雾化植物精油对鼠伤寒沙门氏菌抑制效果和樱桃番茄品质的影响

姜云斌,李喜宏,*,范学通,田光娟,李丽梅,庞玲玲

(1.天津科技大学食品工程与生物技术学院,天津 300457；2.美国农业部东部研究中心,费城 19038)

雾化植物精油对鼠伤寒沙门氏菌抑制效果和樱桃番茄品质的影响

姜云斌1,李喜宏1,*,范学通2,田光娟1,李丽梅1,庞玲玲1

(1.天津科技大学食品工程与生物技术学院,天津 300457；2.美国农业部东部研究中心,费城 19038)

本研究的目的是评测雾化液态植物(芥末、肉桂、牛至和百里香)精油对樱桃番茄表面和茎端的抑菌效果及对果实品质的影响。将樱桃番茄的表面和茎端分别接种鼠伤寒沙门氏菌(ATCC 53467和ATCC 5 3468菌种),晾干之后放到包装盒中,采用加湿器来雾化液态的植物精油,然后通过一根PE管导入到装有已经接种了鼠伤寒沙门氏菌的樱桃番茄的包装盒中。处理后的果实存放在10 ℃的冰箱中3个星期,存放期间每隔1个星期进行微生物指标测定,不接菌种的果实用来测定果实品质指标。结果表明,雾化的植物精油能够显著的抑制樱桃番茄表面和茎端的鼠伤寒沙门氏菌(表面及茎端菌落分别降低2.00 log CFU/fruit和1.00 log CFU/fruit左右)。随着贮藏期的延长,菌落总数也随之降低,这证明其抑菌效果仍然有效。雾化植物精油杀菌处理对果实硬度,颜色,VC等品质指标没有显著影响(p>0.05)。雾化是一种方便有效的可用于储存或运输果蔬产品消毒的新方法。

雾化,植物精油,杀菌,鼠伤寒沙门氏菌

消毒是降低鲜切果蔬的食源性疾病发生的一个重要手段。传统的消毒方法是采用喷雾或浸泡方式将消毒剂直接作用在产品上。这种消毒方式在降低病原菌上具有一定效果,但它们还有一定的局限性,因为表面的干扰现象,如表面的龟裂,植物毛和生物膜,这些都能阻碍消毒剂和病原体之间的接触[1]。液体消毒剂经常很难达到及杀死那些位于隐蔽位置的致病菌[2]。气体杀菌剂可以克服液体杀菌剂这些限制,大量研究表明气体杀菌方式效率高于液体[3-6],它被认为是有效去除带有表面障碍的食物致病菌的方法。然而,气体杀菌剂具有几个缺点,如气体发生装置复杂、气体杀菌剂种类有限。

雾化是把液体材料分散到空气中或是把一种溶液分散成细雾的形态,通常是为了达到治疗和卫生的目的,尤其是为了呼吸系统药物治疗和房间消毒[7-8]。有人研究了雾化杀菌剂在抑制食物和相关环境病原体的效率[9-10]。这些研究表明气雾方式在控制一些致病菌(蜡状芽孢杆菌,李斯特菌,金黄色葡萄球菌和鼠伤寒沙门氏菌)上是有效的,这是因为气雾能够很容易输送液体消毒剂去复杂的地方,如管道,罐等地方,同时,它也是一个非常廉价的系统,因此,它是一种潜在的非常好的用于食物和相关环境杀菌的新方法。然而,到目前为止还没有人研究雾化植物精油的杀菌效果,因此,本实验主要研究雾化植物精油对接种在樱桃番茄上的鼠伤寒沙门氏菌的抑制效果,另外,还评价了雾化植物精油这种方式对樱桃番茄品质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

樱桃番茄 美国宾夕法尼亚州Wyndmoor附近的超级市场。挑选大小均一,无机械伤和病虫害侵染的果实,立即运往美国农业部东部研究中心RCPM研究实验室冰箱,并迅速在10 ℃冰箱内预冷约24 h后进行处理。

大豆胰蛋白液体培养液,蛋白胨,乙醇,大豆胰蛋白琼脂,无水乙醇 分析纯,美国西格玛奥德里奇贸易有限公司；牛至精油,肉桂精油,芥末精油,百里香精油,异硫氰酸烯丙酯 生化试剂，美国西格玛奥德里奇贸易有限公司。

