超声辅助生鲜果蔬采后安全保障的研究进展

葛 枝，徐玉亭，刘东红

(浙江大学生物系统工程与食品科学学院，浙江杭州 310058)

超声辅助生鲜果蔬采后安全保障的研究进展

葛 枝，徐玉亭，刘东红*

(浙江大学生物系统工程与食品科学学院，浙江杭州 310058)

人们对天然、营养等观念的推崇，导致生鲜果蔬的消费量日渐增加。为确保生鲜果蔬采后的安全性，目前超声波作为一种物理的辅助手段逐渐受到重视。本文从超声辅助果蔬安全保障的机理入手，就超声在关乎果蔬流通安全的病原菌、病毒、农残、清洁度等方面的作用进行了综述，最后对超声技术在果蔬采后处理上的应用前景进行了展望。

超声波，生鲜果蔬，安全，原理，展望

随着人们对新鲜即食果蔬需求的增大，生鲜果蔬的安全性问题尤为突出。2011年，德国遭遇的由肠出血性大肠杆菌引起的“毒黄瓜”事件，美国经历的由带有李斯特菌的甜瓜引发的严重的食物中毒事件，使全世界人民更加关注生鲜果蔬的食用安全性。传统的果蔬采后处理往往是先对果蔬进行简单的清洗，之后再将其置于一定条件下储存。直接用清水或者含有洗涤剂的水溶液清洗果蔬，能有效去除表面可见的泥土及杂质，但对微生物的去除效果十分有限［1］。为了加强杀菌效果，清洗液中常加入氯气和二氧化氯等含氯杀菌剂，但其残留物对人体有潜在致癌和致突变的危害［2］。因此近年来过氧化氢、过氧乙酸等有机酸、电解水等等新型杀菌剂受到了研究人员的关注，并开始在果蔬清洗中得到利用［3］。然而，有关研究显示，一般情况下单独使用这些消毒剂，仅能去除果蔬表面细菌总数的不到1～2logCFU/g［4］。为了能进一步提高果蔬中致病微生物的去除效率，寻找适宜、高效的清洗技术成为亟待解决的问题。超声波作为一种物理清洗方式，对微生物有一定的杀灭作用，其单独使用或者与其他手段结合用于果蔬清洗，在保障果蔬安全方面有极大的应用前景。

1 超声波应用于果蔬采后处理的作用机理

超声波是指频率大于20kHz的声波，一般由具有磁致伸缩或压电效应的晶体振动产生，在液体介质中传播时，会产生空化效应、机械效应和热效应。超声清洗技术最初主要用于电子元件、机械设备的清洗，而近10年相关研究证明，超声波对果蔬表面多种微生物均有一定杀灭作用。因此，超声波在果蔬清洗、保障生鲜果蔬安全性方面显现出一定的潜力。

超声波用于果蔬采后处理依赖于空化效应，主要体现在两个方面:一是杀菌效应，超声波空化作用会产生瞬间高温和高压，从而使液体中某些微生物致死，起到直接将微生物致死的效果［5］;二是冲击剥离效应［6］，空化气泡闭合时，由于液体间相互碰撞产生强大的冲击波，果蔬表面的微生菌体、农药、尘土等杂质，在其作用下会被剥离、脱落。微生物在果蔬表面附着形成的生物膜［7］很难去除，且能对微生物起到一定的保护作用。因此，超声波的冲击剥离效应，对于果蔬清洗具有较大的意义，可减弱生物膜的保护作用，增强化学杀菌剂的作用效果。另外，超声波作为一种物理处理手段，能有效解决果蔬清洗中由于表面不规则导致的细缝和死角处难以清洗的问题。

2 超声波辅助提高果疏采后安全性的研究进展

2.1 对病原菌的作用

超声波是一种有效的辅助灭菌方法，已经成功用于废水处理、饮用水消毒等领域，在液体食品灭菌中的应用也有较多的研究［8］。近年来，超声波对果蔬中病原微生物的杀灭作用，也逐渐受到了重视。

