超聲輔助生鮮果蔬采后安全保障的研究進展

葛 枝，徐玉亭，劉東紅

(浙江大學生物系統(tǒng)工程與食品科學學院，浙江杭州 310058)

超聲輔助生鮮果蔬采后安全保障的研究進展

葛 枝，徐玉亭，劉東紅*

(浙江大學生物系統(tǒng)工程與食品科學學院，浙江杭州 310058)

人們對天然、營養(yǎng)等觀念的推崇，導致生鮮果蔬的消費量日漸增加。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行了綜述，最后對超聲技術(shù)在果蔬采后處理上的應用前景進行了展望。

超聲波，生鮮果蔬，安全，原理，展望

隨著人們對新鮮即食果蔬需求的增大，生鮮果蔬的安全性問題尤為突出。2011年，德國遭遇的由腸出血性大腸桿菌引起的“毒黃瓜”事件，美國經(jīng)歷的由帶有李斯特菌的甜瓜引發(fā)的嚴重的食物中毒事件，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果蔬進行簡單的清洗，之后再將其置于一定條件下儲存。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的泥土及雜質(zhì)，但對微生物的去除效果十分有限［1］。為了加強殺菌效果，清洗液中常加入氯氣和二氧化氯等含氯殺菌劑，但其殘留物對人體有潛在致癌和致突變的危害［2］。因此近年來過氧化氫、過氧乙酸等有機酸、電解水等等新型殺菌劑受到了研究人員的關(guān)注，并開始在果蔬清洗中得到利用［3］。然而，有關(guān)研究顯示，一般情況下單獨使用這些消毒劑，僅能去除果蔬表面細菌總數(shù)的不到1～2logCFU/g［4］。為了能進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)成為亟待解決的問題。超聲波作為一種物理清洗方式，對微生物有一定的殺滅作用，其單獨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用前景。

1 超聲波應用于果蔬采后處理的作用機理

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的晶體振動產(chǎn)生，在液體介質(zhì)中傳播時，會產(chǎn)生空化效應、機械效應和熱效應。超聲清洗技術(shù)最初主要用于電子元件、機械設(shè)備的清洗，而近10年相關(guān)研究證明，超聲波對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，主要體現(xiàn)在兩個方面:一是殺菌效應，超聲波空化作用會產(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［6］，空化氣泡閉合時，由于液體間相互碰撞產(chǎn)生強大的沖擊波，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，且能對微生物起到一定的保護作用。因此，超聲波的沖擊剝離效應，對于果蔬清洗具有較大的意義，可減弱生物膜的保護作用，增強化學殺菌劑的作用效果。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)則導致的細縫和死角處難以清洗的問題。

2 超聲波輔助提高果疏采后安全性的研究進展

2.1 對病原菌的作用

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用也有較多的研究［8］。近年來，超聲波對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，又應用響應曲面法，以腐爛率、微生物總數(shù)和品質(zhì)參數(shù)為指標，對超聲波密度和處理時間進行了優(yōu)化，指出40kHz的超聲波，在功率250W、處理時間9.8min時，能有效較好去除草莓上微生物、抑制腐敗的發(fā)生［10］。同時，Nazari等［11］用超聲波處理了棗果實，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，超聲單獨應用于采后果蔬處理，有一定殺菌效果，為超聲波在生鮮果蔬表面除菌上的應用打下了基礎(chǔ)。

