霧化植物精油對鼠傷寒沙門氏菌抑制效果和櫻桃番茄品質(zhì)的影響

姜云斌,李喜宏,*,范學(xué)通,田光娟,李麗梅,龐玲玲

(1.天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院,天津 300457；2.美國農(nóng)業(yè)部東部研究中心,費城 19038)

霧化植物精油對鼠傷寒沙門氏菌抑制效果和櫻桃番茄品質(zhì)的影響

姜云斌1,李喜宏1,*,范學(xué)通2,田光娟1,李麗梅1,龐玲玲1

(1.天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院,天津 300457；2.美國農(nóng)業(yè)部東部研究中心,費城 19038)

本研究的目的是評測霧化液態(tài)植物(芥末、肉桂、牛至和百里香)精油對櫻桃番茄表面和莖端的抑菌效果及對果實品質(zhì)的影響。將櫻桃番茄的表面和莖端分別接種鼠傷寒沙門氏菌(ATCC 53467和ATCC 5 3468菌種),晾干之后放到包裝盒中,采用加濕器來霧化液態(tài)的植物精油,然后通過一根PE管導(dǎo)入到裝有已經(jīng)接種了鼠傷寒沙門氏菌的櫻桃番茄的包裝盒中。處理后的果實存放在10 ℃的冰箱中3個星期,存放期間每隔1個星期進(jìn)行微生物指標(biāo)測定,不接菌種的果實用來測定果實品質(zhì)指標(biāo)。結(jié)果表明,霧化的植物精油能夠顯著的抑制櫻桃番茄表面和莖端的鼠傷寒沙門氏菌(表面及莖端菌落分別降低2.00 log CFU/fruit和1.00 log CFU/fruit左右)。隨著貯藏期的延長,菌落總數(shù)也隨之降低,這證明其抑菌效果仍然有效。霧化植物精油殺菌處理對果實硬度,顏色,VC等品質(zhì)指標(biāo)沒有顯著影響(p>0.05)。霧化是一種方便有效的可用于儲存或運輸果蔬產(chǎn)品消毒的新方法。

霧化,植物精油,殺菌,鼠傷寒沙門氏菌

消毒是降低鮮切果蔬的食源性疾病發(fā)生的一個重要手段。傳統(tǒng)的消毒方法是采用噴霧或浸泡方式將消毒劑直接作用在產(chǎn)品上。這種消毒方式在降低病原菌上具有一定效果,但它們還有一定的局限性,因為表面的干擾現(xiàn)象,如表面的龜裂,植物毛和生物膜,這些都能阻礙消毒劑和病原體之間的接觸[1]。液體消毒劑經(jīng)常很難達(dá)到及殺死那些位于隱蔽位置的致病菌[2]。氣體殺菌劑可以克服液體殺菌劑這些限制,大量研究表明氣體殺菌方式效率高于液體[3-6],它被認(rèn)為是有效去除帶有表面障礙的食物致病菌的方法。然而,氣體殺菌劑具有幾個缺點,如氣體發(fā)生裝置復(fù)雜、氣體殺菌劑種類有限。

霧化是把液體材料分散到空氣中或是把一種溶液分散成細(xì)霧的形態(tài),通常是為了達(dá)到治療和衛(wèi)生的目的,尤其是為了呼吸系統(tǒng)藥物治療和房間消毒[7-8]。有人研究了霧化殺菌劑在抑制食物和相關(guān)環(huán)境病原體的效率[9-10]。這些研究表明氣霧方式在控制一些致病菌(蠟狀芽孢桿菌,李斯特菌,金黃色葡萄球菌和鼠傷寒沙門氏菌)上是有效的,這是因為氣霧能夠很容易輸送液體消毒劑去復(fù)雜的地方,如管道,罐等地方,同時,它也是一個非常廉價的系統(tǒng),因此,它是一種潛在的非常好的用于食物和相關(guān)環(huán)境殺菌的新方法。然而,到目前為止還沒有人研究霧化植物精油的殺菌效果,因此,本實驗主要研究霧化植物精油對接種在櫻桃番茄上的鼠傷寒沙門氏菌的抑制效果,另外,還評價了霧化植物精油這種方式對櫻桃番茄品質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

