鲜切生菜质量安全研究进展
2010-04-14张学杰叶志华
张学杰,叶志华
(1.中国农业科学院蔬菜花卉研究所,北京 100081;2.中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所,北京 100081)
鲜切生菜质量安全研究进展
张学杰1,叶志华2,*
(1.中国农业科学院蔬菜花卉研究所,北京 100081;2.中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所,北京 100081)
鉴于鲜切生菜的质量安全直接关系到消费者的健康,本文通过介绍鲜切生菜加工和贮运过程中存在的主要质量安全问题,着重表述化学、物理及联合杀菌研究,褐变及营养素控制及质量安全预测模型研究,提出今后的研究方向与思路,以期能为我国鲜切生菜质量安全控制研究与应用提供参考。
鲜切生菜;质量;安全
Abstract :In recent years, due to the increasing consumption of fresh cut lettuce products, quality and safety are becoming a major issue to human health. Major problems involved in quality and safety of fresh cut lettuce are introduced and research progress from processing to storage involved in chemicals, physical or combinatorial disinfections, browning control and nutrients loss and predicted models on quality and safety are also discussed in this paper. Further research directions are also proposed, which will provide a theoretical reference for future research and application in quality and safety control of fresh cut lettuce.
Key words:fresh cut lettuce;quality;safety
鲜切生菜是指以新鲜生菜(Lactuca sativa L.)为原料,经清洗、切丝、包装等加工过程,再经冷藏运输而进入配送中心或超市冷柜销售或快餐食品企业的即食产品。近些年来,随着西餐在国内市场上的快速发展,鲜切生菜受到我国消费者的欢迎。然而,鲜切生菜是经过种植、加工、配送等诸多步骤才进入到消费环节的,整个过程中任何一个步骤受到污染,都会对消费者的健康造成潜在危害,国外已有因食用鲜切生菜致病的相关案例报道[1]。尽管我国尚未有因食用鲜切生菜而发生集体性安全事件,但其潜在的危害性与严重性后果需要引起重视。高伟勤等[2]对上海金山银龙企业鲜切生菜加工流程中不同杀菌位点的微生物种类和数量进行了检测分析,结果表明,第二次清洗杀菌(用200mg/kg的次氯酸钠处理)的作用较明显,而其他3次的杀菌清洗的效果不明显,微生物数量波动无规律,表明在鲜切生菜加工过程中微生物的控制存在不确定性;另一方面,鲜切生菜因经过切分,极容易发生酚酶褐变,引起变色,导致不被消费者接受的感官质量问题,此外还存在因加工及货架期间导致营养素损失的问题。目前,在鲜切生菜质量安全研究方面,国内报道仅有7篇文献,国外报道较多,归纳起来,主要集中在鲜切生菜的杀菌、感官及营养质量、包装与贮藏等研究领域。
鲜切生菜的质量安全问题能否得到有效控制直接关系到消费者的身心健康,随着鲜切生菜产业的快速发展,上述问题已成为消费者、政府及从业者关注的焦点。由于鲜切生菜的质量安全问题涉及范围很广,本文将主要介绍鲜切生菜加工、贮运过程中的质量安全控制研究进展,原料生产过程中的质量安全控制将另文讨论。
