脈沖強光技術在果蔬儲藏及微生物安全中的應用

馮 悅，尚久舒

（河北省唐山市食品藥品綜合檢驗檢測中心，河北 唐山 063000）

脈沖強光滅菌是一項通過使用脈沖強白光閃爍達到滅菌目的的技術。利用可見光、紅外線輻射及紫外輻射增效作用在微生物，借助閃光過程中瞬時的高強度脈沖光能，微生物細胞壁蛋白和核酸的活性結構的作用可引發細胞變性，喪失其生物學活性，并達到有效控制其滋生繁殖的效果，這是殺滅細菌的必要手段。

1 脈沖強光技術特點

1.1 快速高效

惰性氣體燈可以在不提前加熱的情況下就發出比紫外燈超過200倍強度的脈沖強光，并且效率是可以達到微秒級的，經這種強度的脈沖強光照射能夠達到顯著滅菌的效果。紫外燈發射出104J·m-2能量的紫外線的時間長達3個小時，對比由惰性氣體燈發射的光線僅需要40秒就能達到效果。Cheigh等通過對比脈沖光強光和連續短波紫外線C對單核增生李氏菌及大腸埃希菌O157：H7的脫氧核糖核酸分解及構成生物體基本單位的影響。研究結果顯示，比起連續短波紫外線，脈沖強光對DNA損傷效果更顯著，連續短波紫外線C照射后的李斯特菌和大腸埃希菌O157：H7的細胞組織結構與對照組相似度極高，而脈沖強光會對致病菌的細胞壁、細胞質膜構成破壞，分解細胞組織。

1.2 安全無殘留

鑒于脈沖強光屬于波譜中的非電離范疇，因此，沒有放射性物質殘留在經過消毒的食物中。使用無汞且無毒性惰性氣體燈對食品不會造成任何傷害，因此惰性氣體燈的環保性及安全性更高。在以往的連續紫外光照射以及熱滅菌等殺菌方式中，可能會造成諸如食品內的脂類氧化作用及引發蛋白質變性之類的無法挽回的結果，從而導致食品內部組織成分發生改變。不同于以往的，食物中部分化學成分及營養物質不會由于脈沖強光的照射而造成威脅。

2 脈沖強光技術在果蔬貯藏及微生物安全中的應用

2.1 脈沖強光技術在抑制微生物中的應用

2.1.1 大腸埃希菌 大腸埃希菌原本是腸道中的常見的細菌，但其中還包括一些能夠導致人體嘔吐甚至全身性感染的致病性大腸埃希菌O157：H7，因此必須要注意到遏制消滅這種大腸埃希菌的必要性及緊迫性。因此，是否能有效消滅大腸埃希菌就成為了工業化生產上滅菌方式的重要指標，江天寶等通過對鮮切雪蓮薯片進行脈沖強光處理發現，15秒后脈沖強光對相隔15厘米的鮮切雪蓮薯片中的大腸埃希菌達到了完全消滅的效果。除此之外，方強等研究了新鮮西紅柿在脈沖光處理后的作用觀察到，脈沖強光照射后的新鮮西紅柿儲藏在冰箱30天后不影響其食用品質；但腐敗變質的西紅柿是未經過脈沖光照射的。馬鳳鳴等通過照射寬度20微秒、能量644J的自制脈沖強光滅菌設備對大腸埃希菌進行研究，結出脈沖強光滅菌決定性原因。實驗結果證明，經2500伏的脈沖強光電壓照射4次后使病原體數量得到明顯變化，能夠完全殺滅大腸桿菌。經過對各因素的對比總結出脈沖次數對滅菌效果最為明顯，其次就是電壓、菌液透光率、菌液厚度。值得一提的是，菌液的物理性質也能夠影響其殺菌效果且效果很大。

