臭氧在雞蛋保鮮中的應(yīng)用研究進(jìn)展

韓愛云，侯惠靜，左曉磊，解立斌，張媛媛，吳子健

（1.石家莊學(xué)院化工學(xué)院，河北石家莊050035；2.天津天獅學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，天津301700；3.石家莊市農(nóng)業(yè)畜牧局，河北石家莊050041；4.天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院天津食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300134）

在大多數(shù)發(fā)布食源性疾病數(shù)據(jù)的國家中，沙門氏菌被認(rèn)為是最受關(guān)注的目標(biāo)病原體之一[1]，由沙門氏菌引起的沙門氏菌病[2]是人類第二常見人畜共患病[3]，對(duì)人類健康和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響[4]。據(jù)估計(jì)，美國每年因非傷寒沙門氏菌引起大約120萬人患病和450人死亡[5]。其中雞蛋及其蛋制品是沙門氏菌爆發(fā)的主要來源[6-7]。我國的禽蛋產(chǎn)量自1985年以來一直穩(wěn)居世界第一，2017年全國雞蛋產(chǎn)量達(dá)到2 110.35萬噸，占世界總產(chǎn)量的40%以上，但出口量只有8.24萬噸[8]，僅占世界總出口量的不到5%。多年來我國國內(nèi)鮮蛋消費(fèi)主要以“臟蛋”的消費(fèi)為主，這存在很大的安全隱患。為了保證雞蛋的質(zhì)量安全，家禽業(yè)應(yīng)該有經(jīng)濟(jì)有效的抗菌、消毒系統(tǒng)為消費(fèi)者提供便捷的安全雞蛋。在美國、加拿大、澳大利亞和日本等國家都是使用一定方法將雞蛋去污和洗滌的[9-11]，盡管這樣，美國每年仍然有20萬病例可能是由于帶有沙門氏菌的雞蛋引起的[12]。歐盟國家不允許清洗殼蛋[13-16]，因?yàn)檫@些過程會(huì)影響蛋外層（角質(zhì)層）并增加危險(xiǎn)微生物如沙門氏菌滲入蛋殼的風(fēng)險(xiǎn)[17]。研究表明，一般的商業(yè)清洗劑或消毒劑在最優(yōu)條件下最多可將蛋殼表面的微生物菌群采用噴灑方式，減少2個(gè)～3個(gè)數(shù)量級(jí)[14]，即便如此，洗蛋仍不能避免沙門氏菌病傳播的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)橄吹半m然改善了殼蛋的外觀，并減少了殼上的微生物負(fù)荷，但不正確的洗滌方法可能會(huì)導(dǎo)致腸炎沙門氏菌滲入蛋內(nèi)，微生物會(huì)在雞蛋內(nèi)繼續(xù)繁殖[18-19]。美國每人每年消費(fèi)260個(gè)雞蛋，其中66%為新鮮雞蛋，34%作為雞蛋產(chǎn)品消耗[20]。如此大的消費(fèi)量，雞蛋安全就顯得非常重要。美國FDA將雞蛋列為有潛在危險(xiǎn)的食物，估計(jì)每年大約有320萬腸炎沙門氏菌污染的雞蛋（0.004%），這些會(huì)導(dǎo)致80萬多沙門氏菌病例[21]。因此，延長雞蛋保質(zhì)期，探索有效的雞蛋清潔、保鮮方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

臭氧是已知最強(qiáng)的氧化劑之一，以相對(duì)較低的濃度和短時(shí)間的處理就可滅活細(xì)菌、霉菌、酵母菌、寄生蟲和病毒[22-24]，具有速度快、效率高、無殘留[25-27]等特點(diǎn)，作為一種生物有效廣譜抗菌劑，目前已廣泛應(yīng)用于肉類、家禽[28-29]、奶制品[30-31]、果蔬[23，32-34]、海產(chǎn)品[35-36]、谷物[37-38]、瓶裝水、果汁[34]及香料[39-40]等食品中。本文將對(duì)臭氧在雞蛋保鮮中的應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 臭氧保鮮的原理