Classic型超声雾化器 美国Naturals仪器有限公司;B720型无菌工作台、LRH-7型生化培养箱 美国Hinotke仪器公司;UV-2401型紫外分光光度计 日本岛津仪器公司;PL203型电子天平 梅特勒-托利多仪器有限公司;V/5100型均质机、V810型组织捣碎机 美国Virtishear有限公司;5804R型冷冻离心机 德国Eppendorf公司;Ti-series 1050型高效液相色谱仪 美国Agilent科技公司。

1.2 实验方法

1.2.1 菌种制备 在美国宾夕法尼亚州Wyndmoor,美国农业部东部研究中心(U.S. Department of Agriculture,Agricultural Research Service,Eastern Regional Research Center)选取2株鼠伤寒沙门氏菌(SalmonellaTyphimurium)菌株(ATCC 53467 和 ATCC 5 3468)。鼠伤寒沙门氏菌是从位于美国弗吉尼亚州马纳萨斯的美国菌种保藏中心获得。将2株鼠伤寒沙门氏菌种分别接种在加入100 mg/kg萘啶酸的150 mL大豆胰蛋白液体培养液中37 ℃生长24 h,菌种经10 000×g离心10 min。倒掉上清液,沉淀物经25 mL 0.1%蛋白胨水制备成悬浮液,然后将2株菌合并,使最终菌群数量达到108～109CFU/mL。

1.2.2 样品的制备和接种 用200 mg/L的氯溶液浸泡番茄2 min进行消毒,然后用蒸馏水清洗,最后把清洗后的樱桃番茄平铺在无菌工作台中晾干30 min。使用移液枪在樱桃番茄的表面和茎端分别接种50 μL的菌悬液。菌悬液接种在樱桃番茄表面用记号笔标记的1 cm2的区域内。样品在无菌工作台中晾干2 h,然后每5个樱桃番茄被放入到一个带盖的包装盒子(10.8 cm×9.2 cm×4.8 cm)(Genpak LLC,Glens Falls,NY,USA)中,盒子盖和底部各有一个25和8 mm的小眼,它用来引入雾化消毒杀菌剂进入容器。

1.2.3 植物精油溶液制备及样品的处理 四种植物精油分别用无水乙醇稀释10倍,然后再用蒸馏水配成200 mg/kg的溶液备用。对照采用蒸馏水和10%的无水乙醇,采用10%无水乙醇是因为乙醇浓度过高在超声波雾化时可能会产生自燃现象。制备好的植物精油杀菌剂及蒸馏水和10%的无水乙醇分别通过超声雾化器导入到放有接种好的番茄盒子1 min,之后用胶带封住盒子上下两个孔,然后将处理好的样品放在10 ℃下贮藏3星期,在贮藏的第1,7,14,21 d分别进行菌落数的测定。鼠伤寒沙门氏菌是使用含有100 mg/kg萘啶酸的大豆胰蛋白琼脂进行复苏。在经过37 ℃培养24 h之后进行菌落计数。

1.2.4 鼠伤寒沙门氏菌的复苏与计数 用灭过菌的剪子将接过菌的番茄表面和茎端剪切下来,相同处理样品放在同一个内部有过滤网的袋子中,然后向袋子中加入10 mL 1%的蛋白胨水用微型混合搅拌机在260 r/min下均质2 min。将滤液连续稀释105,取等份的稀释后滤液或没有被稀释的滤液(100 μL或1 mL)铺在含有100 mg/kg的萘啶酸的大豆胰蛋白琼脂平板上。平板被放在37 ℃下培养24 h,然后进行鼠伤寒沙门氏菌的菌落计数。

1.3 品质指标测定

1.3.1 果实颜色测定 使用Hunter UltraScan® VIS色度计测定,采用D65/10°标准光源和1.3 cm测量孔径,利用白板和黑板进行校正,测定记录L*,a*和b*颜色指标,每个果实测定其2个相反的中间点,每组处理至少测定6个样品,重复3次,共测量36次。用a*/b*值表示各处理对樱桃番茄表面颜色的影响。

