葛 枝，徐玉亭，劉東紅

(浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，浙江杭州 310058)

超聲輔助生鮮果蔬采后安全保障的研究進(jìn)展

葛 枝，徐玉亭，劉東紅*

(浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，浙江杭州 310058)

人們對(duì)天然、營(yíng)養(yǎng)等觀念的推崇，導(dǎo)致生鮮果蔬的消費(fèi)量日漸增加。為確保生鮮果蔬采后的安全性，目前超聲波作為一種物理的輔助手段逐漸受到重視。本文從超聲輔助果蔬安全保障的機(jī)理入手，就超聲在關(guān)乎果蔬流通安全的病原菌、病毒、農(nóng)殘、清潔度等方面的作用進(jìn)行了綜述，最后對(duì)超聲技術(shù)在果蔬采后處理上的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

超聲波，生鮮果蔬，安全，原理，展望

隨著人們對(duì)新鮮即食果蔬需求的增大，生鮮果蔬的安全性問(wèn)題尤為突出。2011年，德國(guó)遭遇的由腸出血性大腸桿菌引起的“毒黃瓜”事件，美國(guó)經(jīng)歷的由帶有李斯特菌的甜瓜引發(fā)的嚴(yán)重的食物中毒事件，使全世界人民更加關(guān)注生鮮果蔬的食用安全性。傳統(tǒng)的果蔬采后處理往往是先對(duì)果蔬進(jìn)行簡(jiǎn)單的清洗，之后再將其置于一定條件下儲(chǔ)存。直接用清水或者含有洗滌劑的水溶液清洗果蔬，能有效去除表面可見(jiàn)的泥土及雜質(zhì)，但對(duì)微生物的去除效果十分有限［1］。為了加強(qiáng)殺菌效果，清洗液中常加入氯氣和二氧化氯等含氯殺菌劑，但其殘留物對(duì)人體有潛在致癌和致突變的危害［2］。因此近年來(lái)過(guò)氧化氫、過(guò)氧乙酸等有機(jī)酸、電解水等等新型殺菌劑受到了研究人員的關(guān)注，并開(kāi)始在果蔬清洗中得到利用［3］。然而，有關(guān)研究顯示，一般情況下單獨(dú)使用這些消毒劑，僅能去除果蔬表面細(xì)菌總數(shù)的不到1～2logCFU/g［4］。為了能進(jìn)一步提高果蔬中致病微生物的去除效率，尋找適宜、高效的清洗技術(shù)成為亟待解決的問(wèn)題。超聲波作為一種物理清洗方式，對(duì)微生物有一定的殺滅作用，其單獨(dú)使用或者與其他手段結(jié)合用于果蔬清洗，在保障果蔬安全方面有極大的應(yīng)用前景。

1 超聲波應(yīng)用于果蔬采后處理的作用機(jī)理

超聲波是指頻率大于20kHz的聲波，一般由具有磁致伸縮或壓電效應(yīng)的晶體振動(dòng)產(chǎn)生，在液體介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)產(chǎn)生空化效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)。超聲清洗技術(shù)最初主要用于電子元件、機(jī)械設(shè)備的清洗，而近10年相關(guān)研究證明，超聲波對(duì)果蔬表面多種微生物均有一定殺滅作用。因此，超聲波在果蔬清洗、保障生鮮果蔬安全性方面顯現(xiàn)出一定的潛力。

超聲波用于果蔬采后處理依賴于空化效應(yīng)，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是殺菌效應(yīng)，超聲波空化作用會(huì)產(chǎn)生瞬間高溫和高壓，從而使液體中某些微生物致死，起到直接將微生物致死的效果［5］;二是沖擊剝離效應(yīng)［6］，空化氣泡閉合時(shí)，由于液體間相互碰撞產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波，果蔬表面的微生菌體、農(nóng)藥、塵土等雜質(zhì)，在其作用下會(huì)被剝離、脫落。微生物在果蔬表面附著形成的生物膜［7］很難去除，且能對(duì)微生物起到一定的保護(hù)作用。因此，超聲波的沖擊剝離效應(yīng)，對(duì)于果蔬清洗具有較大的意義，可減弱生物膜的保護(hù)作用，增強(qiáng)化學(xué)殺菌劑的作用效果。另外，超聲波作為一種物理處理手段，能有效解決果蔬清洗中由于表面不規(guī)則導(dǎo)致的細(xì)縫和死角處難以清洗的問(wèn)題。