2.1.1 超声单独作用 Cao等［9］在10℃下，分别用频率为0、25、28、40、59kHz的超声波处理新鲜草莓10min，发现:40kHz的超声波能有效降低微生物总数，抑制其腐烂;在此基础上，又应用响应曲面法，以腐烂率、微生物总数和品质参数为指标，对超声波密度和处理时间进行了优化，指出40kHz的超声波，在功率250W、处理时间9.8min时，能有效较好去除草莓上微生物、抑制腐败的发生［10］。同时，Nazari等［11］用超声波处理了枣果实，他们也发现超声能显著降低其表面的微生物数量。这些研究表明，超声单独应用于采后果蔬处理，有一定杀菌效果，为超声波在生鲜果蔬表面除菌上的应用打下了基础。

2.1.2 超声与杀菌剂结合 超声波单独作用于果蔬能起到一定杀菌作用，但效果有限，一些研究人员将超声与一些常用杀菌剂结合用于果蔬清洗，以期达到增强杀菌效力、缩短处理时间的目的。Huang等［12］对比了170kHz的超声波、不同浓度的二氧化氯溶液分别单独或结合处理，对接种于苹果和生菜上的沙门氏菌和大肠杆菌的杀灭作用。实验结果表明:超声波对二氧化氯的灭菌作用有增效效应，二者结合不仅对苹果和生菜上大肠杆菌和沙门氏菌均有一定杀灭作用，且在清洗后的二氧化氯溶液中未检出有活的菌体，从而指出超声结合二氧化氯既可用于果蔬表面除菌，还能防止果蔬清洗过程中微生物的交叉感染，这为解决传统清洗方式中存在的交叉污染的难题提供了一个很好的思路。近三年，超声波与杀菌剂结合对果蔬表面微生物的作用受到了更多的关注，相关研究也在逐步深入。Zhou等［13］研究了超声波对几种杀菌剂对接种于菠菜叶表面大肠杆菌灭活能力的强化效果。研究指出，杀菌剂结合超声波处理与单独用清水或杀菌剂处理相比，对大肠杆菌的杀灭效果提高了0.7～1.1logCFU/g;且在一定范围内，随着处理时间的延长和超声密度的增加，超声波与杀菌剂的协同效应也得到提高。Rivera［14］将几种化学洗涤剂，单独或者结合超声对夏块菌和黑苞块菌表面除菌的效果进行对比后发现:在4℃下，超声波(35kHz)结合乙醇溶液(70%)清洗10min，除菌效果最好，能使假单胞菌减少4logCFU/g，大肠杆菌和乳酸菌至少减少 2logCFU/g，霉菌减少1.5logCFU/g。Brilhante等［15］将频率为45kHz的超声波分别与二氯异氢尿酸钠、过氧化氢、二氧化氯化氯和过氧乙酸4种商业杀菌剂结合，处理樱桃番茄10min，检测番茄表面自然污染菌数目和前期接种的沙门氏菌数目，研究发现:超声波与这些商业杀菌剂结合使用，对番茄表面微生物有较好杀灭作用;其中超声波结合40mg/L的过氧乙酸，杀菌效果最好，可使人工接种的沙门氏菌减少3.9logCFU/g。

以上研究，都证实了超声波与杀菌剂结合应用于果蔬采后处理中，能获得一定的增效效果，可有效减少果蔬表面微生物数量。虽然超声单独作用效果有限，但可增强化学杀菌剂的作用效力，降低杀菌剂的使用剂量，缓解滥用杀菌剂的问题，这为超声波在提高生鲜果蔬食用安全性上的应用提供了理论依据。