1.3.2 果实硬度测定 使用TA-XT2i质构仪测定,采用直径为3 mm探针穿透果实赤道线中部10 mm,速率为10 mm/s。每组处理测定5次,重复3次,共测量15次。采用Texture Expert version 1.22软件处理数据,选取测量值最大值表示番茄硬度。

1.3.3 抗坏血酸的测定 参照Fan等[11]测定方法,采用高效液相色谱法进行测定。将5个样品切成小块,混匀,取10 g组织加入20 mL含有5%偏磷酸溶液,用Virtishear均质机冰浴均质1 min,速度设置为70 r/min。匀浆经4层纱布过滤后5000×g冷冻(4 ℃)离心10 min。样品上清液经0.45 μm孔径滤膜过滤后取20 μL准备进样。采用安捷伦Hewlett Packard Ti-series 1050高效液相色谱仪,Aminex HPX-87H有机酸液相色谱柱(300 mm× 7.8 mm),在245 nm下测定抗坏血酸的含量。0.01%的偏磷酸pH2.6的溶液作为流动相,流速为1 mL/min。结果根据抗坏血酸制作的标准曲线计算,用μg VC/g樱桃番茄表示。

1.4 数据分析

实验进行3次重复,每个重复中的每个处理使用5个番茄。使用SPSS 16.0(SPSS Inc. Chicago,IL,USA)进行相关数据分析。

2 结果与讨论

2.1 雾化植物精油对鼠伤寒沙门氏菌的抑菌效果

四种植物精油经雾化处理对鼠伤寒沙门氏菌在樱桃番茄表面和茎端上活体抑制效果如图1(表面)和2(茎端)所示。由图1、图2可见,10%无水乙醇处理对接种在番茄上的鼠伤寒沙门氏菌几乎没有影响,这充分证明了由10%无水乙醇溶解的植物精油杀菌剂表现出来的杀菌效果不是乙醇造成的。并且所有处理的菌落总数随时间的延长而呈下降趋势(无论是接种在表面还是茎端),且各自下降的速率相似,存放到21 d后,菌落总数最低。雾化的四种植物精油在番茄表面的杀菌效果非常相似,虽然在贮藏的21 d中各自略有起伏,总体大约有2.10～3.31 log CFU/fruit的鼠伤寒沙门氏菌失活,满足了美国国家食品微生物标准咨询委员会(NACMCF)推荐的净化生产准则[12]。雾化的四种植物精油在番茄茎端的杀菌效果也保持了一定的一致性,总体大约有1.40～2.10 log CFU/fruit的鼠伤寒沙门氏菌失活。雾化的植物精油在番茄茎端的抑菌效果不如在番茄表面的抑菌效果,这是因为番茄茎端结构复杂,接种的鼠伤寒沙门氏菌大部分通过花萼处进入到果实内部,造成杀菌剂难以到达,或者达到该处的计量不足,因此杀菌效果一般。

图1 雾化植物精油(芥末、肉桂、牛至和百里香精油)对接种在樱桃番茄表面的鼠伤寒沙门氏菌的抑菌效果Fig.1 Inactivation of S. Typhimurium on inoculated the smooth surface of tomato by the application of aerosolized essential oil(Mustard,Cinnamon,Oregano and Thyme oil)注:果实在10 ℃冰箱中存放3个星期,竖线代表标准误差(n=3),图2同。

图2 雾化植物精油(芥末、肉桂、牛至和百里香精油)对接种在樱桃番茄茎端的鼠伤寒沙门氏菌的抑菌效果Fig.2 Inactivation of S. Typhimurium on inoculated the stem scar areas of tomato by the application of aerosolized Essential oil(Mustard,Cinnamon,Oregano and Thyme oil)

异硫氰酸烯丙酯(Allyl isothiocyanate,AIT)是芥末精油中呈辛辣风味的主要化合物和主要抑菌成分,Obaidat等人[13]实验证明,AIT在非常低的浓度下(8.3～33.3 mg/L)对沙门氏菌和大肠杆菌O157∶H7有较好的抑制效果,认为AIT是一个潜在的天然高效食品抑菌添加剂。肉桂醛是肉桂精油中主要抑菌成分,也具有很强的抗菌活性[14]。Weissinger等人[15]研究报道,在50 ℃的热空气浴下,使用肉桂醛熏蒸紫花苜蓿种子可以有效的抑制六种血清型的沙门氏菌。香芹酚和百里香酚是牛至精油和百里香精油中主要抑菌成分,其气体熏蒸对细菌和真菌都有一定的效果[16]。还有一些研究人员使用浓度为8.3～158 μg/mL不等的牛至、肉桂精油、香芹酚和AIT来抑制生菜、苹果、猕猴桃和甜瓜等果蔬上的的食源性病原体,包括沙门氏菌、大肠杆菌O157∶H7和单核增生李斯特菌等[17-18]。

