎng)基牛肉浸膏、酪蛋白胨、營養(yǎng)瓊脂、馬鈴薯葡萄糖瓊脂（PDA）、平板計數(shù)瓊脂培養(yǎng)基等，購自北京奧博星生物技術(shù)公司。

實驗用菌株為大腸桿菌O78、枯草芽胞桿菌1.1849（購自中國科學(xué)院微生物研究所）。實驗采用LB（Luria－Bertani）固體培養(yǎng)基和LB液體培養(yǎng)基，培養(yǎng)基的配置方法參見《微生物學(xué)實驗教程》[15]。

1.2酸性電解水的制備

采用實驗室自制電解水發(fā)生器制取強酸性電解水，采用微酸性電解水發(fā)生器（AQUACIDO NDX－250KMS，日本OSG公司提供）制備微酸性電解水，所用電解水的pH值及氧化還原電位（ORP）用多參數(shù)測定儀（Thermo Orion 5Star 510M－01）測定，有效氯濃度（ACC）測定采用碘量法[16]測定，具體理化指標如表1所示。

表1　不同處理溶液的理化指標Tab.1 Physical and chemical parameters of different solutions

1.3殺菌方法

1.3.1菌懸液的制備

首先將大腸桿菌、枯草芽胞桿菌分別活化，再將其接種于200mL營養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基中，于37℃搖瓶培養(yǎng)24h，培養(yǎng)完畢后將上述培養(yǎng)物分別加入無菌離心管，在6 000r／min下離心10min。將所得沉淀用200mL無菌生理鹽水重新分散混勻，再經(jīng)離心（6 000r／min，10min）及生理鹽水混勻后分別稀釋成500mL菌懸液備用。菌懸液中的微生物總數(shù)用稀釋平板計數(shù)法進行統(tǒng)計，每個稀釋度作3次重復(fù)[9]。

1.3.2原料處理及接種

首先將蓮藕清洗、去皮后，切片至厚度為3～5 mm。將樣品每200g分為1組，對其進行3組浸泡接種處理：第1組接種混合菌（即大腸桿菌菌懸液和枯草芽孢桿菌菌懸液各250mL）；第2組只接種大腸桿菌（大腸桿菌菌懸液500mL）；第3組只接種枯草芽孢桿菌（枯草芽孢桿菌菌懸液500mL）。每組接種時間均為5min，接種完畢后將樣品撈出，晾干，12h后待測[14]。

1.3.3殺菌處理及微生物統(tǒng)計

按照樣品用量與處理溶液用量為1g∶3mL的比例，取接種后的樣品各100g，分別用強酸性電解水（AEW）浸泡處理5，10，15min。另取接種后的樣品各100g，用微酸性電解水（SAEW）浸泡處理5，10，15min，同時以次氯酸鈉溶液及自來水浸泡10 min為對照。將浸泡后的樣品用均漿機進行均漿處理，再取10g漿液，用90mL無菌蒸餾水進行稀釋，對漿液微生物數(shù)用稀釋平板菌落計數(shù)法統(tǒng)計。

取4份100g未接種的樣品，分別用300mL強酸性電解水（AEW）、微酸性電解水（SAEW）、次氯酸鈉溶液及自來水浸泡10min，將浸泡后的樣品用均漿機進行均漿處理。取10g漿液，用90mL無菌蒸餾水進行稀釋，對細菌總數(shù)以及霉菌和酵母菌等自然生菌落用稀釋平板菌落計數(shù)法統(tǒng)計。

對于接種后的樣品中的微生物，采用LB固體培養(yǎng)基，于37℃培養(yǎng)24h。對于未接種樣品中的微生物，細菌總數(shù)采用LB固體培養(yǎng)基，于37℃培養(yǎng)24h。霉菌和酵母菌總數(shù)采用馬鈴薯葡萄糖瓊脂（PDA），于28℃培養(yǎng)48h[14]。

1.3.4響應(yīng)面設(shè)計

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，對微酸性電解水的殺菌效果進行優(yōu)化，因素選擇為用水比例、浸泡時間和有效氯質(zhì)量濃度，實驗指標為細菌總數(shù)，采用SAS軟件（軟件版本為9.2）進行優(yōu)化設(shè)計。

1.4實驗結(jié)果統(tǒng)計分析

每個實驗重復(fù)3次，微生物數(shù)統(tǒng)計結(jié)果以平行測定所得的平均值表示。平均數(shù)比較用SPSS （SPSS16.0for Windows）統(tǒng)計軟件中的Duncan分析法，最小差異顯著性水平為5%。

2　結(jié)果與分析

2.1微酸性電解水處理對鮮切蓮藕自然生菌落的殺菌效果

經(jīng)電解水處理后鮮切蓮藕的自然生菌落數(shù)量（Y1）見圖1，tap water為自來水，AEW為強酸性電解水，SAEW為微酸性電解水。

圖1　鮮切蓮藕經(jīng)電解水處理后的自然生菌落數(shù)量Fig.1 Survival population of natural bactrial flora in the fresh－cut lotus root treated by electrolyzed water