櫻桃番茄 美國賓夕法尼亞州Wyndmoor附近的超級市場。挑選大小均一,無機(jī)械傷和病蟲害侵染的果實,立即運往美國農(nóng)業(yè)部東部研究中心RCPM研究實驗室冰箱,并迅速在10 ℃冰箱內(nèi)預(yù)冷約24 h后進(jìn)行處理。

大豆胰蛋白液體培養(yǎng)液,蛋白胨,乙醇,大豆胰蛋白瓊脂,無水乙醇 分析純,美國西格瑪奧德里奇貿(mào)易有限公司；牛至精油,肉桂精油,芥末精油,百里香精油,異硫氰酸烯丙酯 生化試劑，美國西格瑪奧德里奇貿(mào)易有限公司。

Classic型超聲霧化器 美國Naturals儀器有限公司;B720型無菌工作臺、LRH-7型生化培養(yǎng)箱 美國Hinotke儀器公司;UV-2401型紫外分光光度計 日本島津儀器公司;PL203型電子天平 梅特勒-托利多儀器有限公司;V/5100型均質(zhì)機(jī)、V810型組織搗碎機(jī) 美國Virtishear有限公司;5804R型冷凍離心機(jī) 德國Eppendorf公司;Ti-series 1050型高效液相色譜儀 美國Agilent科技公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 菌種制備 在美國賓夕法尼亞州Wyndmoor,美國農(nóng)業(yè)部東部研究中心(U.S. Department of Agriculture,Agricultural Research Service,Eastern Regional Research Center)選取2株鼠傷寒沙門氏菌(SalmonellaTyphimurium)菌株(ATCC 53467 和 ATCC 5 3468)。鼠傷寒沙門氏菌是從位于美國弗吉尼亞州馬納薩斯的美國菌種保藏中心獲得。將2株鼠傷寒沙門氏菌種分別接種在加入100 mg/kg萘啶酸的150 mL大豆胰蛋白液體培養(yǎng)液中37 ℃生長24 h,菌種經(jīng)10 000×g離心10 min。倒掉上清液,沉淀物經(jīng)25 mL 0.1%蛋白胨水制備成懸浮液,然后將2株菌合并,使最終菌群數(shù)量達(dá)到108～109CFU/mL。

1.2.2 樣品的制備和接種 用200 mg/L的氯溶液浸泡番茄2 min進(jìn)行消毒,然后用蒸餾水清洗,最后把清洗后的櫻桃番茄平鋪在無菌工作臺中晾干30 min。使用移液槍在櫻桃番茄的表面和莖端分別接種50 μL的菌懸液。菌懸液接種在櫻桃番茄表面用記號筆標(biāo)記的1 cm2的區(qū)域內(nèi)。樣品在無菌工作臺中晾干2 h,然后每5個櫻桃番茄被放入到一個帶蓋的包裝盒子(10.8 cm×9.2 cm×4.8 cm)(Genpak LLC,Glens Falls,NY,USA)中,盒子蓋和底部各有一個25和8 mm的小眼,它用來引入霧化消毒殺菌劑進(jìn)入容器。

1.2.3 植物精油溶液制備及樣品的處理 四種植物精油分別用無水乙醇稀釋10倍,然后再用蒸餾水配成200 mg/kg的溶液備用。對照采用蒸餾水和10%的無水乙醇,采用10%無水乙醇是因為乙醇濃度過高在超聲波霧化時可能會產(chǎn)生自燃現(xiàn)象。制備好的植物精油殺菌劑及蒸餾水和10%的無水乙醇分別通過超聲霧化器導(dǎo)入到放有接種好的番茄盒子1 min,之后用膠帶封住盒子上下兩個孔,然后將處理好的樣品放在10 ℃下貯藏3星期,在貯藏的第1,7,14,21 d分別進(jìn)行菌落數(shù)的測定。鼠傷寒沙門氏菌是使用含有100 mg/kg萘啶酸的大豆胰蛋白瓊脂進(jìn)行復(fù)蘇。在經(jīng)過37 ℃培養(yǎng)24 h之后進(jìn)行菌落計數(shù)。

1.2.4 鼠傷寒沙門氏菌的復(fù)蘇與計數(shù) 用滅過菌的剪子將接過菌的番茄表面和莖端剪切下來,相同處理樣品放在同一個內(nèi)部有過濾網(wǎng)的袋子中,然后向袋子中加入10 mL 1%的蛋白胨水用微型混合攪拌機(jī)在260 r/min下均質(zhì)2 min。將濾液連續(xù)稀釋105,取等份的稀釋后濾液或沒有被稀釋的濾液(100 μL或1 mL)鋪在含有100 mg/kg的萘啶酸的大豆胰蛋白瓊脂平板上。平板被放在37 ℃下培養(yǎng)24 h,然后進(jìn)行鼠傷寒沙門氏菌的菌落計數(shù)。