一些研究表明[6]雾化杀菌是一种潜在有效的杀菌方式。雾化消毒杀菌剂比液态杀菌剂具有更高的穿透能力,这是因为其气态特性。那些可溶于水的杀菌剂可以通过雾化方式简单的应用到靶位目标上。有人发现使用雾化的2.5%～5%的醋酸和乳酸或者30%双氧水处理菠菜叶子上的大肠杆菌O157∶H7 2 min可以取得0.3～1.2 log CFU/g降低[19]。同样,Choi报道雾化2%苹果酸处理菠菜和生菜100 min可以有效灭活其食源性病原菌,在菠菜和生菜上的单核增生李斯特菌,鼠伤寒沙门氏菌及大肠杆菌O157∶H7分别可以降低3.35、4.10、3.67 log CFU/g和 3.85、5.02、3.35 log CFU/g[20]。我们的研究结果表明雾化植物精油同样可以对鼠伤寒沙门氏菌取得一定的抑制效果。

2.2 对果实硬度和颜色的影响

四种不同植物精油对樱桃番茄在贮藏过程中硬度的影响如表1所示。所有样品的硬度在10 ℃条件下都有所降低。实验发现,在整个贮藏过程中,芥末精油、肉桂精油、牛至精油和百里香精油都对樱桃番茄的硬度影响不显著。

表1 樱桃番茄10 ℃下贮藏21 d硬度(kg)的变化

注：数据表示为三次重复的平均值±标准偏差。在同一列中,具有相同字母后缀的数据表示数据间没有显著性差异(p>0.05)。表2～表4同。

表2 樱桃番茄10 ℃贮藏21 d亮度(L*)的变化

表3 樱桃番茄在10 ℃贮藏21 d a*/b*值的变化

表4 樱桃番茄10 ℃贮藏21 d抗坏血酸含量(μg/g)的变化

作为鲜食果蔬,产品的外观色泽将直接影响到产品的经济价值和消费者接受度。樱桃番茄经过雾化植物精油熏蒸处理后,在10 ℃条件下贮藏21 d,每隔7 d取样测量处理对其表皮色泽的影响。L*代表亮度,L*增高,代表果实明亮度增加。表2反映了樱桃番茄的贮藏过程中不同处理表面色泽的变化情况。而所有处理和对照相比,L*值并没有明显变化。

a*和b*分别代表番茄表面的红色饱和度和黄色饱和度,a*值越大代表番茄表皮颜色越红[21]。而番茄的a*/b*值则对应美国农业部用于评估颜色的六个色阶,建议果实颜色a*/b*值在0.95～1.21之间是可被接受的[22]。如表3反映了番茄在10 ℃条件下贮藏21 d色度的变化程度。所有处理在贮藏过程中a*/b*值并没有明显变化,并且所有值都是处在可接受范围内的。

2.3 雾化植物精油对果实抗坏血酸的影响

研究发现,番茄是天然抗氧化剂的良好来源,如VC、番茄红素和其他酚类物质[23]。番茄是除了土豆之外的世界上第二重要的果蔬,平均每年销量1.2亿t,使得番茄成为抗坏血酸的主要来源[24]。不同处理对番茄果实中VC含量的影响如表4所示。所有处理组的抗坏血酸的含量没有明显差异。在果实贮藏期间,所有处理样品的抗坏血酸含量都随着时间延长逐渐下降。

3 结论

实验证明,芥末精油、肉桂精油、牛至精油以及百里香精油对鼠伤寒沙门氏菌具有一定的抑菌性能。在樱桃番茄上的活体抑菌实验表明,四种植物精油在200 ppm浓度时经雾化后对鼠伤寒沙门氏菌的抑制效果达到或超过2 log CFU/fruit(果实表面)和1 log CFU/fruit左右(果实茎端)。植物精油雾化后对樱桃番茄的物化指标和品质没有显著的影响。具体到果实的硬度,色泽和抗坏血酸含量在10 ℃贮藏21 d的过程中都没有明显的影响。因此,雾化杀菌可以是一种潜在的、有效的、新型杀菌方式。

[1]Oh S W,Gray P M,Dougherty R H,et al. Aerosolization as novel sanitizer delivery system to reduce food-borne pathogen[J]. Letters in Applied Microbiology,2005,41(1):56-60.