從圖1可以看出：未經(jīng)處理的鮮切蓮藕初始細菌總數(shù)（對數(shù)值，下同）為6.3左右，其初始霉菌和酵母菌總數(shù)為5.7左右，經(jīng)不同處理后鮮切蓮藕的細菌總數(shù)及其霉菌和酵母菌總數(shù)均有不同程度的下降。強酸性電解水處理后的鮮切蓮藕細菌總數(shù)降低為4.9左右，霉菌和酵母菌總數(shù)降低為4.6左右；微酸性電解水處理后的鮮切蓮藕細菌總數(shù)降為5.0左右，霉菌和酵母菌總數(shù)的對數(shù)值降為4.4左右。但是對于鮮切蓮藕的殺菌來說，這2個處理不存在顯著性的差異（P＜0.05）。與次氯酸鈉溶液處理相比，強酸性電解水和微酸性電解水對于鮮切蓮藕的細菌總數(shù)的降低效果相當，不存在統(tǒng)計上的差異。在對于霉菌和酵母菌總數(shù)的降低上，2種電解水處理優(yōu)于次氯酸鈉溶液。實驗結(jié)果顯示，微酸性電解水可以顯著降低鮮切蓮藕的微生物數(shù)量，其殺菌能力與強酸性電解水相當，這一結(jié)果與KOIDE等[11]的報道相一致。

2.2微酸性電解水處理對接菌后鮮切蓮藕的殺菌效果

接菌后的鮮切蓮藕經(jīng)電解水處理后的大腸桿菌數(shù)量（Y2）見圖2，圖2中tap water為自來水，AEW為強酸性電解水，SAEW為微酸性電解水。

圖2　接菌后的鮮切蓮藕經(jīng)電解水處理后的大腸桿菌數(shù)量Fig.2 Survival population of E.coli in fresh－cut lotus root inoculated by E.coli and treated by electrolyzed water

從圖2可以看出：接種培養(yǎng)大腸桿菌的鮮切蓮藕原始菌落數(shù)可達7.6，經(jīng)自來水清洗后可降低約0.4；而經(jīng)過NaClO溶液、強酸性電解水和微酸性電解水處理后，鮮切蓮藕大腸桿菌菌落數(shù)分別為6.5，6.4和5.4左右。強酸性電解水處理和NaClO溶液處理沒有統(tǒng)計上的差異。

圖3示出了接菌后的鮮切蓮藕經(jīng)電解水處理之后的枯草芽孢桿菌數(shù)量（Y3），圖中tap water為自來水，AEW為強酸性電解水，SAEW為微酸性電解水。

圖3　接菌后的鮮切蓮藕經(jīng)電解水處理后的枯草芽孢桿菌數(shù)量Fig.3 Survival population of E.coli in fresh－cut lotus root inoculated by Bacillus subtilis and treated by electrolyzed water

從圖3可以看出：接種枯草芽孢桿菌后的鮮切蓮藕原始菌落數(shù)為7.6；經(jīng)過NaClO溶液、強酸性電解水和微酸性電解水處理后，鮮切蓮藕的枯草芽孢桿菌菌落數(shù)降低至5.9左右。這3個處理之間不存在統(tǒng)計上的差異，但都優(yōu)于自來水處理。

接種大腸桿菌和枯草芽孢桿菌后，鮮切蓮藕經(jīng)電解水處理后的細菌總數(shù)（Y4）見圖4，圖中tap water為自來水，AEW為強酸性電解水，SAEW為微酸性電解水。

圖4　接種大腸桿菌和枯草芽孢桿菌后的鮮切蓮藕經(jīng)電解水處理后的細菌總數(shù)Fig.4 Survival microbes population in fresh－cut lotus root inoculated by Bacillus subtilis and E.coli and treated by electrolyzed water

圖4的實驗結(jié)果顯示：接種枯草芽孢桿菌和大腸桿菌混合菌后的鮮切蓮藕，細菌總數(shù)可達7.5左右；經(jīng)NaClO溶液、強酸性電解水和微酸性電解水處理后，其細菌總數(shù)可降低1.5～2.0。實驗結(jié)果顯示，2種電解水處理接菌后的鮮切蓮藕，可以有效降低其微生物數(shù)量，殺菌效果優(yōu)于或者相當于NaClO溶液。

2.3微酸性電解水處理鮮切蓮藕殺菌工藝的優(yōu)化

為了了解微酸性電解水處理鮮切蓮藕最佳的殺菌條件，在殺菌實驗的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面設(shè)計法進行優(yōu)化設(shè)計，考察了有效氯質(zhì)量濃度、浸泡時間及浸泡比例對殺菌效果的影響，因素水平如表2所示。