2.1.3 超声与其他手段对比 认识到超声波在清洗果蔬表面除菌中的应用潜力后，Elisabete等［16］对比了超声波处理与其他方式的作用效果。首先对比了热烫处理(50～65℃)、热超声(与热烫处理温度相同)、紫外灭菌对西洋芹中大肠杆菌的数目的影响。结果表明:紫外处理灭菌效果很差;而65℃时，热烫处理能使大肠杆菌数降低(7.43±0.12)logCFU/g，而热超声则能使其降低(8.24±0.13)logCFU/g。该实验证明热烫处理的杀菌效果很好，同时与超声结合后，作用效果更佳。因此在今后研究中，可考虑在超声处理时适当提高清洗液温度，以保证杀菌效果，保障生鲜食用安全性，同时尽可能保持果蔬原有风味和品质。之后，Elisabete［17］又对比了几种非热加工方式与杀菌剂前处理对草莓微生物表面数量的影响，结果表明:在置于冷藏条件下前，超声波或臭氧处理能取得较好的杀菌效果，且对草莓质量参数和营养成分影响较小;而化学杀菌剂杀菌效果好，但对草莓质量和营养成分破坏较大。最后指出，超声波和臭氧有潜力能取代化学杀菌剂，用于果蔬清洗保鲜。

这两个对比研究中，超声在果蔬表面除菌、提高果蔬安全性上的优越性得到了体现。总体来说，超声处理的优越性在于不仅能取得较好的杀菌效果，还能最大限度的保持果蔬品质和营养，将安全和营养有效结合。因此，超声是一种非常有前景的果蔬采后处理技术。

2.2 对病毒的作用

近年来，随着以新鲜果蔬为载体传播的由病毒(尤其是诺沃克病毒和A型肝炎病毒)引发的食源性疾病的爆发事件的增多，探寻适当方法，杀灭果蔬表面的病毒，也逐渐引起了人们的关注。

Fino等［18］将紫外照射用于杀灭草莓、洋葱和生菜上的病毒，证实紫外照射能较好地杀灭果蔬表面的病毒。同时，清洗工序在采后果蔬表面病毒去除中的作用也受到了重视。Bae等［19］研究了不同清洗方式对卷心莴苣和紫苏叶上诺沃克病毒的去除效果，指出果蔬清洗能减少其表面附着的病毒，但效果欠佳。Michael等［20］研究了含氯杀菌剂对草莓、樱桃番茄和结球莴苣上的A型甲型肝炎病毒(HAV)的作用，发现含氯杀菌剂对HAV有一定的杀灭效果，但需要较长的处理时间，且存在含氯化合物残留的问题。针对常规果蔬清洗法去病毒中存在的问题，最近也有科研人员开始尝试将超声波用于果蔬去病毒中。Fraisse等［21］引入超声波处理，研究了氯气、过氧乙酸对生菜上萼状病毒(FCV)、诺沃克病毒(MNV－1)及A型肝炎病毒(HAV)的杀灭作用，结果表明:结合或者不结合超声对自来水清洗去病毒效果基本无影响;同时是否用超声前处理对杀菌剂杀灭病毒效果也无影响。Schultz等［22］研究了超声波结合蒸汽处理，对黑莓上诺沃克病毒的灭活效率，结果表明:二者结合处理对诺沃克病毒有一定的杀灭效果，但仅能使黑莓表面诺沃克病毒减少1logCFU/g，且对黑莓感官品质影响较大。在Fraisse的实验中，超声波单独处理对病毒无明显杀灭作用，且超声前处理对氯气和过氧乙酸灭病毒作用无增效效果，但他们没有研究超声与杀菌剂同时作用时，超声对杀菌剂灭病毒效果是否有增效作用。而后者虽然取得了一定的灭病毒效果，但在该工艺条件下对原料品质产生了不利影响。

超声波清洗用于灭病毒的研究还很少，目前已有的两个相关研究都没能为超声在果蔬灭病毒中的应用提供有力的证据，但超声波是否能与某些杀菌剂或其他杀菌方式结合以取得较好的灭病毒效果，有待进一步研究。

2.3 对农药残留的作用

农药残留也是影响果蔬食用安全性的关键因素之一，去除农药残留一直是人们关注的焦点。近十年，大量关于超声对水溶液中农药作用的研究已证明，超声波对各种含氯、含磷农药有一定的降解作用。同时，研究还表明，超声波振荡具有振荡频率高、强度大的特点，加速了农药分子的运动，能增加农药分子溶出的机率［23］。目前直接将超声波用于果蔬采后处理中，研究其对农药去除能力的研究还处于起步阶段。