2 超聲波輔助提高果疏采后安全性的研究進(jìn)展

2.1 對(duì)病原菌的作用

超聲波是一種有效的輔助滅菌方法，已經(jīng)成功用于廢水處理、飲用水消毒等領(lǐng)域，在液體食品滅菌中的應(yīng)用也有較多的研究［8］。近年來(lái)，超聲波對(duì)果蔬中病原微生物的殺滅作用，也逐漸受到了重視。

2.1.1 超聲單獨(dú)作用 Cao等［9］在10℃下，分別用頻率為0、25、28、40、59kHz的超聲波處理新鮮草莓10min，發(fā)現(xiàn):40kHz的超聲波能有效降低微生物總數(shù)，抑制其腐爛;在此基礎(chǔ)上，又應(yīng)用響應(yīng)曲面法，以腐爛率、微生物總數(shù)和品質(zhì)參數(shù)為指標(biāo)，對(duì)超聲波密度和處理時(shí)間進(jìn)行了優(yōu)化，指出40kHz的超聲波，在功率250W、處理時(shí)間9.8min時(shí)，能有效較好去除草莓上微生物、抑制腐敗的發(fā)生［10］。同時(shí)，Nazari等［11］用超聲波處理了棗果實(shí)，他們也發(fā)現(xiàn)超聲能顯著降低其表面的微生物數(shù)量。這些研究表明，超聲單獨(dú)應(yīng)用于采后果蔬處理，有一定殺菌效果，為超聲波在生鮮果蔬表面除菌上的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

2.1.2 超聲與殺菌劑結(jié)合 超聲波單獨(dú)作用于果蔬能起到一定殺菌作用，但效果有限，一些研究人員將超聲與一些常用殺菌劑結(jié)合用于果蔬清洗，以期達(dá)到增強(qiáng)殺菌效力、縮短處理時(shí)間的目的。Huang等［12］對(duì)比了170kHz的超聲波、不同濃度的二氧化氯溶液分別單獨(dú)或結(jié)合處理，對(duì)接種于蘋(píng)果和生菜上的沙門(mén)氏菌和大腸桿菌的殺滅作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:超聲波對(duì)二氧化氯的滅菌作用有增效效應(yīng)，二者結(jié)合不僅對(duì)蘋(píng)果和生菜上大腸桿菌和沙門(mén)氏菌均有一定殺滅作用，且在清洗后的二氧化氯溶液中未檢出有活的菌體，從而指出超聲結(jié)合二氧化氯既可用于果蔬表面除菌，還能防止果蔬清洗過(guò)程中微生物的交叉感染，這為解決傳統(tǒng)清洗方式中存在的交叉污染的難題提供了一個(gè)很好的思路。近三年，超聲波與殺菌劑結(jié)合對(duì)果蔬表面微生物的作用受到了更多的關(guān)注，相關(guān)研究也在逐步深入。Zhou等［13］研究了超聲波對(duì)幾種殺菌劑對(duì)接種于菠菜葉表面大腸桿菌滅活能力的強(qiáng)化效果。研究指出，殺菌劑結(jié)合超聲波處理與單獨(dú)用清水或殺菌劑處理相比，對(duì)大腸桿菌的殺滅效果提高了0.7～1.1logCFU/g;且在一定范圍內(nèi)，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)和超聲密度的增加，超聲波與殺菌劑的協(xié)同效應(yīng)也得到提高。Rivera［14］將幾種化學(xué)洗滌劑，單獨(dú)或者結(jié)合超聲對(duì)夏塊菌和黑苞塊菌表面除菌的效果進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn):在4℃下，超聲波(35kHz)結(jié)合乙醇溶液(70%)清洗10min，除菌效果最好，能使假單胞菌減少4logCFU/g，大腸桿菌和乳酸菌至少減少 2logCFU/g，霉菌減少1.5logCFU/g。Brilhante等［15］將頻率為45kHz的超聲波分別與二氯異氫尿酸鈉、過(guò)氧化氫、二氧化氯化氯和過(guò)氧乙酸4種商業(yè)殺菌劑結(jié)合，處理櫻桃番茄10min，檢測(cè)番茄表面自然污染菌數(shù)目和前期接種的沙門(mén)氏菌數(shù)目，研究發(fā)現(xiàn):超聲波與這些商業(yè)殺菌劑結(jié)合使用，對(duì)番茄表面微生物有較好殺滅作用;其中超聲波結(jié)合40mg/L的過(guò)氧乙酸，殺菌效果最好，可使人工接種的沙門(mén)氏菌減少3.9logCFU/g。

