电解式臭氧水对盐渍青菜中微生物及风味的影响

蒲 佩,刘云利,厍 晓,钱 杨,李娅琳,蒋云露,车振明,饶 瑜*

(1.西华大学 食品与生物工程学院,四川 成都 610039；2.成都市食品药品检验研究院,四川 成都 610039)

我国是世界上最大的蔬菜生产国和消费国,在2016年蔬菜产量达到77 403万t,其中商业加工量为61 692万t,占蔬菜生产总量的80%［1］。但由于新鲜蔬菜不易保存,在食用和加工前常采用高盐盐渍的方法使其长期储藏。该方法因操作简易,成本低廉,已成为我国古老和重要的蔬菜保藏方式。由于盐渍蔬菜中盐浓度过高(通常为8%～15%),因此食用或加工前需要进行脱盐处理。在高盐盐渍过程中,蔬菜原料中的微生物受高渗环境抑制。脱盐后盐浓度大大降低,其中的微生物容易重新生长繁殖。另一方面,传统脱盐方法大多采用自来水冲洗或浸泡,自来水也会引入新的微生物。微生物的生长繁殖会导致生花、发粘、发软等腐败现象,对蔬菜产品的色香味带来不利影响。

为了防止脱盐后蔬菜产品腐败变质,目前蔬菜加工产业大多通过添加化学防腐剂以抑制微生物生长。但实际生产中已发现现有防腐剂已无法达到控制有害微生物生长的目的。有研究表明在国标规定的最大防腐剂添加量条件下,一些有害微生物仍能生长［2-4］。同时,现代消费者追求“纯天然”的食品而杜绝防腐剂的添加。因此,如何在进行盐渍蔬菜脱盐的同时,有效控制蔬菜的微生物腐败,已成为蔬菜加工行业迫切需要解决的问题。

多年来臭氧一直被认为是一种安全的食品杀菌剂,臭氧杀菌技术是现代食品工业采用的冷杀菌技术之一［5］。它不仅可用于食品的灭菌,而且可用于加工设备、包装材料和生产车间等的消毒灭菌［6-7］,该技术具有杀菌迅速、杀菌谱广、操作简单等特点。臭氧在处理食品后可分解为氧气,不残留任何有害物质,也不会影响人体健康,而且成本低廉［8］。基于此,本研究分别采用电解式臭氧水和自来水对盐渍蔬菜进行脱盐处理,对比两种处理方法对蔬菜中病原/腐败微生物的影响,并从挥发性风味物质方面来分析不同方法脱盐处理后蔬菜品质的变化。为利用臭氧水用于盐渍蔬菜脱盐提供了一定的参考和理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 实验材料

含盐量为11%的盐渍青菜：购于当地农贸市场。

1.1.2 实验菌株

单核增生李斯特氏菌(Listeria monocytogenes)CICC 1.10753、阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae)CICC 1.2022、大肠杆菌(Escherichia coli)CICC 21525、金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)ATCC 6538。

1.1.3 培养基

胰蛋白胨大豆琼脂(tryptose soya agar,TSA)培养基：胰蛋白胨15 g,大豆蛋白胨5 g,NaCl 5 g,琼脂20 g用于配成1 000 mL的培养基,121℃灭菌30 min。

1.1.4 化学试剂

草酸(分析纯)：天津市津东天正精细化学试剂厂；抗坏血酸(分析纯)：成都市科龙化工试剂厂；2,6-二氯靛酚钠盐(纯度≥98%)：上海源叶生物科技有限公司；蒽酮、无水葡萄糖(均为分析纯)：天津市科密欧化学试剂有限公司；抗坏血酸、酒石酸钾纳、亚硫酸钠、亚铁氰化钾、硫酸锌(均为分析纯)：成都市科龙化工试剂厂。