1 鲜切生菜安全控制研究进展
据Cruz等[3]报道,在生菜原料上主要存在嗜温菌、嗜冷菌和假单孢菌,数量达到106CFU/g,同时,原料中也存在相对低数量的酵母、霉菌和大肠菌群。研究表明,经臭氧消毒,细菌总数可减少1.0lg(CFU/g),但仍有产品中可检出埃希氏大肠菌(E.coli),同时,还发现消毒后酵母、霉菌增长较快,在产品中达到4.41~5.06lg(CFU/g),表明鲜切生菜微生物安全问题需要加以重视。
目前在鲜切生菜杀菌方面主要研究手段是采用消毒剂(如次氯酸钠、臭氧、二氧化氯)、表面活性剂、辐照处理及联合杀菌处理等。
1.1 化学杀菌
在鲜切生菜安全控制方面,目前主要采用化学消毒剂进行杀菌,次氯酸钠(NaClO)是应用最广泛的商业杀菌剂。Adams等[4]采用100mg/kg NaClO溶液清洗生菜可使需氧细菌下降1.7lg(CFU/g);Chen等[5]研究了清洗对鲜切生菜微生物的影响,结果表明,清水清洗只能减少鲜切生菜微生物数量0.50~0.75lg(CFU/g),而采用含有20~100mg/kg自由氯的水浸泡10min可进一步减少微生物数量1.25~1.50lg(CFU/g)。最近有报道称加工助剂-消毒剂如次氯酸钠与某些有机物能够反应形成可能的致癌物质,因而含氯消毒剂的安全问题开始引起人们的关注[6]。
臭氧因其具有广谱杀菌性,成为另一个研究热点,张立奎等[7]研究表明,采用0.18μg/L臭氧水处理可使鲜切生菜的细菌总数下降1.5lg(CFU/g)、大肠菌群数低于30MPN/100g;Hlya等[8]比较了0~4.5mg/kg臭氧处理0.5~3.5min对生菜接种李斯特增生菌(L. monocytogenes,ATCC 7644)的影响,结果表明,2mg/kg臭氧处理鲜切生菜2min可降低L. monocytogenes 2lg(CFU/g)。但也有不同的研究报道,Rodgers等[9]报道3mg/kg臭氧处理鲜切生菜5min可降低L. monocytogenes 5lg(CFU/g);而Yuk等[10]报道5mg/kg臭氧处理鲜切生菜5min没有影响L. monocytogenes 数量,但显著降低了大肠杆菌O157:H7(E. coli O157:H7)的数量。
近些年来,国内外开始普遍关注一种新型消毒剂——二氧化氯(ClO2),由于其在消毒杀菌、防腐保鲜以及安全无毒等方面的独特性能,ClO2被世界卫生组织(WHO)举荐为安全消毒的A1级产品[11]。Zhang等[12]报道5mg/L ClO2处理10min可降低鲜切生菜Listeria monocytogenes 0.8lg(CFU/g);Singh 等[13]报道 10mg/L ClO2处理 5min 可降低生菜E. coli O157:H7 1.20lg(CFU/g);Sy等[14]报道4.1mg/L ClO2处理显著降低了鲜切生菜致病微生物1.53~1.58lg(CFU/g)(P<0.05)。
此外,还有采用表面活性剂降低鲜切生菜微生物数量的报道,Yang等[15]采用表面活性剂西吡氯铵处理鲜切生菜,结果表明,0.2%~0.3%的西吡氯铵可以有效降低沙门氏菌和E. coli O157:H7的数量。
以上研究表明,化学消毒剂可降低鲜切生菜的微生物数量,但并不能完全消除。Allende等[6]的研究进一步支持了这一结果,他们研究了氯和其他一些商业消毒剂(Sanova、Sanoxol 20、Tsunami 100、Purac FCC 80、Citrox 14W和Catallix,推荐剂量和一半剂量)及清洗系统(浸泡和喷淋)对鲜切生菜微生物的影响。结果表明,所有消毒剂在减少微生物数量上均比清水有效,但不论选用什么清洗方法和消毒剂浓度,在低温条件下,微生物仍能够生长,贮藏8d后,甚至比当天加工的未清洗的鲜切产品的微生物数量还高。由此可见,采用不同消毒剂清洗后,针对鲜切产品初始微生物数量下降的检测并不能提供消费时产品的微生物的信息,换句话说,出厂产品检测合格并不意味着对消费者是绝对安全的。