以上研究，都證實(shí)了超聲波與殺菌劑結(jié)合應(yīng)用于果蔬采后處理中，能獲得一定的增效效果，可有效減少果蔬表面微生物數(shù)量。雖然超聲單獨(dú)作用效果有限，但可增強(qiáng)化學(xué)殺菌劑的作用效力，降低殺菌劑的使用劑量，緩解濫用殺菌劑的問(wèn)題，這為超聲波在提高生鮮果蔬食用安全性上的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

2.1.3 超聲與其他手段對(duì)比 認(rèn)識(shí)到超聲波在清洗果蔬表面除菌中的應(yīng)用潛力后，Elisabete等［16］對(duì)比了超聲波處理與其他方式的作用效果。首先對(duì)比了熱燙處理(50～65℃)、熱超聲(與熱燙處理溫度相同)、紫外滅菌對(duì)西洋芹中大腸桿菌的數(shù)目的影響。結(jié)果表明:紫外處理滅菌效果很差;而65℃時(shí)，熱燙處理能使大腸桿菌數(shù)降低(7.43±0.12)logCFU/g，而熱超聲則能使其降低(8.24±0.13)logCFU/g。該實(shí)驗(yàn)證明熱燙處理的殺菌效果很好，同時(shí)與超聲結(jié)合后，作用效果更佳。因此在今后研究中，可考慮在超聲處理時(shí)適當(dāng)提高清洗液溫度，以保證殺菌效果，保障生鮮食用安全性，同時(shí)盡可能保持果蔬原有風(fēng)味和品質(zhì)。之后，Elisabete［17］又對(duì)比了幾種非熱加工方式與殺菌劑前處理對(duì)草莓微生物表面數(shù)量的影響，結(jié)果表明:在置于冷藏條件下前，超聲波或臭氧處理能取得較好的殺菌效果，且對(duì)草莓質(zhì)量參數(shù)和營(yíng)養(yǎng)成分影響較小;而化學(xué)殺菌劑殺菌效果好，但對(duì)草莓質(zhì)量和營(yíng)養(yǎng)成分破壞較大。最后指出，超聲波和臭氧有潛力能取代化學(xué)殺菌劑，用于果蔬清洗保鮮。

這兩個(gè)對(duì)比研究中，超聲在果蔬表面除菌、提高果蔬安全性上的優(yōu)越性得到了體現(xiàn)。總體來(lái)說(shuō)，超聲處理的優(yōu)越性在于不僅能取得較好的殺菌效果，還能最大限度的保持果蔬品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)，將安全和營(yíng)養(yǎng)有效結(jié)合。因此，超聲是一種非常有前景的果蔬采后處理技術(shù)。

2.2 對(duì)病毒的作用

近年來(lái)，隨著以新鮮果蔬為載體傳播的由病毒(尤其是諾沃克病毒和A型肝炎病毒)引發(fā)的食源性疾病的爆發(fā)事件的增多，探尋適當(dāng)方法，殺滅果蔬表面的病毒，也逐漸引起了人們的關(guān)注。