[2]Ganesh V,Hettiarachchy N S,Griffis C L,et al. Electrostatic spraying of food-grade organic and inorganic acids and plant extracts to decontaminate Escherichia coli O157∶H7 on spinach and Iceberg lettuce[J].Journal of Food Science,2012,77(2):M391-M396.

[3]Pyrgiotakis G,McDevitt,Bordini A,et al. A chemical free,nanotechnology-based method for airborne bacterial inactivation using engineered water nanostructures[J].Environmental Science:Nano,2014,1(1):15-26.

[4]Ojagh S M,Rezaei M,Razavi S H,et al.Effect of chitosan coatings enriched with cinnamon oil on the quality of refrigerated rainbow trout[J].Food Chemistry,2010,120(1):193-198.

[5]Turgis M,Borsa J,Millette M,et al.Effect of selected plant essential oils or their constituents and modified atmosphere packaging on the radiosensitivity of Escherichia coli O157∶H7 and Salmonella typhi in ground beef[J].Journal of Food Protection,2008,71(3):516-521.

[6]Lee S Y,Dancer G I,Chang S S,et al. Efficacy of chlorine dioxide gas against Alicyclobacillus acidoterrestris spores on apple surfaces[J]. International Journal of Food Microbiology,2006,108(3):364-368.

[7]Lee SY,Jung J H,Jin H H,et al.Inhibitory effect of aerosolized commercial sanitizers against foodborne pathogens[J]. Journal of Food Hygiene and Safety,2007,22(5):235-242.

[8]Hiom S J,Lowe C,Oldcorne M. Assessment of surface bioburden during hospital aseptic processing[J]. International Journal of Pharmacy Practice,2003,11:R62.

[9]Davidson G R,Buchholz A L,Ryser E T.Efficacy of commercial produce sanitizers against nontoxigenic Escherichia coli O157∶H7 during processing of Iceberg lettuce in a pilot-scale leafy green processing line[J].Journal of Food Protection,2013,76(8):1838-1845.

[10]Oh S W,Dancer G I,Kang D H. Efficacy of aerosolized peroxyacetic acid as a sanitizer of lettuce leaves[J]. Journal of Food Protection,2007,68(8):1743-1747

[11]Fan X,Toivonen P M A,Rajkowski K T,et al.Warm water treatment in combination with modified atmosphere packaging reduced undesirable effects of irradiation on the quality of fresh-cut iceberg lettuce[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2003,51(5):1231-1236.

[12]Park S H,Kang D H. Combination treatment of chlorine dioxide gas and aerosolized sanitizer for inactivating foodborne pathogens on spinach leaves and tomatoes[J].International Journal of Food Microbiology,2015,207(7):103-108.

[13]Obaidat MM,Frank JF.Inactivation of Salmonella and Escherichia coli O157∶H7 on sliced and whole tomatoes by allyl isothiocyanate,carvacrol,and cinnamaldehyde in vapor phase[J]. Journal of Food Protection,2009,72(2):315-324.

[14]Valero M,Giner M J.Effects of antimicrobial components of essential oils on growth of Bacillus cereus INRA L2104 in and the sensory qualities of carrot broth[J].International Journal of Food Microbiology,2006,106(1):90-94.

[15]Fu T Y,Gent P,Kumar V.Efficacy,efficiency and safety aspects of hydrogen peroxide vapour and aerosolized hydrogen peroxide room disinfection systems[J].Journal of Hospital Infection,2012,80(6):199-205.

[16]Valverde J M,Guillen F,Martinez-Romero D,et al.Improvement of table grapes quality and safety by the combination of modified atmosphere packaging(MAP)and eugenol,menthol,or thymol[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2005,53(19):7458-7464.