1.2 物理杀菌
除了化学杀菌方法外,物理杀菌技术也是一种很好的手段,例如,Yang等[15]采用0.7kg/cm2的喷淋压力处理鲜切生菜1.5min,显著降低了沙门氏菌(Salmonella spp.)和E. coli O157:H7 的数量(P<0.05),而且随着喷压的增大,会进一步降低微生物的数量。
实验表明,辐照对保障鲜切蔬菜安全具有显著效果。Goularte等[16]研究了γ辐照对减少鲜切生菜Salmonella spp.和E. coli O157:H7数量的影响,结果表明,Salmonella spp.的D值为 0.16~0.23kGy,E. coli O157:H7的D值为0.11~0.12kGy。Zhang等[17]研究了γ辐照对贮藏于4℃条件下8d的鲜切生菜微生物的影响,结果表明,1.0kGy处理可降低微生物数量2.35lg(CFU/g),总大肠菌群数降至30MPN/100g以下。2008年8月28日,美国发布《最终法规 食品加工、加工和处理中的辐照》,规定新鲜生菜及菠菜可按4.0kGy的剂量安全使用电离辐照控制病原菌和延长货架期[18]。
1.3 联合杀菌
鉴于单独的化学方法在降低鲜切生菜微生物数量方面作用有限,特别是对致病微生物的有效杀灭直接关系到消费者的健康,人们也探讨了采用化学方法结合物理方法处理的联合杀菌技术来保证鲜切生菜产品的食用安全的可行性。Garg等[19]报道使用300mg/kg NaClO在冰浴中浸泡生菜可使微生物下降2.7lg(CFU/g);Kondo等[20]研究了次氯酸钠结合50℃热处理对附着于生菜表面的食源性病原菌——金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、E.coli O157:H7和鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella spp.,DT104)的影响,结果表明,200mg/kg NaClO结合50℃热水处理1min,可降低1.2~1.7lg(细菌总数);但也有不同结果的报道,Li等[21]研究了热处理(50℃)结合20mg/kg氯处理对接种在生菜表面的E. coli O157:H7的存活和增长情况的影响,结果表明,与20℃和50℃水清洗相比,相同温度下20mg/kg氯处理均未导致O157:H7的大量减少,尽管在20mg/kg氯处理条件下,50℃处理的生菜的病原菌在第4 天和第7天却显著高于20℃条件下的处理(P<0.05);Hulya等[8]也有类似的发现,采用臭氧处理鲜切生菜时,温度(10~26℃)对臭氧的作用没有显著影响(P>0.05)。
尽管上述研究结果并不相同,这可能是由于研究方法、条件、对象的不同造成的,但不管怎样,只要能找到适宜的联合杀菌方式,则比单一杀菌技术更能提高鲜切生菜的安全。Goularte等[16]的研究就是最好的一个例证,经氯处理(200mg/kg)后再经0.7kGy辐照的生菜降低了 4.0lg(Salmonella spp.菌数)和 6.8lg(E.coli菌数)。
1.4 鲜切生菜微生物生长预测模型研究
为了更好的了解并控制鲜切蔬菜微生物安全,近些年来,国外对微生物预测模型在鲜切蔬菜安全控制中的应用进行了较多的研究。Zwietering等[22]比较了描述微生物S型曲线的Gompertz、Richards、Stannard、Schnute、Logistic和其他模型,认为修正后的Gompertz模型拟合最佳;Koseki等[23]采用酸性电解水处理鲜切生菜,应用数学模型来评估贮藏温度(1、5、10℃)对需氧细菌、大肠杆菌类、蜡样芽孢杆菌等微生物数量的生长影响;Jacxsens等[24]把预测模型应用于评估温度变化对气调包装鲜切蔬菜的微生物特性的影响。我国的张立奎等[25]采用Compertz模型,有效地拟合了不同贮藏温度下鲜切生菜中细菌总数的动态变化,表明0℃贮藏鲜切生菜可以有效地抑制细菌的生长,并显著减少由微生物引起的腐烂。在另一项研究中,张立奎等[26]采用响应曲面试验(response surface method),研究NaClO处理对鲜切生菜中大肠菌群数的影响,建立以NaClO 浓度、浸泡时间和水菜比3个因素为自变量,以大肠菌群减少百分率值为响应值的预测模型,统计分析表明,所建立的模型(线性相关系数r=0.9707,P=0.0044)能够有效地预测NaClO处理后鲜切生菜中的大肠菌群数。