Fino等［18］將紫外照射用于殺滅草莓、洋蔥和生菜上的病毒，證實(shí)紫外照射能較好地殺滅果蔬表面的病毒。同時(shí)，清洗工序在采后果蔬表面病毒去除中的作用也受到了重視。Bae等［19］研究了不同清洗方式對(duì)卷心萵苣和紫蘇葉上諾沃克病毒的去除效果，指出果蔬清洗能減少其表面附著的病毒，但效果欠佳。Michael等［20］研究了含氯殺菌劑對(duì)草莓、櫻桃番茄和結(jié)球萵苣上的A型甲型肝炎病毒(HAV)的作用，發(fā)現(xiàn)含氯殺菌劑對(duì)HAV有一定的殺滅效果，但需要較長(zhǎng)的處理時(shí)間，且存在含氯化合物殘留的問(wèn)題。針對(duì)常規(guī)果蔬清洗法去病毒中存在的問(wèn)題，最近也有科研人員開(kāi)始嘗試將超聲波用于果蔬去病毒中。Fraisse等［21］引入超聲波處理，研究了氯氣、過(guò)氧乙酸對(duì)生菜上萼狀病毒(FCV)、諾沃克病毒(MNV－1)及A型肝炎病毒(HAV)的殺滅作用，結(jié)果表明:結(jié)合或者不結(jié)合超聲對(duì)自來(lái)水清洗去病毒效果基本無(wú)影響;同時(shí)是否用超聲前處理對(duì)殺菌劑殺滅病毒效果也無(wú)影響。Schultz等［22］研究了超聲波結(jié)合蒸汽處理，對(duì)黑莓上諾沃克病毒的滅活效率，結(jié)果表明:二者結(jié)合處理對(duì)諾沃克病毒有一定的殺滅效果，但僅能使黑莓表面諾沃克病毒減少1logCFU/g，且對(duì)黑莓感官品質(zhì)影響較大。在Fraisse的實(shí)驗(yàn)中，超聲波單獨(dú)處理對(duì)病毒無(wú)明顯殺滅作用，且超聲前處理對(duì)氯氣和過(guò)氧乙酸滅病毒作用無(wú)增效效果，但他們沒(méi)有研究超聲與殺菌劑同時(shí)作用時(shí)，超聲對(duì)殺菌劑滅病毒效果是否有增效作用。而后者雖然取得了一定的滅病毒效果，但在該工藝條件下對(duì)原料品質(zhì)產(chǎn)生了不利影響。

超聲波清洗用于滅病毒的研究還很少，目前已有的兩個(gè)相關(guān)研究都沒(méi)能為超聲在果蔬滅病毒中的應(yīng)用提供有力的證據(jù)，但超聲波是否能與某些殺菌劑或其他殺菌方式結(jié)合以取得較好的滅病毒效果，有待進(jìn)一步研究。

2.3 對(duì)農(nóng)藥殘留的作用

農(nóng)藥殘留也是影響果蔬食用安全性的關(guān)鍵因素之一，去除農(nóng)藥殘留一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。近十年，大量關(guān)于超聲對(duì)水溶液中農(nóng)藥作用的研究已證明，超聲波對(duì)各種含氯、含磷農(nóng)藥有一定的降解作用。同時(shí)，研究還表明，超聲波振蕩具有振蕩頻率高、強(qiáng)度大的特點(diǎn)，加速了農(nóng)藥分子的運(yùn)動(dòng)，能增加農(nóng)藥分子溶出的機(jī)率［23］。目前直接將超聲波用于果蔬采后處理中，研究其對(duì)農(nóng)藥去除能力的研究還處于起步階段。

岳田利等［24］采用響應(yīng)曲面法對(duì)超聲波去除蘋(píng)果中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留的工藝條件(功率、時(shí)間、溫度)及其交互作用進(jìn)行了優(yōu)化，并就超聲波處理對(duì)蘋(píng)果主要質(zhì)量參數(shù)的影響進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:超聲波去除蘋(píng)果中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留的適宜工藝參數(shù)為:超聲波功率609.16W，時(shí)間70.46min，溫度15.45℃，在此工藝下農(nóng)藥殘留去除率可達(dá)到64.32%。張瑞［25］研究了超聲波對(duì)噴灑于生菜上的有機(jī)磷的去除效果，同時(shí)在此基礎(chǔ)上對(duì)超聲條件進(jìn)行了優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):超聲波功率1000W，氣泡強(qiáng)度25m2/h，清洗時(shí)間15min是清洗生菜的最好條件，此時(shí)樂(lè)果、毒死蜱、三唑磷的去除率分別為:87.11%、70%、84.14%。同時(shí)，超聲結(jié)合臭氧對(duì)農(nóng)殘降解潛力也受到了關(guān)注。Gong［26］研究了超聲波、臭氧單獨(dú)或者結(jié)合使用，對(duì)蘋(píng)果上馬拉息昂、二苯胺、多滅靈及百菌清四種農(nóng)藥的降解作用。結(jié)果表明:超聲波結(jié)合臭氧對(duì)四種農(nóng)藥的降解效果均比二者單獨(dú)使用效果好。

超聲降解具有操作簡(jiǎn)便、高效、清潔等優(yōu)點(diǎn)，在降低果蔬表面農(nóng)藥殘留方面顯示出巨大的優(yōu)勢(shì)。相信隨著研究的不斷深入，超聲波單獨(dú)或結(jié)合其他手段在果蔬清洗中降解農(nóng)藥殘留、保障食用安全性方面具有較好的應(yīng)用前景。