2.1.2 超聲與殺菌劑結(jié)合 超聲波單獨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，以期達到增強殺菌效力、縮短處理時間的目的。Huang等［12］對比了170kHz的超聲波、不同濃度的二氧化氯溶液分別單獨或結(jié)合處理，對接種于蘋果和生菜上的沙門氏菌和大腸桿菌的殺滅作用。實驗結(jié)果表明:超聲波對二氧化氯的滅菌作用有增效效應，二者結(jié)合不僅對蘋果和生菜上大腸桿菌和沙門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很好的思路。近三年，超聲波與殺菌劑結(jié)合對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］研究了超聲波對幾種殺菌劑對接種于菠菜葉表面大腸桿菌滅活能力的強化效果。研究指出，殺菌劑結(jié)合超聲波處理與單獨用清水或殺菌劑處理相比，對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)，隨著處理時間的延長和超聲密度的增加，超聲波與殺菌劑的協(xié)同效應也得到提高。Rivera［14］將幾種化學洗滌劑，單獨或者結(jié)合超聲對夏塊菌和黑苞塊菌表面除菌的效果進行對比后發(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、過氧化氫、二氧化氯化氯和過氧乙酸4種商業(yè)殺菌劑結(jié)合，處理櫻桃番茄10min，檢測番茄表面自然污染菌數(shù)目和前期接種的沙門氏菌數(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的過氧乙酸，殺菌效果最好，可使人工接種的沙門氏菌減少3.9logCFU/g。

以上研究，都證實了超聲波與殺菌劑結(jié)合應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。雖然超聲單獨作用效果有限，但可增強化學殺菌劑的作用效力，降低殺菌劑的使用劑量，緩解濫用殺菌劑的問題，這為超聲波在提高生鮮果蔬食用安全性上的應用提供了理論依據(jù)。

2.1.3 超聲與其他手段對比 認識到超聲波在清洗果蔬表面除菌中的應用潛力后，Elisabete等［16］對比了超聲波處理與其他方式的作用效果。首先對比了熱燙處理(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，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。該實驗證明熱燙處理的殺菌效果很好，同時與超聲結(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適當提高清洗液溫度，以保證殺菌效果，保障生鮮食用安全性，同時盡可能保持果蔬原有風味和品質(zhì)。之后，Elisabete［17］又對比了幾種非熱加工方式與殺菌劑前處理對草莓微生物表面數(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，且對草莓質(zhì)量參數(shù)和營養(yǎng)成分影響較小;而化學殺菌劑殺菌效果好，但對草莓質(zhì)量和營養(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殺菌劑，用于果蔬清洗保鮮。

這兩個對比研究中，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)?？傮w來說，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)和營養(yǎng)，將安全和營養(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 對病毒的作用

近年來，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，證實紫外照射能較好地殺滅果蔬表面的病毒。同時，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HAV有一定的殺滅效果，但需要較長的處理時間，且存在含氯化合物殘留的問題。針對常規(guī)果蔬清洗法去病毒中存在的問題，最近也有科研人員開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、過氧乙酸對生菜上萼狀病毒(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)合超聲對自來水清洗去病毒效果基本無影響;同時是否用超聲前處理對殺菌劑殺滅病毒效果也無影響。Schultz等［22］研究了超聲波結(jié)合蒸汽處理，對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，且對黑莓感官品質(zhì)影響較大。在Fraisse的實驗中，超聲波單獨處理對病毒無明顯殺滅作用，且超聲前處理對氯氣和過氧乙酸滅病毒作用無增效效果，但他們沒有研究超聲與殺菌劑同時作用時，超聲對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，目前已有的兩個相關(guān)研究都沒能為超聲在果蔬滅病毒中的應用提供有力的證據(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，有待進一步研究。

2.3 對農(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。近十年，大量關(guān)于超聲對水溶液中農(nóng)藥作用的研究已證明，超聲波對各種含氯、含磷農(nóng)藥有一定的降解作用。同時，研究還表明，超聲波振蕩具有振蕩頻率高、強度大的特點，加速了農(nóng)藥分子的運動，能增加農(nóng)藥分子溶出的機率［23］。目前直接將超聲波用于果蔬采后處理中，研究其對農(nóng)藥去除能力的研究還處于起步階段。