1.5 包装、贮藏对鲜切生菜安全的影响
包装、贮藏条件对鲜切生菜的安全具有重要影响。Hao等[27]研究了高氧渗透率(7000cm3/m224h)和低氧渗透率(3000cm3/m224h)两种聚乙烯膜包装材料对鲜切生菜微生物(总好氧菌和厌氧菌、乳酸菌、嗜冷菌、酵母、霉菌)的影响,结果表明包装材料对微生物生长有影响,但没有一个共同的趋势。与低透氧膜包装相比,高透氧膜包装导致鲜切生菜具有较高的好氧微生物数量和嗜冷菌数量,但酵母、霉菌生长与包装材料无关。David等[28]研究了MAP包装(4kPa O2结合12kPa CO2)对鲜切生菜微生物数量的影响,结果表明,与充空气包装相比,该MAP条件下的包装降低了微生物数量2.0lg(CFU/g)。Escalona等[29]研究了包装气体成分对鲜切生菜微生物的影响,结果表明,高CO2促进了Listeria innocua的生长,但O2浓度的高低对Listeria innocua的生长无影响,当采用高CO2和高O2联合处理时,好氧嗜温菌数量下降,单独使用高O2处理鲜切生菜在降低嗜温菌数量方面与低O2结合高CO2的处理效果一致。
Chen等[5]研究表明,鲜切生菜在0℃贮存,微生物数量可减少1lg(CFU/g),但在5℃和10℃贮存时,微生物数量急剧上升,室温下贮存的鲜切生菜的微生物数量在24h内可增加3lg(CFU/g);Bidawid 等[30]报道在4℃贮存,接种在生菜上的肝炎病毒随着贮存时间的延长呈下降趋势;Shigenobu等[31]研究了生菜采后至超市过程中Salmonella、E.coli O157:H7、Listeria monocytogenes在生菜上的生长情况,结果表明低温(5℃)管理可有效抑制生菜采后加工、流通过程中微生物的生长,但需引起注意的是嗜冷菌——Listeria monocytogenes,即使在低温5℃以下,它仍能够繁殖[32]。
1.6 鲜切生菜的安全管理研究
近些年来,危害分析与关键控制点(hazard analysis and critical control point,HACCP)管理已被证明是一种有效的管理食品安全的科学手段,并在国外的鲜切生菜加工中得到广泛应用。我国在这个领域的工作刚刚起步,许深等[33]研究了鲜切生菜HACCP管理及质量控制,提出了鲜切生菜加工过程中的4个关键控制点,即原料验收、二次消毒、金属探测及成品储存,并确定了消毒环节中的关键限值,即消毒液浓度为300mg/kg,消毒时间为3min。张学杰等[34]结合北京鲜切生菜的生产及加工、贮运情况,对鲜切生菜生产、加工过程中关键控制点——生菜生产过程的农药安全间隔期、加工杀菌条件及产品贮存温度进行了研究分析与验证,提出了鲜切生菜HACCP管理模式。应该说,从田间到餐桌的每一步都会影响鲜切生菜产品的安全,例如原料生产过程中,灌溉水、有机肥料、农药等均可能成为危害污染源,所有与生菜生产、加工、运输有关的人员及环境条件的卫生状况也可能成为危害污染源,加工设备、包装器具、材料、加工助剂等也会成为危害污染源,因而正确制定并认真实施鲜切生菜全程HACCP计划非常重要,将有助于实现鲜切生菜的安全控制。
2 鲜切生菜质量控制研究进展
鲜切生菜因经过切分,极容易发生酚酶褐变,引起变色,导致不被消费者接受的感官质量问题,此外还存在因加工及货架期间导致营养素损失的问题。
2.1 酶褐变控制研究
鲜切生菜加工过程中,由于切分导致酶褐变,酶褐变降低了生菜的感官质量,因而如何减少酶褐变的影响成为研究重点。