3 超聲波輔助提高果蔬采后清潔度的研究進(jìn)展

果蔬上附著的塵土等雜質(zhì)不但影響表觀色澤，而且為微生物的附著生長(zhǎng)創(chuàng)造了一定的條件，同時(shí)還會(huì)妨礙表面微生物和農(nóng)藥的去除。因此果蔬表面塵土等雜質(zhì)的去除，看似微不足道，卻與食用安全性息息相關(guān)。超聲波清洗在去除果蔬表面雜質(zhì)，提高蔬果潔凈度方面有著較大的優(yōu)越性。張學(xué)杰等［27］以胡蘿卜、白菜為試材，研究了超聲波頻率、功率及處理時(shí)間對(duì)其潔凈度的影響研究。結(jié)果表明:采用26kHz、0.32W·cm－2清洗10min可有效改善胡蘿卜潔凈度;白菜較佳的處理?xiàng)l件為26kHz、0.28W·cm－2清洗2min，可有效改善白菜的商品性，提高食用安全性。Zhao［28］等用超聲波清洗機(jī)清洗干巴菌上附著的泥土，確定最佳清洗工藝條件為:洗滌劑濃度0.67%，物料與水的比例為1∶100，溫度21.5～25℃，時(shí)間20min。在最優(yōu)工藝條件下，結(jié)合超聲波的清洗效率比未結(jié)合超聲波時(shí)提高了55.5%，提高了可食部分的比例。

超聲波用于去除果蔬表面塵土等雜質(zhì)，有著人工清洗無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，用在污垢難以去除且價(jià)格昂貴的果蔬的清洗時(shí)，其優(yōu)越性更加突出。同時(shí)，超聲波清洗還能較好的滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需求，提高清洗效率，節(jié)約勞動(dòng)力。

4 展望

超聲波在果蔬清洗過(guò)程中，能從殺滅致病菌和病毒、去除農(nóng)藥殘留和塵土等雜質(zhì)四個(gè)方面，提高新鮮即食果蔬的食用安全性。隨著人們對(duì)果蔬營(yíng)養(yǎng)價(jià)值要求的不斷提高，未經(jīng)加工或輕度加工的果蔬市場(chǎng)越來(lái)越大，這就對(duì)其安全性提出了較大的挑戰(zhàn)，因此超聲波提高果蔬安全性研究具有深遠(yuǎn)的意義。然而，超聲波清洗應(yīng)用中也存在一些問(wèn)題，主要體現(xiàn)在單獨(dú)使用時(shí)殺菌、去農(nóng)殘效果不夠理想;隨著處理強(qiáng)度的增加，對(duì)果蔬的質(zhì)地和風(fēng)味物有一定的破壞作用。因此，在今后的應(yīng)用研究中，很有必要進(jìn)一步探究超聲與其他技術(shù)，如臭氧、超高壓、脈沖電場(chǎng)、輻射等多種手段相結(jié)合的作用效果，優(yōu)化工藝條件，進(jìn)一步提高病原微生物及農(nóng)藥殘留的去除率，切實(shí)保障果蔬食用安全性。相信隨著研究的逐步深入，超聲波在提高果蔬安全性方面可大有作為。

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Progress of ultrasound－assisted security of postharvest fruits and vegetables

GE Zhi，XU Yu－ting，LIU Dong－h(huán)ong*
(College of Biosystems Engineering and Food Science，Zhejiang University，Zhejiang 310058，China)

The consumption of fresh fruits and vegetables is increasing.In order to ensure the safety of postharvest fruits and vegetables，researchers paid more attention to the ultrasound.The mechanism of ultrasounic technology applying in fruits and vegetables was introduced.Then the effects of ultrasound on the pathogenic bacteria，viruses，pesticide residues and cleanliness were summarized.Finally，the prospect of ultrasonic technology in fruits and vegetables was forecast.

ultrasound;fresh fruits and vegetables;safety;mechanism;prospect

TS255.1

A

1002－0306(2012)21－0389－04

2012－05－07 *通訊聯(lián)系人

葛枝(1989－)，女，在讀碩士，研究方向:食品加工。

國(guó)家科技支撐(2012BAD31B06);省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2010R50032)。