1.2 仪器与设备

GCSJ-15-1-7电解式高浓度臭氧水机：武汉威蒙环保科技有限公司；Centrifuge5804R冷冻离心机、LDZX-75KB立式压力蒸汽灭菌器：德国Eppendorf公司；ZWY-100H恒温培养振荡器：上海智诚分析仪器制造有限公司；75μm PDMS/CAR固相微萃取头：上海安谱科学仪器有限公司；QP2010plus气相色谱质谱仪：苏州科沃安生物科技有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 臭氧水脱盐

本实验所用的臭氧机在开机20 min后,使臭氧水中的臭氧质量浓度达到稳定。将100 g盐渍青菜若干在流动的臭氧水中进行浸泡脱盐处理。处理时间梯度分别设为5 min、10 min、20 min、30 min、40 min,臭氧水浓度分别调至为6.0 mg/L、8.0 mg/L、10.0 mg/L、12.0 mg/L。再将各处理后的青菜晾干、榨汁,并用白陶土脱色后,于8 000 r/min的高速离心机离心10 min,取上清液用于各理化指标的检测。

1.3.2 分析检测

臭氧质量浓度测定：将100 mL臭氧水加入盛50 mL 2%碘化钾(KI)的250 mL碘量瓶中,立即加入0.5 mol/L H2SO43 mL并封口,使溶液呈酸性,置暗处反应5 min,最后用0.005mol/LNa2S2O4标准溶液滴定(以1%淀粉溶液为指示剂)。

还原糖含量的测定［9-10］：采用3,4-二硝基水杨酸法(dinitrosalicylic acid,DNS)；总糖含量的测定［11］：采用蒽酮比色法；维生素C的测定［12-13］：采用2,6-二氯酚靛酚法。

微生物的测定：分别挑取阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae)、大肠杆菌(Escherichia coli)、单核增生李斯特菌(Listeriamonocytogenes)和金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)单克隆于TSA液体培养基中进行活化培养,使其菌浓度达到约1.0×109CFU/mL。移取100 mL该菌悬液于装有10L无菌蒸馏水的容器中,加入称好的100g盐渍青菜若干,搅拌均匀、封口后于37℃培养箱中静置过夜。随后将盐渍青菜取出分为两份,分别用流动的臭氧水和自来水进行脱盐并实时取样。将不同处理时间的青菜试样加入已有900 mL无菌生理盐水的锥形瓶,180 r/min振荡10 min后,取该生理盐水涂布平板,计数。以检验和对比自来水和臭氧水处理盐渍青菜后对腐败和病原微生物数量的影响。

脱盐前后盐渍青菜风味物质的测定［14］：采用固相微萃取(solid phasemicroextraction,SPME)-气相色谱质谱联用(gaschromatography-massspectrograph,GC-MS)法。

样品前处理：待自来水和臭氧水处理后的青菜试样表面水分晾干后剁成末状,称取5.0 g于25.0 mL的顶空萃取瓶中,在恒温槽中保温30min,然后插入SPME顶空取样30min,将萃取头插入GC进样口,250℃解吸3 min后进样分析。

气相色谱条件：RET-5色谱柱(30m×0.32mm×0.25μm)弹性石英纤维毛细管柱；升温程序：36℃保持3 min,以8℃/min升至160℃,保持2 min,再以13℃/min升至250℃,保持7min；载气为氦气(He),流速1.20mL/min,压力62.2kPa,进样方式：不分流。

质谱条件：电子电离(electronic ionization,EI)源,电子能量70 eV,接口温度280℃,离子源温度230℃,全扫描模式,扫描范围：30～450 amu。

1.3.3 风味评价方法［15-16］

采用气味活度值(odor activity value,OAV)评价各风味成分对样品总体风味的贡献,其计算公式如下：

OAV=C/T

式中：C为物质含量,%；T为感觉阈值,μg/kg。

OAV＜1,说明该物质对总体风味无实际作用；OAV＞1,说明该物质可能对总体风味有直接影响；且在一定范围内,OAV越大说明该物质对总体风味贡献越大。由于所研究样品往往包含几十甚至上百种挥发性化合物,绝对定量几乎不可能。因此,食品风味研究领域一般用化合物的相对浓度Cr,代替绝对浓度进行分析。即：Cr≈C。化合物的相对浓度Cr可以通过峰面积归一化法计算得到。