表2　考察因素的實驗條件Tab.2 Experimental condition of explored factors

采用Box－Behnken安排響應(yīng)面實驗條件，在此條件下獲得的實驗結(jié)果如表3所示。

表3　響應(yīng)面實驗和結(jié)果Tab.3 Response surface analysis and results

采用SAS軟件進行因素分析，結(jié)果如表4所示。

表4　方差分析表Tab.4 Analysis of variance

從表4可以看出，整個模型極顯著（P＜0.01），浸泡比例和浸泡時間對微酸性電解水處理鮮切蓮藕的殺菌工藝有顯著性影響，而有效氯濃度對殺菌效果沒有顯著性影響（P＜0.05）。各個因素及其相互作用對微酸性電解水殺菌效果的影響可以用以下擬合的數(shù)學(xué)表達式來表示（非編碼值表示）：

細菌總數(shù)＝5.916 937＋0.041 582＊X1－0.029 784＊X2＋0.084 68＊X3－0.002 242＊X1＊X1＋0.004 13＊X1＊X2－0.000 842＊X1＊X3－0.004 218＊X2＊X2＋0.002 522＊X2＊X3－ 0.018 415＊X3＊X3。

由于微酸性電解水的浸泡時間和浸泡比例對其殺菌效果有顯著性影響，所以重點分析這2個因素的影響，分析結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出，適當提高浸泡比例、延長浸泡時間，會增強微酸性電解水對鮮切蓮藕的殺菌效果。這也與先前的研究結(jié)果相一致。通過SAS軟件分析發(fā)現(xiàn)，在考察的因素范圍內(nèi)，存在著細菌總數(shù)降低的最低點，其對應(yīng)工藝條件如下：有效氯質(zhì)量濃度為10mg／L，浸泡比例為1︰5，浸泡時間為10min。

圖5　微酸性電解浸泡時間和浸泡比例對鮮切蓮藕細菌總數(shù)的影響Fig.5 Effect of time and ratio of slightly acidic electrolyzed water on the total bacterial population

3　結(jié) 論

1）通過實驗發(fā)現(xiàn)，用微酸性電解水和強酸性電解水處理鮮切果蔬產(chǎn)品，可以明顯地降低附著于產(chǎn)品上的各類微生物，增加了產(chǎn)品的食用安全性，且微酸性電解水較之強酸性電解水有著更強的殺菌效果。

2）通過對微酸性電解水用于鮮切蓮藕的殺菌工藝優(yōu)化發(fā)現(xiàn)，浸泡比例和浸泡時間對微酸性電解水處理鮮切蓮藕的殺菌工藝有顯著性影響，而有效氯濃度對其殺菌效果沒有顯著性影響。最佳工藝條件如下：有效氯質(zhì)量濃度為10mg／L，浸泡比例為1∶5，浸泡時間為10min。

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Experimental study on the disinfection of fresh－cut lotus root using slightly acidic electrolyzed water

HU Zhaohui1，WU Tongjiao2，LI Huiying2，HAO Jianxiong2，LIU Haijie3
（1.Handan Municipal Center for Disease Prevention and Control，Handan，Hebei 056002，China；2.School of Bioscience and Bioengineering，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang，Hebei 050018，China；3.College of Food Science and Nutrition Enginering，China Agricultural University，Beijing 100083，China）

The microbial safety of fresh－cut fruits and vegetables is always the focus in food safety，and the application of electrolyzed water in food safety has been paid more and more attention.The disinfecting efficacy of slightly acidic electrolyzed water（SAEW）on the fresh－cut lotus root is investigated compared to the use of acidic electrolyzed water（AEW）and sodium hypochlorite.The results show that SAEW can reduce the microbes on the fresh－cut lotus root and enhance the food safety；comparing with AEW，which has stronger antibacterial ability on the fresh－cut lotus root.In the optimization of disinfection，it is found that the dipping time and dipping ratio play significant role in disinfection ability of SAEW on the fresh－cut lotus root，while active chlorine concentration has no significant effect.The optimal parameters are as follows：ACC of 10mg／L，dipping ratio of 1∶5and time of 10min.The study provides a beneficial supplement for the application of electrolyzed water in freshcut produce.

applied microbiology；fresh－cut fruits and vegetables；slightly acidic electrolyzed water；disinfection；lotus root；food safety

1008－1534（2016）01－0040－06

X705

A

10.7535／hbgykj.2016yx01008

2015－05－08；

2015－09－28；責(zé)任編輯：張士瑩

國家自然科學(xué)基金（31301571）；河北省自然科學(xué)基金（C2013208163）；河北省教育廳科研項目（QN20131120）

胡朝暉（1976—），男，河北邯鄲人，工程師，碩士研究生，主要從事食品安全控制方面的研究。

郝建雄副教授。E－mail：cauhjx＠163.com

胡朝暉，吳彤嬌，李慧穎，等.微酸性電解水用于鮮切蓮藕殺菌處理的實驗研究[J].河北工業(yè)科技，2016，33（1）：40－45.

HU Zhaohui，WU Tongjiao，LI Huiying，et al.Experimental study on the disinfection of fresh－cut lotus root using slightly acidic electrolyzed water[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology，2016，33（1）：40－45.