臭氧具有廣泛的抗菌活性，其殺菌是一個(gè)復(fù)雜的過程，它的不穩(wěn)定性導(dǎo)致其可分解成羥基、氫過氧化物和超氧自由基[41]，這些物質(zhì)會(huì)攻擊細(xì)胞膜成分（包括蛋白質(zhì)，呼吸酶，不飽和脂肪酸等），細(xì)胞包膜（肽聚糖），細(xì)胞質(zhì)（酶，核酸），孢子外殼和病毒衣殼（蛋白質(zhì)和肽聚糖）[41-42]。從目前的研究報(bào)道看，臭氧滅活微生物主要有兩種機(jī)制：一種是巰基被氧化，巰基的氨基酸酶，肽和蛋白質(zhì)在臭氧處理過程中會(huì)產(chǎn)生較小的肽。第二種機(jī)制是將多不飽和脂肪酸氧化成酸過氧化物。但總體來看都是因?yàn)橛捎诔粞跏刮⑸锏募?xì)胞包膜的受損或解體而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物泄漏細(xì)胞溶解而死亡[42]。很多研究證明臭氧對(duì)各種微生物，包括革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌，以及孢子形式和營養(yǎng)細(xì)胞都有很好的抗菌作用[40-41]。臭氧還對(duì)細(xì)胞內(nèi)的核酸中的嘌呤及嘧啶產(chǎn)生破壞作用。Prat等[43]和Scott[44]的研究表明，臭氧可破壞大腸桿菌中DNA的嘧啶堿基，其中胸腺嘧啶比胞嘧啶和尿嘧啶對(duì)臭氧的敏感性更高。臭氧對(duì)病毒的作用首先是作用于病毒的衣體殼蛋白的4條多肽鏈，并損傷其RNA，并且將其形成它本身的蛋白質(zhì)。Kim等[45]檢測(cè)了氚化的f2噬菌體及其暴露于臭氧后的RNA。發(fā)現(xiàn)臭氧將噬菌體氧化后，在電鏡下可觀察到噬菌體已被斷裂成很多碎片，并且釋放出來很多核糖核酸，此物質(zhì)可干擾在寄存體上吸附。但是，Roy等[46]研究表明，導(dǎo)致脊髓灰質(zhì)炎病毒滅活的主要原因是由于病毒的核酸受損。臭氧不僅破壞了病毒RNA而且還改變了病毒蛋白質(zhì)外殼的多肽鏈。臭氧可將許多不可生物降解的有機(jī)材料轉(zhuǎn)化為可生物降解的形式，分子也自行分解成氧氣，對(duì)環(huán)境污染最小化[47]。

2 臭氧保鮮的發(fā)展史

臭氧作為消毒劑使用可以追溯到19世紀(jì)初[48]。1840年首次被發(fā)現(xiàn)，1893年它被應(yīng)用于污水處理[49]；1906年，法國首次將臭氧用于安全飲用水中；1910年，德國將臭氧用于肉類包裝，對(duì)冷凍肉表面殺菌；1936年，法國用于貝類凈化，1939年，用于抑制水果中酵母菌和霉菌的生長；1942年，美國開始使用臭氧技術(shù)儲(chǔ)藏雞蛋和奶制品；1957年，德國用于氧化飲用水中的鐵和錳，1977年，俄羅斯首次用臭氧殺滅殼蛋中沙門氏菌[50]，隨后各國陸續(xù)將臭氧應(yīng)用于醫(yī)藥衛(wèi)生、食品、飼養(yǎng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、貯存保鮮、化工生產(chǎn)、自來水消毒等領(lǐng)域[51]。1982年，美國食品藥品管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）認(rèn)為臭氧是安全的（generally recognized as safe，GRAS），但具有特殊的限制，只可用作消毒劑和瓶裝水中[52]。但是1997年，臭氧在食品中的應(yīng)用被停止，原因是美國FDA沒有將臭氧批準(zhǔn)為可直接接觸的食品消毒劑，在商業(yè)上不允許使用，甚至認(rèn)為臭氧的使用是非法的[53]。2001年，F(xiàn)DA批準(zhǔn)臭氧可以用在包括肉類和家禽在內(nèi)的各種食品中[54]。這就意味著按照公認(rèn)的行業(yè)慣例，臭氧可以作為安全抗菌劑廣泛用于食品生產(chǎn)、加工及儲(chǔ)存過程中，而且不受濃度限制[50]。自此以后，隨著臭氧發(fā)生裝置的不斷發(fā)展，臭氧的應(yīng)用越來越廣泛。我國食品行業(yè)應(yīng)用臭氧較晚，但是發(fā)展較快，目前已在食品集裝箱、食品冷藏車內(nèi)，以及高儲(chǔ)存過程中的貨架期方面廣泛應(yīng)用[25]。