2.1.2 桃軟腐病菌 致病菌存在于生物界中屬普遍現象，而桃軟腐病菌對近成熟階段到貯運階段的果蔬造成了極大威脅。該病早期階段患病果實表皮會生成一種呈圓狀或接近圓狀的黃棕色腐爛病斑，由于病菌的生長，腐爛部位表層生成白色的霉菌層，該霉菌層逐漸變為深棕色，最終在霉菌層表皮上形成很小的黑斑，病斑覆蓋范圍快速加大，直到整個果實變軟變為黃棕色。該病晚期階段，病灶表皮覆蓋著深棕色菌絲層。該病發生主要是由于果蔬切割受到損害所導致的，過熱環境運輸果蔬大大加重了該病的發病率。陳秋平等通過將桃軟腐病菌孢子接種于PDA平板上對其進行脈沖強光照射，采用不同強度的脈沖強光照射后的桃軟腐病菌孢子。結果表明，脈沖強光能夠有效滅活桃軟腐病菌且滅菌效果與輻照劑量呈正相關。

2.1.3 金黃色葡萄球菌金黃色葡萄球菌又叫作“金葡菌”，從分類學上講屬于革蘭氏陽性細菌的一種，普遍存在于食物中的食源性致病菌。25%左右的食源性食物中毒事故是由金葡菌誘發的，金葡菌是除沙門氏菌屬、副溶血性弧菌以外的排名第三的微生物病原菌。張佰清等通過單因素和正交實驗，研究脈沖強光對金黃色葡萄球菌的殺菌效果，得出脈沖強光殺滅金黃色葡萄球菌的最佳參數組合。實驗結果表明，脈沖強光能有效殺滅金黃色葡萄球菌，且照射頻率對其影響最大，而高電壓脈沖、透光率、菌液量等多種因素也會影響其結果。當電壓達到3000伏后，6毫升的菌液在16次照射后幾乎完全消滅，其致死率高達99%。

2.1.4 其他細菌 藍莓在完全成熟后保質期很短，容易受到各種病原體的污染。曹新剛等通過干法脈沖強光處理和水輔助脈沖強光處理研究了脈沖強光對藍莓上沙門氏菌滅活的影響。結果證明水輔助脈沖強光處理可以更有效的凈化藍莓上的沙門氏菌。徐文清等調查了脈沖強光對新鮮樹莓10天內的沙門氏菌和大腸埃希菌O157：H7的滅活效果，同時研究了樹莓表面細菌的附著以及脈沖強光處理效果。經研究表明，在冷藏10天期間保持較低的病原體存活率，但這些樹莓顏色和質地在儲藏10天后發生了負面的變化，同時在掃描電子顯微鏡下，脈沖強光顯示出對光滑表面的細胞膜的嚴重破壞。

2.2 脈沖強光技術在果蔬儲藏中的應用

在植物、真菌、昆蟲的葉綠體及土壤中殘留物內均可以檢測出多酚氧化酶活性。作為一種金屬蛋白酶，因為其分布范圍廣、易于檢測的特點，所以它是首批研究的酶類之一。周婷婷等使用不同強度的脈沖強光對新鮮雙孢蘑菇進行輻照處理，觀察其在25℃貯藏環境下其生理指標及質量的變化。經研究得出結論，貯藏期越長，脈沖強光處理雙孢蘑菇開傘、質量損失、褐變及脂膜氧化等問題效果越明顯，并對果蔬硬度在一定程度上起到維持作用。綜上所述，脈沖強光照射對雙抱蘑菇中過氧化物酶和多酚氧化酶活性有十分顯著的抑制效應，并使其總酚和維生素C含量下降速度減低，從而減緩雙抱蘑菇的褐變衰老。

Dunn等用3J·cm-2的脈沖光處理鮮切馬鈴薯2～5次后，避免出現馬鈴薯片表面褐變的情況，未經任何處理的馬鈴薯褐變程度最為嚴重。Florence Charles等通過使用8J·cm-2的脈沖強光照射鮮切芒果，對多酚氧化酶及苯丙氨酸解氨酶進行分析，經研究表明，脈沖強光處理對鮮切芒果的褐變起到了控制作用，并提高了鮮切芒果的品質。