在采后处理方面,Allende等[6]比较了氯和其他一些商业消毒剂对鲜切生菜感官质量的影响,结果表明,所有消毒剂处理均未对鲜切蔬菜的感官质量造成影响;Hulya等[8]研究认为臭氧处理在保持感官质量方面要好于次氯酸钠和有机酸处理。Goularte等[16]研究了γ辐照对鲜切生菜的感官影响,结果表明,暴露于0.9kGy的生菜的感官质量未受到任何影响,然而,1.1kGy处理导致质地受到影响;Zhang 等[17]研究认为经1.0kGyγ辐照处理,多酚氧化酶活性被显著抑制,从而有效改善产品的感官质量。联合处理在果蔬加工中被认为是一种有效控制酶褐变的方法,在鲜切生菜的褐变控制上,Fan等[35]研究了47℃热处理与辐照(0、0.5、1.0、2.0 kGy)相结合对鲜切生菜质量的影响,结果表明,2.0kGy伽玛辐照导致鲜切生菜出现水浸状,但47℃浸泡2min处理降低了辐照诱导的酚类的积累,47℃热水结合0.5kGy或1.0kGy辐照处理的鲜切生菜产品在感官、硬度、VC及抗氧化物质含量上保持较好。Roura等[36]研究了适度的热处理并结合次氯酸钠及VC处理,对鲜切生菜中与导致褐变的酚类物质合成有关的苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性的影响,结果表明,热处理后生菜的PAL活性只有对照的1/4;而采用次氯酸钠处理时,添加VC会导致PAL活性的增加。
在包装方面,Varoquaux等[37]等研究了MA和CA贮藏对生菜质量的影响,结果表明,生菜的货架期与呼吸速率呈负相关,并易受CO2影响,高O2和低CO2增加了褐变,但低O2、高CO2导致了CO2伤害(变褐),包装中CO2体积分数保持在5%以下可有效改善生菜的保鲜效果;Chiesa等[38]研究了包装材料RD-106、PD-900和PD-961EZ膜(O2和CO2透过率分别为3000~11500(cm3/m224h)和 9800~30000(cm3/m224h)对4℃贮藏9d的鲜切生菜感官质量的影响,结果表明,与酶褐变有关的苯丙氨酸解氨酶、儿茶酚氧化酶和过氧化物酶活性与包装材料的透氧和透二氧化碳性能有关,低O2、低CO2透过率的包装材料PD-900 (O2和CO2透过率分别为3000(cm3/m224h)和9800(cm3/m224h)可实现低绿原酸含量和高感官质量,散叶生菜包装贮存9d,仍然具有可接受质量。在包装中气体成分的影响方面,Escalona等[29]研究了氧、二氧化碳水平对鲜切生菜的呼吸代谢的影响,结果表明,鲜切生菜暴露于低O2(2~10kPa)及中高CO2(10~20kPa)水平,表现出较高的呼吸速率;9℃,中等CO2水平(10kPa)降低了鲜切生菜的呼吸速率20%~40%,而高CO2水平(20kPa)引起代谢失调、增加鲜切生菜的呼吸速率。此外,Escalona等[39]还研究了高O2对鲜切生菜质量的影响,结果表明,高O2状态下(75kPa O2,15kPa CO2)的鲜切生菜表现出最好的外观品质。
在贮藏条件影响方面,王莉等[40]研究了贮藏温度对鲜切生菜品质的影响,指出贮藏温度越低越有利于保持切割生菜的品质。鲜切生菜在5℃的保存期只有6d,而在0℃保存期可达到18d,并且显著抑制了多酚氧化酶(PPO)活性的上升和总酚含量的下降。
总得来看,采用联合处理如适宜的采后处理结合包装及低温贮运是实现鲜切生菜褐变控制的有效办法。
2.2 营养素损失控制研究
在鲜切生菜加工、贮存中,亦存在营养素损失现象,但这方面的报道并不多。David等[28]开展了臭氧、次氯酸钠、水清洗及包装对鲜切生菜多酚和VC的影响研究,结果表明,清洗处理对酚类化合物含量没有造成影响,但MAP包装有效抑制了导致褐变的酚类化合物的积累;10mg/L臭氧、NaClO及水处理对鲜切生菜VC的影响不大,但20mg/L的臭氧导致鲜切生菜VC含量明显下降;随着贮藏时间的延长,VC含量逐步下降,低O2、高CO2的MAP并不能有效保护VC。Ferrante等[41]研究了4℃贮藏8d对鲜切生菜质量的影响。结果表明,贮藏期间,鲜切生菜中的叶绿素和类胡萝卜素含量下降,贮藏8d后,总胡萝卜素含量从20mg/g FW降到16mg/g FW,总酚含量比对照的低23%;与对照相比,贮存1d后,鲜切生菜叶中VC和脱氢VC含量有所增加,贮存5d后,VC含量降至初始水平。