岳田利等［24］采用響應曲面法對超聲波去除蘋果中有機氯農(nóng)藥殘留的工藝條件(功率、時間、溫度)及其交互作用進行了優(yōu)化，并就超聲波處理對蘋果主要質(zhì)量參數(shù)的影響進行了分析。結(jié)果表明:超聲波去除蘋果中有機氯農(nóng)藥殘留的適宜工藝參數(shù)為:超聲波功率609.16W，時間70.46min，溫度15.45℃，在此工藝下農(nóng)藥殘留去除率可達到64.32%。張瑞［25］研究了超聲波對噴灑于生菜上的有機磷的去除效果，同時在此基礎(chǔ)上對超聲條件進行了優(yōu)化。實驗發(fā)現(xiàn):超聲波功率1000W，氣泡強度25m2/h，清洗時間15min是清洗生菜的最好條件，此時樂果、毒死蜱、三唑磷的去除率分別為:87.11%、70%、84.14%。同時，超聲結(jié)合臭氧對農(nóng)殘降解潛力也受到了關(guān)注。Gong［26］研究了超聲波、臭氧單獨或者結(jié)合使用，對蘋果上馬拉息昂、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)合臭氧對四種農(nóng)藥的降解效果均比二者單獨使用效果好。

超聲降解具有操作簡便、高效、清潔等優(yōu)點，在降低果蔬表面農(nóng)藥殘留方面顯示出巨大的優(yōu)勢。相信隨著研究的不斷深入，超聲波單獨或結(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用前景。

3 超聲波輔助提高果蔬采后清潔度的研究進展

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創(chuàng)造了一定的條件，同時還會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、功率及處理時間對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;白菜較佳的處理條件為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)，有著人工清洗無法比擬的優(yōu)點，用在污垢難以去除且價格昂貴的果蔬的清洗時，其優(yōu)越性更加突出。同時，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)約勞動力。

4 展望

超聲波在果蔬清洗過程中，能從殺滅致病菌和病毒、去除農(nóng)藥殘留和塵土等雜質(zhì)四個方面，提高新鮮即食果蔬的食用安全性。隨著人們對果蔬營養(yǎng)價值要求的不斷提高，未經(jīng)加工或輕度加工的果蔬市場越來越大，這就對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的意義。然而，超聲波清洗應用中也存在一些問題，主要體現(xiàn)在單獨使用時殺菌、去農(nóng)殘效果不夠理想;隨著處理強度的增加，對果蔬的質(zhì)地和風味物有一定的破壞作用。因此，在今后的應用研究中，很有必要進一步探究超聲與其他技術(shù)，如臭氧、超高壓、脈沖電場、輻射等多種手段相結(jié)合的作用效果，優(yōu)化工藝條件，進一步提高病原微生物及農(nóng)藥殘留的去除率，切實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。

［1］Annous BA，Saper GM，et al.Efficacy of washing with a commercialflatbed brush washer，using conventionaland experimental washing agents，in reducing populations of Escherichia coli on artificially inoculatedapples［J］.Journal of Food Protection，2001，64:159－163.

［2］Fawell J.Risk assesment case study－chloroform and related substances［J］.Food and Chemical Toxicology，2011，38，S91－S95.

［3］王成，陳于隴，劉忠等.新型鮮切果蔬殺菌技術(shù)研究進展［J］.農(nóng)產(chǎn)品加工·學刊，2011(10):7－13.

［4］Bin ZH.Investigation on factors influencing ultrasoundassisted surface decontamination of fresh and fresh－cut vegetables［D］.College ofthe University ofIllinoisatUrbana－Champaign，2010.

［5］Piyasena P.Inactivation of microbes using ultrasound:a review［J］.International Journal of Food Microbiology，2003，87: 207－216.

［6］孫洪日，林國輝.超聲波清洗原理與工藝分析［J］.電子工藝技術(shù)，2011，22(2):77－79.

［7］Carpentier B，Cerf O.Biofilms and their consequences，with particular reference to hygiene in food industry［J］.Journal of Application Microbiology，1993，75:499－511.

［8］周紅生，許小芳，王歡，等.超聲波滅菌技術(shù)的研究進展［J］.聲學技術(shù)，2010，29(5):498－501.

［9］Cao SF.Effect of ultrasound treatment on fruit decay and quality maintenance in strawberry after harvest［J］.Food Control，2010，21:529－532.

［10］Cao SF，Hu ZC，Pang B.Optimization of postharvest ultrasonic treatment of strawberry fruit［J］.Postharvest Biology and Technology，2010，55(3):150－153.