岳田利等［24］采用响应曲面法对超声波去除苹果中有机氯农药残留的工艺条件(功率、时间、温度)及其交互作用进行了优化，并就超声波处理对苹果主要质量参数的影响进行了分析。结果表明:超声波去除苹果中有机氯农药残留的适宜工艺参数为:超声波功率609.16W，时间70.46min，温度15.45℃，在此工艺下农药残留去除率可达到64.32%。张瑞［25］研究了超声波对喷洒于生菜上的有机磷的去除效果，同时在此基础上对超声条件进行了优化。实验发现:超声波功率1000W，气泡强度25m2/h，清洗时间15min是清洗生菜的最好条件，此时乐果、毒死蜱、三唑磷的去除率分别为:87.11%、70%、84.14%。同时，超声结合臭氧对农残降解潜力也受到了关注。Gong［26］研究了超声波、臭氧单独或者结合使用，对苹果上马拉息昂、二苯胺、多灭灵及百菌清四种农药的降解作用。结果表明:超声波结合臭氧对四种农药的降解效果均比二者单独使用效果好。

超声降解具有操作简便、高效、清洁等优点，在降低果蔬表面农药残留方面显示出巨大的优势。相信随着研究的不断深入，超声波单独或结合其他手段在果蔬清洗中降解农药残留、保障食用安全性方面具有较好的应用前景。

3 超声波辅助提高果蔬采后清洁度的研究进展

果蔬上附着的尘土等杂质不但影响表观色泽，而且为微生物的附着生长创造了一定的条件，同时还会妨碍表面微生物和农药的去除。因此果蔬表面尘土等杂质的去除，看似微不足道，却与食用安全性息息相关。超声波清洗在去除果蔬表面杂质，提高蔬果洁净度方面有着较大的优越性。张学杰等［27］以胡萝卜、白菜为试材，研究了超声波频率、功率及处理时间对其洁净度的影响研究。结果表明:采用26kHz、0.32W·cm－2清洗10min可有效改善胡萝卜洁净度;白菜较佳的处理条件为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］等用超声波清洗机清洗干巴菌上附着的泥土，确定最佳清洗工艺条件为:洗涤剂浓度0.67%，物料与水的比例为1∶100，温度21.5～25℃，时间20min。在最优工艺条件下，结合超声波的清洗效率比未结合超声波时提高了55.5%，提高了可食部分的比例。

超声波用于去除果蔬表面尘土等杂质，有着人工清洗无法比拟的优点，用在污垢难以去除且价格昂贵的果蔬的清洗时，其优越性更加突出。同时，超声波清洗还能较好的满足工业化生产的需求，提高清洗效率，节约劳动力。

4 展望

超声波在果蔬清洗过程中，能从杀灭致病菌和病毒、去除农药残留和尘土等杂质四个方面，提高新鲜即食果蔬的食用安全性。随着人们对果蔬营养价值要求的不断提高，未经加工或轻度加工的果蔬市场越来越大，这就对其安全性提出了较大的挑战，因此超声波提高果蔬安全性研究具有深远的意义。然而，超声波清洗应用中也存在一些问题，主要体现在单独使用时杀菌、去农残效果不够理想;随着处理强度的增加，对果蔬的质地和风味物有一定的破坏作用。因此，在今后的应用研究中，很有必要进一步探究超声与其他技术，如臭氧、超高压、脉冲电场、辐射等多种手段相结合的作用效果，优化工艺条件，进一步提高病原微生物及农药残留的去除率，切实保障果蔬食用安全性。相信随着研究的逐步深入，超声波在提高果蔬安全性方面可大有作为。

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Progress of ultrasound－assisted security of postharvest fruits and vegetables

GE Zhi，XU Yu－ting，LIU Dong－hong*
(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 *通讯联系人

葛枝(1989－)，女，在读硕士，研究方向:食品加工。

国家科技支撑(2012BAD31B06);省重点科技创新团队项目(2010R50032)。