2.3 鲜切生菜感官质量预测模型研究
近年来,如何更科学地定量表述感官质量成为鲜切生菜研究的方向,这对于鲜切生菜的货架质量预测与控制具有重要意义,目前这方面的工作刚刚起步。Piagentini等[42]应用动力学方法建立感官质量变化模型来描述时间-温度与相关感官属性的关系,作者根据感官特征的变化遵循一级反应动力学、温度速率常数遵循Arrhenius方程的特点,在2~20℃范围内,开展了鲜切生菜的感官属性变化研究,并建立了预测数学模型,结果表明,在任一温度下,决定感官货架寿命的限制性质量因子是产品的外观,鲜切结球生菜和Romaine生菜的外观活化能分别为71.1kJ/mol和69.5kJ/mol,在恒定的温度下,预测的感官货架寿命与实验的感官货架寿命没有显著差异(P>0.05)。研究还表明,在动力学温度条件下,褐变、萎蔫、变色的预测和实验值没有显著差异,但总的外观损失模型过高估计了10%~30%的质量损失,表明该模型还需进一步精确化。
3 展 望
由于使用氯消毒剂可能形成致癌化学物并产生新的高耐受性的病原菌,人们开始对其在鲜切产品上的使用提出质疑,因而对新型的商业消毒剂的有效性、安全性及其他替代技术的需求成为新的研究方向。
从现有研究情况来看,单一技术并不能绝对控制鲜切生菜的质量安全,今后的研究将是联合控制技术的研究,即通过采取两种、甚至3种以上的技术共同实现鲜切生菜质量安全的控制,同时,开发新的杀菌技术,如超高压等非热物理杀菌新技术及新的杀菌技术对产品质量安全的影响,亦将成为重要的研究方向。
在货架质量安全预测方面,开展数学模型的研究是一个较好的研究方向,通过建立模型,预测不同贮藏温度下、不同贮藏时间、不同包装环境内鲜切生菜的质量与微生物数量变化,为快速、有效地评估鲜切生菜的货架期和微生物安全性,提供一个方便有效的方法,将有助于实现鲜切生菜产品质量安全的预测与管制。
此外,还应重视并应用分子生物学知识开展相关致病微生物快速诊断技术研究,以获得准确、快速的安全评价方法与技术,从而对产品安全性及新技术的效果进行有效评价;在生菜鲜切后生理生化分子水平上的变化及微生物侵染与阻断途径上也需要进一步加以研究明确,从而为鲜切生菜质量安全高效控制手段的获得提供理论支持。
4 结 语
鲜切生菜质量安全控制是一个永恒的话题,因直接涉及人体健康,必须谨慎对待,特别是随着一些新技术(如生物技术)的使用及生产环境的变化,鲜切生菜的质量与安全将会面临一些新的挑战(如发生致病微生物变异的情况、出现新的致敏性物质等),因此,如何未雨绸缪,通过开展前瞻性的基础与应用基础研究,阐明机理,提出对策与手段,对于保证鲜切生菜的质量安全具有重要意义。
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Research Progress in Quality and Safety of Fresh Cut Lettuce
ZHANG Xue-jie1,YE Zhi-hua2,*
(1. Institute of Vegetables and Flowers, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China;2. Institute of Quality Standards and Testing Technology for Agro-products, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China)
TS255.3
A
1002-6630(2010)19-0399-06
2010-04-15
张学杰(1970—),男,博士研究生,主要从事蔬菜采后加工与质量安全研究。E-mail:zhangxj@mail.caas.net.cn
*通信作者:叶志华(1955—),男,研究员,博士,主要从事农产品质量安全研究。E-mail:zhihuaye@mail.caas.net.cn