1.3 品質(zhì)指標(biāo)測定

1.3.1 果實顏色測定 使用Hunter UltraScan? VIS色度計測定,采用D65/10°標(biāo)準(zhǔn)光源和1.3 cm測量孔徑,利用白板和黑板進(jìn)行校正,測定記錄L*,a*和b*顏色指標(biāo),每個果實測定其2個相反的中間點,每組處理至少測定6個樣品,重復(fù)3次,共測量36次。用a*/b*值表示各處理對櫻桃番茄表面顏色的影響。

1.3.2 果實硬度測定 使用TA-XT2i質(zhì)構(gòu)儀測定,采用直徑為3 mm探針穿透果實赤道線中部10 mm,速率為10 mm/s。每組處理測定5次,重復(fù)3次,共測量15次。采用Texture Expert version 1.22軟件處理數(shù)據(jù),選取測量值最大值表示番茄硬度。

1.3.3 抗壞血酸的測定 參照Fan等[11]測定方法,采用高效液相色譜法進(jìn)行測定。將5個樣品切成小塊,混勻,取10 g組織加入20 mL含有5%偏磷酸溶液,用Virtishear均質(zhì)機(jī)冰浴均質(zhì)1 min,速度設(shè)置為70 r/min。勻漿經(jīng)4層紗布過濾后5000×g冷凍(4 ℃)離心10 min。樣品上清液經(jīng)0.45 μm孔徑濾膜過濾后取20 μL準(zhǔn)備進(jìn)樣。采用安捷倫Hewlett Packard Ti-series 1050高效液相色譜儀,Aminex HPX-87H有機(jī)酸液相色譜柱(300 mm× 7.8 mm),在245 nm下測定抗壞血酸的含量。0.01%的偏磷酸pH2.6的溶液作為流動相,流速為1 mL/min。結(jié)果根據(jù)抗壞血酸制作的標(biāo)準(zhǔn)曲線計算,用μg VC/g櫻桃番茄表示。

1.4 數(shù)據(jù)分析

實驗進(jìn)行3次重復(fù),每個重復(fù)中的每個處理使用5個番茄。使用SPSS 16.0(SPSS Inc. Chicago,IL,USA)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 霧化植物精油對鼠傷寒沙門氏菌的抑菌效果

四種植物精油經(jīng)霧化處理對鼠傷寒沙門氏菌在櫻桃番茄表面和莖端上活體抑制效果如圖1(表面)和2(莖端)所示。由圖1、圖2可見,10%無水乙醇處理對接種在番茄上的鼠傷寒沙門氏菌幾乎沒有影響,這充分證明了由10%無水乙醇溶解的植物精油殺菌劑表現(xiàn)出來的殺菌效果不是乙醇造成的。并且所有處理的菌落總數(shù)隨時間的延長而呈下降趨勢(無論是接種在表面還是莖端),且各自下降的速率相似,存放到21 d后,菌落總數(shù)最低。霧化的四種植物精油在番茄表面的殺菌效果非常相似,雖然在貯藏的21 d中各自略有起伏,總體大約有2.10～3.31 log CFU/fruit的鼠傷寒沙門氏菌失活,滿足了美國國家食品微生物標(biāo)準(zhǔn)咨詢委員會(NACMCF)推薦的凈化生產(chǎn)準(zhǔn)則[12]。霧化的四種植物精油在番茄莖端的殺菌效果也保持了一定的一致性,總體大約有1.40～2.10 log CFU/fruit的鼠傷寒沙門氏菌失活。霧化的植物精油在番茄莖端的抑菌效果不如在番茄表面的抑菌效果,這是因為番茄莖端結(jié)構(gòu)復(fù)雜,接種的鼠傷寒沙門氏菌大部分通過花萼處進(jìn)入到果實內(nèi)部,造成殺菌劑難以到達(dá),或者達(dá)到該處的計量不足,因此殺菌效果一般。