［11］Nazari SH，Weiss J.Evidence of antimicrobial activity of date fruits in combination with high intensity ultrasound［J］.African Journal of Microbiology Research，2010，4(7):561－567.

［12］Huang TS，Xu CL，Walker K，et al.Decontamination efficacy of combined chlorine dioxide with ultrasonication on apples and lettuce［J］.Journal of Food Science，2006，71(4):134－139.

［13］Zhou B，F(xiàn)eng H，Luo YG.Ultrasound enhanced sanitizer efficacy in reduction of escherichia coli O157∶H7 population on spinach leaves［J］.Journal of Food Science，2009，74(6): 308－313.

［14］Rivera CS，Venturini ME，Oria R，et，al.Selection of a decontamination treatment for fresh Tuber aestivum and Tuber melanosporum truffles packaged in modified atmospheres［J］.Food Control，2011，22(3－4):626－632.

［15］Brilhante S?o José JF，Dantas Vanetti MC.Effect of ultrasound and commercialsanitizers in removing natural contaminants andSalmonella entericaTyphimurium on cherry tomatoes［J］.Food Control，2012，24(1－2):95－99.

［16］Elisabete M C Alexandre，Dora M Santos－Pedro，Teresa R S Brand?o，et al.Study on thermosonication and ultraviolet radiation processes as an alternative to blanching for some fruits and vegetables［J］.Food Bioprocess Technology，2011(4):1012－1019.

［17］Elisabete M C Alexandre，Teresa R S Brand.Efficacy of non－thermal technologies and Sanitizer solutions on microbial load reduction and quality retention of strawberries［J］.Journal of Food Engineering，2012，108:417－426.

［18］Fino VR，Kniel KE.UV light inactivation of hepatitis A virus，Aichi virus，and feline calicivirus on strawberries，green onions，and lettuce［J］.Food Protection，2008，71(5):908－913.

［19］Bae JY，Lee JS.Effect of wash treatments on reducing human norovirus on iceberg lettuce and perilla leaf［J］.Food Protection，2011，74(11):1908－1911.

［20］Michael J Casteel，Charles E Schmidt，Mark D Sobsey.Chlorine disinfection of produce to inactivate hepatitis A virus and coliphage MS2［J］.International Journal of Food Microbiology，2008，(125):267－273.

［21］Audrey Fraisse，Sarah Temmam，et al.Comparison of chlorine and peroxyacetic－based disinfectantto inactivate Feline calicivirus，Murine norovirus and Hepatitis A virus on lettuce［J］.International Journal of Food Microbiology，2011，151: 98－104.

［22］Schultz AC，Uhrbrand K.Inactivation of norovirus surrogates on surfaces and raspberries by steam－ultrasound treatment［J］.Food Protection，2012，75(2):376－381.

［23］梁華.超聲波在食品工業(yè)上的應用［J］.食品工業(yè)科技，2008，29(7):293－296.

［24］岳田利，周鄭坤，袁亞宏.蘋果中有機氯農(nóng)藥殘留的超聲波去除條件優(yōu)化［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2009，25(12):324－330.

［25］張瑞.超聲波氣泡清洗去除有機磷農(nóng)藥殘留效果研究［D］.南京:南京農(nóng)業(yè)大學，2010.

［26］Gong JJ.Ozone/ultrasound degradation effect on residual pesticides in commercially available apples:International Conference on Bioinformatics and Biomedical Engineering［C］.2011，5:1－4.

［27］張學杰，郭科，李琨.超聲波清洗對胡蘿卜和普通白菜潔凈度的影響［J］.中國蔬菜，2011(2):89－91.

［28］Zhao YY，Hou B，Tang ZJ，et al.Application of ultrasonics to enhance the efficiency of cleaning Thelephora ganbajun［J］.Ultrasonics Sonochemistry，2009，16(2):209－211.

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。

國家科技支撐(2012BAD31B06);省重點科技創(chuàng)新團隊項目(2010R50032)。