3 國內(nèi)外臭氧滅菌、保鮮技術(shù)研究

2001年美國FDA將臭氧列入可直接和食品接觸的添加劑[54]，許多國家近年來也一致認(rèn)為臭氧是安全的（GRAS），臭氧處理被認(rèn)為是一種很好的滅菌、保鮮方法，具有非常廣闊的前景，近年來臭氧在禽蛋保鮮方面引起科學(xué)家們的廣泛關(guān)注，國內(nèi)外涌現(xiàn)出大量相關(guān)報(bào)道。

孫寶忠等[55]報(bào)道，在常溫常壓下，將1 d～7 d的新鮮雞蛋浸泡在濃度為6 mg/L臭氧水溶液中10 min，自然風(fēng)干后貯存在（20±2）℃、相對(duì)濕度（relative humidity，RH）為70%環(huán)境中，雞蛋保鮮期長達(dá)30 d。趙慶等[56]研究結(jié)果表明，用含10 mg/L臭氧的溶液處理10 min，可殺滅水中80%的金黃色葡萄球菌、90%的大腸桿菌、70%的白色念珠菌和85%的結(jié)核分枝桿菌。葛英亮[57]針對(duì)臭氧殺菌真空包裝的方法對(duì)雞蛋的保鮮效果的研究表明，雞蛋在用臭氧殺菌3 min之前，采用0.5%過氧乙酸溶液中進(jìn)行預(yù)殺菌，最后再用尼龍/聚乙烯（Nylon/Polyethylene，NY/PE）復(fù)合袋真空包裝，好蛋率高于95%，保鮮期可達(dá)7個(gè)月。

Rudavskaya等[58]評(píng)估臭氧處理對(duì)雞蛋質(zhì)量和保存特性的影響。用臭氧氣體（10 mg/L～12 mg/L空氣）處理雞蛋6 h，然后在218℃，86%RH和298℃和75%RH下儲(chǔ)存6個(gè)月。分析雞蛋的感官品質(zhì)，蛋黃中酸、過氧化物和硫代巴比妥酸值的變化，白蛋白和蛋黃指數(shù)，以及品質(zhì)分級(jí)的變化。所有質(zhì)量參數(shù)在臭氧處理的樣品中都比對(duì)照組好，而較低的儲(chǔ)存溫度對(duì)雞蛋質(zhì)量更有益。

多項(xiàng)研究表明，氣態(tài)臭氧用于控制微生物的數(shù)量，在保證雞蛋的質(zhì)量安全方面起到了很明顯的作用[50]。Rodriguez-Romo等研究表明用12%～14%濃度的氣態(tài)臭氧（101.3 kPa）處理雞蛋表面僅10 min，就可以將腸炎沙門氏菌降低5個(gè)數(shù)量級(jí)以上[59-60]。Goo-Hee等[61]研究氣態(tài)臭氧（38.8 ppm）處理10 min～30 min對(duì)雞蛋的一些物理及化學(xué)性質(zhì)的影響，包括哈氏單位（HU），蛋黃顏色，pH值等，蛋白和蛋黃的起泡能力，泡沫穩(wěn)定性和脂質(zhì)氧化情況。結(jié)果顯示，經(jīng)過臭氧處理的雞蛋與在4℃下儲(chǔ)存14 d的對(duì)照組無顯著差異。針對(duì)雞蛋保鮮方面的研究表明，用濃度為2、4、6 ppm的氣態(tài)臭氧處理2 min和5 min，可以使雞蛋在24℃的保質(zhì)期延長至6周，但是高濃度的臭氧會(huì)對(duì)雞蛋品質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響[62]。Perryd等的研究指出臭氧巴氏消毒可使殼蛋中的腸炎沙門氏菌菌落降低5個(gè)數(shù)量級(jí)[63]。Maxkwee等將臭氧巴氏殺菌與熱巴氏殺菌兩種方法做了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)臭氧巴氏殺菌不會(huì)對(duì)雞蛋的蛋黃高度，顏色及外觀造成不良影響，與未處理的新鮮雞蛋沒有顯著差異，而且在香氣，味道，質(zhì)地和口感方面比熱巴氏殺菌更有優(yōu)勢(shì)[64]。