圖1 霧化植物精油(芥末、肉桂、牛至和百里香精油)對接種在櫻桃番茄表面的鼠傷寒沙門氏菌的抑菌效果Fig.1 Inactivation of S. Typhimurium on inoculated the smooth surface of tomato by the application of aerosolized essential oil(Mustard,Cinnamon,Oregano and Thyme oil)注:果實在10 ℃冰箱中存放3個星期,豎線代表標(biāo)準(zhǔn)誤差(n=3),圖2同。

圖2 霧化植物精油(芥末、肉桂、牛至和百里香精油)對接種在櫻桃番茄莖端的鼠傷寒沙門氏菌的抑菌效果Fig.2 Inactivation of S. Typhimurium on inoculated the stem scar areas of tomato by the application of aerosolized Essential oil(Mustard,Cinnamon,Oregano and Thyme oil)

異硫氰酸烯丙酯(Allyl isothiocyanate,AIT)是芥末精油中呈辛辣風(fēng)味的主要化合物和主要抑菌成分,Obaidat等人[13]實驗證明,AIT在非常低的濃度下(8.3～33.3 mg/L)對沙門氏菌和大腸桿菌O157∶H7有較好的抑制效果,認(rèn)為AIT是一個潛在的天然高效食品抑菌添加劑。肉桂醛是肉桂精油中主要抑菌成分,也具有很強的抗菌活性[14]。Weissinger等人[15]研究報道,在50 ℃的熱空氣浴下,使用肉桂醛熏蒸紫花苜蓿種子可以有效的抑制六種血清型的沙門氏菌。香芹酚和百里香酚是牛至精油和百里香精油中主要抑菌成分,其氣體熏蒸對細(xì)菌和真菌都有一定的效果[16]。還有一些研究人員使用濃度為8.3～158 μg/mL不等的牛至、肉桂精油、香芹酚和AIT來抑制生菜、蘋果、獼猴桃和甜瓜等果蔬上的的食源性病原體,包括沙門氏菌、大腸桿菌O157∶H7和單核增生李斯特菌等[17-18]。

一些研究表明[6]霧化殺菌是一種潛在有效的殺菌方式。霧化消毒殺菌劑比液態(tài)殺菌劑具有更高的穿透能力,這是因為其氣態(tài)特性。那些可溶于水的殺菌劑可以通過霧化方式簡單的應(yīng)用到靶位目標(biāo)上。有人發(fā)現(xiàn)使用霧化的2.5%～5%的醋酸和乳酸或者30%雙氧水處理菠菜葉子上的大腸桿菌O157∶H7 2 min可以取得0.3～1.2 log CFU/g降低[19]。同樣,Choi報道霧化2%蘋果酸處理菠菜和生菜100 min可以有效滅活其食源性病原菌,在菠菜和生菜上的單核增生李斯特菌,鼠傷寒沙門氏菌及大腸桿菌O157∶H7分別可以降低3.35、4.10、3.67 log CFU/g和 3.85、5.02、3.35 log CFU/g[20]。我們的研究結(jié)果表明霧化植物精油同樣可以對鼠傷寒沙門氏菌取得一定的抑制效果。

2.2 對果實硬度和顏色的影響

四種不同植物精油對櫻桃番茄在貯藏過程中硬度的影響如表1所示。所有樣品的硬度在10 ℃條件下都有所降低。實驗發(fā)現(xiàn),在整個貯藏過程中,芥末精油、肉桂精油、牛至精油和百里香精油都對櫻桃番茄的硬度影響不顯著。

表1 櫻桃番茄10 ℃下貯藏21 d硬度(kg)的變化

注：數(shù)據(jù)表示為三次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差。在同一列中,具有相同字母后綴的數(shù)據(jù)表示數(shù)據(jù)間沒有顯著性差異(p>0.05)。表2～表4同。

表2 櫻桃番茄10 ℃貯藏21 d亮度(L*)的變化

表3 櫻桃番茄在10 ℃貯藏21 d a*/b*值的變化

表4 櫻桃番茄10 ℃貯藏21 d抗壞血酸含量(μg/g)的變化

作為鮮食果蔬,產(chǎn)品的外觀色澤將直接影響到產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價值和消費者接受度。櫻桃番茄經(jīng)過霧化植物精油熏蒸處理后,在10 ℃條件下貯藏21 d,每隔7 d取樣測量處理對其表皮色澤的影響。L*代表亮度,L*增高,代表果實明亮度增加。表2反映了櫻桃番茄的貯藏過程中不同處理表面色澤的變化情況。而所有處理和對照相比,L*值并沒有明顯變化。

a*和b*分別代表番茄表面的紅色飽和度和黃色飽和度,a*值越大代表番茄表皮顏色越紅[21]。而番茄的a*/b*值則對應(yīng)美國農(nóng)業(yè)部用于評估顏色的六個色階,建議果實顏色a*/b*值在0.95～1.21之間是可被接受的[22]。如表3反映了番茄在10 ℃條件下貯藏21 d色度的變化程度。所有處理在貯藏過程中a*/b*值并沒有明顯變化,并且所有值都是處在可接受范圍內(nèi)的。