[17]Choi N Y,Baek S Y,Yoon J H,et al. Efficacy of aerosolized hydrogen peroxide-based sanitizer on the reduction of pathogenic bacteria on a stainless steel surface[J].Food Control,2012,27(4):57-63.

[18]Zhou S,Shao Y,Gao N,et al. Effect of chlorine dioxide on cyanobacterial cell integrity,toxin degradation and disinfection by -product formation[J].Science of the Total Environment,2014,482-483(5):208-217.

[19]Huang Y X,Ye M,Chen H Q. Efficacy of washing with hydrogen peroxide followed by aerosolized antimicrobials as a novel sanitizing process to inactivate Escherichia coli O157∶H7 on baby spinach[J]. International Journal of Food Microbiology,2012,153(3):306-313.

[20]Choi M R,Lee S Y,Park K W,et al. Effect of aerosolized malic acid againstListeriamonocytogenes,SalmonellaTyphimurium,andEscherichiacoliO157∶H7 on spinach and lettuce[J]. Journal of Food Control,2012,24(1):171-176.

[21]Zhang M,Oh J K,Huang S,et al. Priming with nano-aerosolized water and dip-washing with hydrogen peroxide:An efficient sanitization method to inactivate Salmonella Typhimurium LT2 on spinach[J].Journal of Food Engineering,2015,161(2):8-15.

[22]Guo Q,Lv X,Xu F,et al.Chlorine dioxide treatment decreases respiration and ethylene synthesis in fresh-cut ‘Hami’ melon fruit[J].International Journal of Food Science and Technology,2013,48(5):1775-1782.

[23]Bartz J A,Yuk H G,Mahovic M J,et al.Internalization of Salmonella enterica by tomato fruit[J].Food Control,2015,55(8):141-150.

[24]FAO,CropDescriptionandClimate,2004.Availablehttp://www.fao.org/ag/agl/aglw/cropwater/tomato.stm#-descrip[2005-1-24].

Inactivation ofSalmonellaentericaserovarTyphimuriumand quality maintenance of cherry tomatoes with in-package aerosolization of essential oil

JIANG Yun-bin1,LI Xi-hong1,*,FAN Xue-tong2,TIAN Guang-juan1,LI Li-mei1,PANG Ling-ling1

(1.College of Food Engineering and Biotechnology,Tianjin University of Science and Technology,Tianjin 300457,China; 2.U.S. Department of Agriculture,Eastern Regional Research Center,PA 19038,USA)

The purpose of the present study was to investigate the efficacy of in-package aerosolized essential oil(Mustard,Cinnamon,Oregano and Thyme oil)in reducing population ofSalmonellaentericaserovarTyphimuriuminoculated on tomato fruit and in maintaining fruit quality. Cherry tomatoes were inoculated with a cocktail of attenuatedS.TyphimuriumATCC 53467 and 53468 strains on the smooth skin surface and stem scar area. Then essential oil were aerosolized into a clamshell package containing either the inoculated cherry tomatoes for the antimicrobial study or non-inoculated fruit for quality analysis. The treated fruits were stored at 10 ℃ for 3 weeks. Results showed that the reductions ofS.Typhimuriumpopulation on both smooth surface and stem scar area were significantly.S.Typhimuriumpopulation on the smooth surface were reduced by more than 2.00 log CFU/fruit by essential oil. On the stem scar area,essential oil were also effective in reducingS.Typhimuriumpopulation,achieving more than 1.00 log CFU/fruit reduction. With the storage period extending,the total number of colonies were also decreased,but the total number of colonies of treated fruit was also reduced,which proved its inhibitory effect was still valid. None of the treatments significantly(p>0.05)affected color,firmness,vitamin of tomatoes during 3 weeks of storage. Therefore,the results suggest that the in-package aerosolized sanitizers can be used as a novel method for the inactivation ofSalmonellaon vegetable and fruit.

aerosolization;essential oil;inactivation;SalmonellaentericaserovarTyphimurium

2016-08-26

姜云斌(1980-)，男，博士，助理研究员，研究方向：农产品贮藏，E-mail:yunbinjiang@126.com。

“十二五”国家科技支撑计划课题任务(2015BAD16B08，2015BAD16B02)。

TS255.3

A

1002-0306(2017)09-0324-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.09.054