2 结果与分析

2.1 臭氧水处理盐渍青菜后对常见腐败菌和致病菌的杀灭情况

图1 臭氧水和自来水处理后青菜样品中阴沟肠杆菌(A)、大肠杆菌(B)、单核增生李斯特菌(C)和金黄色葡萄球菌(D)数量对比Fig.1 Comparison of the quantity of Enterobacter cloacae(A),Escherichia coli(B),Listeria monocytogenes(C)and Staphylococcus aureus(D)in the vegetable samples treated by ozone water and tap water

当臭氧质量浓度＞10mg/L时,工人长时间在此环境下工作,将对其身体造成毒害作用［17］。因此,本实验中臭氧水选用质量浓度为6 mg/L。将盐渍青菜样品于腐败菌或致病菌菌液中预处理后,分别用臭氧水和自来水对盐渍青菜进行脱盐处理［18-19］,不同处理时间后,青菜中的微生物浓度检测结果如图1所示。

由图1可知,臭氧水浸泡脱盐处理盐渍青菜后,其微生物数量明显下降。臭氧水处理5 min,对以上四种常见致病菌的杀灭率能达到95%；而相同情况下的自来水处理5min,对以上四种常见致病菌的杀灭率只有40%左右。随着臭氧水处理时间的延长,杀菌效果也明显增强,并且臭氧水处理的实验结果明显优于自来水处理的实验结果。臭氧水处理10 min后,盐渍青菜中的常见致病菌基本被杀灭；同等条件下自来水处理10min,对以上四种常见致病菌的杀灭率只能达到75%左右,故自来水不能达到相同的处理效果［20］。因此,臭氧水处理盐渍青菜后对常见腐败菌和致病菌的杀灭情况明显优于自来水的脱盐处理。

2.2 臭氧水处理盐渍青菜后维生素C的变化情况

维生素C是青菜中重要的营养成分,新鲜青菜经腌制加工成盐渍青菜后,仍含有较丰富的维生素C。维生素C作为一种抗氧化剂,具有很强的还原性,容易被臭氧氧化［21］。盐渍青菜中维生素C的降解率随臭氧质量浓度和处理时间的变化情况如图2所示。

图2 不同质量浓度臭氧水处理青菜样品后维生素C的降解率结果Fig.2 Results of the degradation rate of vitamin C in the vegetable samples treated by different concentration of ozone water

由图2可知,当臭氧质量浓度为6.0 mg/L时,5 min的脱盐处理,青菜能够保留了70%左右的维生素C；臭氧质量浓度提至10.0mg/L时,处理5min后青菜中仅存50%的维生素C,处理20 min后青菜中基本没有维生素C。说明青菜中还原性维生素C的含量随臭氧质量浓度的提高和处理时间的延长逐渐降低,这是由于维生素C具有还原性,臭氧处理时易造成维生素C的氧化。当臭氧质量浓度为8.0 mg/L时,短时间的处理(10 min以内)还能保留50%以上的还原性维生素C；当臭氧质量浓度为6.0 mg/L时,长达30 min的处理时间仍能保留50%以上的还原性维生素C。因此,在盐渍青菜脱盐过程中,要使其中的维生素C尽量保留,应严格控制臭氧水的质量浓度和处理时间。

2.3 臭氧水处理对盐渍青菜还原糖和总糖含量的影响

盐渍青菜中的总糖含量是指青菜中所含的各种可被人类利用的糖类物质的总和,还原糖(主要是葡萄糖、果糖、麦芽糖)是青菜中重要的风味成分和营养成分。臭氧水处理盐渍青菜对还原糖和总糖含量的影响分别如表1和表2所示。