2.3 霧化植物精油對果實抗壞血酸的影響

研究發(fā)現(xiàn),番茄是天然抗氧化劑的良好來源,如VC、番茄紅素和其他酚類物質(zhì)[23]。番茄是除了土豆之外的世界上第二重要的果蔬,平均每年銷量1.2億t,使得番茄成為抗壞血酸的主要來源[24]。不同處理對番茄果實中VC含量的影響如表4所示。所有處理組的抗壞血酸的含量沒有明顯差異。在果實貯藏期間,所有處理樣品的抗壞血酸含量都隨著時間延長逐漸下降。

3 結(jié)論

實驗證明,芥末精油、肉桂精油、牛至精油以及百里香精油對鼠傷寒沙門氏菌具有一定的抑菌性能。在櫻桃番茄上的活體抑菌實驗表明,四種植物精油在200 ppm濃度時經(jīng)霧化后對鼠傷寒沙門氏菌的抑制效果達(dá)到或超過2 log CFU/fruit(果實表面)和1 log CFU/fruit左右(果實莖端)。植物精油霧化后對櫻桃番茄的物化指標(biāo)和品質(zhì)沒有顯著的影響。具體到果實的硬度,色澤和抗壞血酸含量在10 ℃貯藏21 d的過程中都沒有明顯的影響。因此,霧化殺菌可以是一種潛在的、有效的、新型殺菌方式。

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Inactivation ofSalmonellaentericaserovarTyphimuriumand quality maintenance of cherry tomatoes with in-package aerosolization of essential oil

JIANG Yun-bin1,LI Xi-hong1,*,FAN Xue-tong2,TIAN Guang-juan1,LI Li-mei1,PANG Ling-ling1

(1.College of Food Engineering and Biotechnology,Tianjin University of Science and Technology,Tianjin 300457,China; 2.U.S. Department of Agriculture,Eastern Regional Research Center,PA 19038,USA)

The purpose of the present study was to investigate the efficacy of in-package aerosolized essential oil(Mustard,Cinnamon,Oregano and Thyme oil)in reducing population ofSalmonellaentericaserovarTyphimuriuminoculated on tomato fruit and in maintaining fruit quality. Cherry tomatoes were inoculated with a cocktail of attenuatedS.TyphimuriumATCC 53467 and 53468 strains on the smooth skin surface and stem scar area. Then essential oil were aerosolized into a clamshell package containing either the inoculated cherry tomatoes for the antimicrobial study or non-inoculated fruit for quality analysis. The treated fruits were stored at 10 ℃ for 3 weeks. Results showed that the reductions ofS.Typhimuriumpopulation on both smooth surface and stem scar area were significantly.S.Typhimuriumpopulation on the smooth surface were reduced by more than 2.00 log CFU/fruit by essential oil. On the stem scar area,essential oil were also effective in reducingS.Typhimuriumpopulation,achieving more than 1.00 log CFU/fruit reduction. With the storage period extending,the total number of colonies were also decreased,but the total number of colonies of treated fruit was also reduced,which proved its inhibitory effect was still valid. None of the treatments significantly(p>0.05)affected color,firmness,vitamin of tomatoes during 3 weeks of storage. Therefore,the results suggest that the in-package aerosolized sanitizers can be used as a novel method for the inactivation ofSalmonellaon vegetable and fruit.

aerosolization;essential oil;inactivation;SalmonellaentericaserovarTyphimurium

2016-08-26

姜云斌(1980-)，男，博士，助理研究員，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品貯藏，E-mail:yunbinjiang@126.com。

“十二五”國家科技支撐計劃課題任務(wù)(2015BAD16B08，2015BAD16B02)。

TS255.3

A

1002-0306(2017)09-0324-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.09.054