4 雞蛋臭氧保鮮技術(shù)存在的問題及發(fā)展前景

臭氧保鮮的優(yōu)點(diǎn)顯而易見，但是缺點(diǎn)也不容忽視。

一是臭氧濃度較難確定。臭氧分解的機(jī)制很復(fù)雜依賴于多種因素的影響，分解過程中，在溶液和各種有機(jī)物等介質(zhì)中產(chǎn)生自由基，臭氧能促進(jìn)或抑制自由基的連鎖反應(yīng)。因此，這可能很難推廣一個(gè)特定濃度的臭氧有效地抑制特定的食品中微生物的濃度[63]。

二是臭氧濃度過高可能對(duì)品質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響。對(duì)于脂肪含量高的食物需要高濃度的臭氧來處理，但是當(dāng)臭氧濃度較高時(shí)，可能會(huì)加速脂質(zhì)氧化從而使食物表面的成分氧化產(chǎn)生不良?xì)馕禰25，60]。一個(gè)雞蛋大約含脂肪4.5 g，其中56%～60%是不飽和脂肪酸[65]，它們特別容易被臭氧氧化并產(chǎn)生異味。Kamotani等[66]將臭氧處理的雞蛋與普通熱殺菌蛋進(jìn)行比較之后發(fā)現(xiàn)，臭氧處理的雞蛋在視覺和感官可接受性方面與傳統(tǒng)雞蛋沒有顯著差異，臭氧處理的雞蛋在一定程度上比熱巴氏滅菌雞蛋接受度更好。盡管如此，對(duì)于過度使用臭氧可能會(huì)導(dǎo)致食品風(fēng)味發(fā)生變化的情況，仍需要進(jìn)一步的研究來闡明其動(dòng)力學(xué)機(jī)制，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，以應(yīng)用于食品保鮮上。Fuhrmann等[67]通過研究10 mL/L～50 mL/L的氣態(tài)臭氧處理種蛋，發(fā)現(xiàn)臭氧處理對(duì)卵黃沒有顯著影響，但是最高濃度50 mL/L的臭氧對(duì)胎盤的DNA有一定影響，可顯著降低游離-SH基團(tuán)在蛋白中的數(shù)量，而較低濃度的臭氧劑量只對(duì)蛋表面產(chǎn)生影響，對(duì)胚胎發(fā)育可能沒有危害。

三是安全性問題。臭氧在食品工業(yè)的實(shí)際應(yīng)用中，安全性是一個(gè)重要問題。臭氧濃度檢測(cè)是為了安全考慮，主要針對(duì)那些從事食品加工及相關(guān)設(shè)施的工作人員。另外，采用臭氧處理食品，應(yīng)該避免過量使用臭氧。要利用生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（good manufacturing practices，GMP）和危害分析的臨界控制點(diǎn)（hazard analysis and critical control point，HACCP)來控制在食品加工中的過程中的高臭氧濃度。Razumovskii等[68]表示建筑物內(nèi)部最大允許濃度為0.1 mg/m3（0.047 ppm）。在美國，工作環(huán)境中（以8 h/d,每周工作40 h為標(biāo)準(zhǔn)）臭氧的最大濃度為0.1 ppm（體積/體積），且每天暴露在臭氧中的次數(shù)不超過4次，每次不超過15 min，且每次間隔時(shí)間大于1 h[69-72]。因此，涉及臭氧的所有過程都應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，以避免工作期間臭氧污染[73]。

四是臭氧處理和其他保鮮技術(shù)結(jié)合使用，效果可能會(huì)更好。有研究表明，僅臭氧單獨(dú)使用雖然可以有效的抑制雞蛋表面的沙門氏菌[59]，但是，只用氣態(tài)臭氧處理還不足以減少雞蛋內(nèi)的沙門氏菌數(shù)量，加熱的方法與臭氧處理協(xié)同使用將會(huì)達(dá)到更好的效果[73-74]。

目前臭氧的研究仍然處于較初級(jí)的水平，其保鮮機(jī)理、保鮮條件、保鮮模型仍然需要進(jìn)一步研究，相關(guān)的大規(guī)模制取方法、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等有待解決。雖然有一些關(guān)于臭氧保鮮的負(fù)面報(bào)道，但是，臭氧作為一種無殘留消毒劑已被世界公認(rèn)，其在食品保鮮方面的優(yōu)點(diǎn)為食品行業(yè)的研究者們指明未來的研究方向，我們相信，隨著臭氧的研究逐步深入、臭氧發(fā)生裝置的不斷發(fā)展，臭氧在雞蛋保鮮上必將得到更廣闊的應(yīng)用。