表1 不同浓度臭氧水处理后对青菜样品中还原糖含量的变化Table 1 Changes of the reducing sugar contents in the vegetable samples treated by different concentration of ozone water mg/100g

表2 不同浓度臭氧水处理后青菜样品中总糖含量的变化Table 2 Changes of total sugar contents in the vegetable samples treated by different concentration of ozone water mg/100g

由表1和表2可知,臭氧质量浓度及臭氧处理时间对盐渍青菜中还原糖和总糖均没有显著影响(P＞0.05)。随着臭氧水质量浓度及处理时间的系列变化,还原糖的含量始终维持在76.56～80.95 mg/100 g,经统计分析知,臭氧水的质量浓度和处理时间对其没有显著影响(P＞0.05)；总糖的含量为126.64～136.50 mg/100 g,但经统计分析知,臭氧水的质量浓度和处理时间对其也没有显著影响(P＞0.05)。其一方面因为还原糖和总糖绝大部分存在于细胞内,有细胞膜及细胞壁的保护作用,因此低质量浓度的臭氧水对青菜短时间的流水浸泡不易进入细胞内与还原糖反应；另一方面因为还原糖的还原性比较弱,也造成不易与臭氧水发生反应［22］。这与孔凡春等［22］的研究结果一致。

2.4 臭氧水和自来水处理对盐渍青菜中挥发性风味物质的影响

根据上述结果,确定以质量浓度为6.0 mg/L的臭氧水对盐渍青菜进行脱盐处理10 min,利用GC-MS检测分析和比较臭氧水与自来水脱盐对盐渍青菜可挥发性风味成分的影响,结果如表3所示。

表3 臭氧水和自来水处理与未处理的青菜样品中可挥发性成分含量及种类的对比Table 3 Comparison of contents and kinds of volatile compounds in the vegetable samples by ozone water treatment,tap water treatment and without treatment

续表

由表3可知,用臭氧水和自来水对盐渍青菜进行脱盐处理都会在不同程度上影响青菜的风味成分。臭氧水由于自身的强氧化性,在脱盐过程中能引起某些风味成分发生氧化还原反应,从而改变青菜的风味。由表3知,臭氧水处理盐渍青菜后,挥发性风味发生较大变化并且醛类、烯类物质增多。采用气味活度值(OAV值)评价各成分对青菜总体风味的影响［23］。如本实验结果中乙醇的相对含量为43.3%,感官阈值为7.390 0 g/L,得到气味活度值为0.058 66＜1,故乙醇对总体风味无实际作用；再如月桂烯的百分含量为0.5%,感官阈值为0.0011g/L,得到气味活度值为4.5455＞1,故月桂烯对总体风味有直接作用。结果表明,盐渍青菜的主体风味物质为醛类、烯类,而酯类物质对其影响不大。采用自来水脱盐后,风味物质种类未发生明显变化但是浓度明显降低。自来水脱盐对蔬菜风味的影响主要由于冲洗和稀释。

3 结论

臭氧是一种极不稳定的物质［24］,它可以自动分解成无毒的羟基或其他自由基,也可以在物质的表面发生氧化反应,从而有效杀灭盐渍蔬菜中绝大多数病原和腐败微生物,已越来越多的应用于盐渍蔬菜的脱盐处理上［25］。本研究表明,臭氧质量浓度为6.0 mg/L的电解式臭氧水对盐渍青菜处理10 min时,对致病菌和腐败菌的杀灭率可达100%。相同条件下对维生素C的降解较低,能保留50%以上的维生素C；对还原糖和总糖的含量无显著影响(P＞0.05)。但臭氧水会引起盐渍青菜中风味物质种类的变化即醛类、烯类挥发性成分增多,进而影响青菜的风味。本研究为电解式臭氧水在盐渍青菜脱盐中的应用提供了一定的参考。

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