酸性電解水與次氯酸鈉清洗鮮切菠菜節水能力比較

王 丹,張向陽,2,馬 越,趙曉燕,*

(1.北京市農林科學院蔬菜研究中心、北京市果蔬農產品保鮮與加工重點實驗室,農業部華北地區園藝作物生物學與種質創制重點實驗室、農業部都市農業(北方)重點實驗室,北京 100097;2. 北京農學院,北京 102206)

酸性電解水與次氯酸鈉清洗鮮切菠菜節水能力比較

王 丹1,張向陽1,2,馬 越1,趙曉燕1,*

(1.北京市農林科學院蔬菜研究中心、北京市果蔬農產品保鮮與加工重點實驗室,農業部華北地區園藝作物生物學與種質創制重點實驗室、農業部都市農業(北方)重點實驗室,北京 100097;2. 北京農學院,北京 102206)

分別采用酸性電解水與次氯酸鈉清洗鮮切菠菜,比較其在顯著抑菌前提下的節水能力。在重復使用清洗水及不同菜水比的情況下,研究對鮮切菠菜的抑菌效果的影響,并揭示不同清洗劑物化指標的變化。結果表明:與次氯酸鈉相比,強酸電解水在低菜水比的條件下能顯著減少鮮切菠菜的菌落總數;在同樣的清洗次數條件下,酸性電解水抑菌效果更好;清洗水在重復使用過程中,強酸電解水物化指標的變化較小且能保持水中菌落數量在低水平,可循環使用的潛力更高;重復使用清洗劑,pH變化不大,ORP(氧化還原電位)以及有效氯大幅下降,綜合考慮,清洗過程中ORP的保持至關重要。

鮮切菠菜,酸性電解水,次氯酸鈉,抑菌效果,清洗

鮮切蔬菜是近年國際上發展較快的蔬菜加工實用技術之一,我國的鮮切蔬菜產業在近十年間也得到了迅猛發展。然而,鮮切蔬菜在清洗過程中由于耗水量較大、消毒劑使用不規范等原因,影響了該產業的發展。目前,加工工藝中清洗蔬菜的用水量一般為每加工1t耗水7～8t,且基本上是清洗后即排放,耗水嚴重。此外,次氯酸鈉消毒劑是我國鮮切蔬菜生產中最常用的消毒劑[1-2],過度使用可能形成致癌化學物并產生新的高耐受性病原菌,粗糙的消毒液添加也可能造成產品的傷害和影響員工的身體健康,對其采用嚴格的使用管理技術具有重要意義。電解水是一種新型的環保型消毒劑[3],具有顯著的減菌效果[4-6],除具有次氯酸鈉的減菌有效因子有機氯及不適合微生物生存的pH外,較次氯酸鈉增加了減菌因子——ORP(氧化還原電位)。關于酸性電解水節水效果方面,課題組前期的實驗結果表明,在鮮切胡蘿卜清洗過程中,與次氯酸鈉相比,酸性電解水顯示出其高效節水性[7]。菠菜是鮮切葉菜類產品中的典型代表,在超市銷售與快餐業中需求量大[8]。鮮切菠菜為根菜類,其葉表面積大且不平整,國內外關于酸性電解水進行菠菜清洗節水效果的研究還未開展。本文以鮮切菠菜為研究對象,比較次氯酸鈉與酸性電解水在不同耗水比與清洗水多次循環利用條件下的減菌效果,為實際生產中進行不同清洗方式的殺菌效果與節水能力應用提供理論依據。

表1 清洗機制備方式及參數Table 1 Cleaning water preparation and parameters

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮切菠菜 購于北京市海淀區彰化路農貿市場,選取色澤鮮亮、清潔、無明顯缺陷的樣品,經整理去莖處理后,切片約為3×3cm大小。

STN-C3-150型電解氧化水機 上海斯鈦諾公司;Incucell 55型恒溫培養箱 德國MMM集團;GI54DW型高壓滅菌鍋 美國致微公司;PTH 027型水質有效氯檢測儀 英國百靈達公司;Hi8424型pH/ORP便攜檢測儀 意大利哈納公司;1900C型便攜式濁度儀 HACH。

1.2 實驗方法

1.2.1 清洗劑制備 清洗劑制備同前期實驗[7],具體如表1。

1.2.2 不同菜水比條件下的減菌效果 分別將250g鮮切菠菜葉以1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30的菜水比浸泡于不同清洗劑中,以未清洗的處理樣為對照,處理10min后取樣,采用GB 4789.2-2010法檢測菌落總數。

1.2.3 清洗水重復使用對菌落總數的抑制作用 500g鮮切菠菜浸泡于10L不同類型的清洗水中,處理10min后取出,分別取樣品與清洗水樣進行微生物檢測。另取1kg菠菜放入上述清洗水中,處理10min取出;重復操作3次,以未清洗的處理樣為對照,按國標法檢測菌落總數變化。

1.2.4 清洗劑重復使用過程中物化指標檢測 方法同前期實驗[7],具體如下:循環利用的清洗水在不同批次樣品處理間分別檢測水中指標的變化,指標含有效氯濃度、pH、ORP與濁度值,所有結果均通過清洗中直接取樣,使用便攜儀器測定獲得。

1.3 數據分析

使用Origin8.0軟件作圖和DPS統計軟件分析,用Duncan檢驗進行方差分析(p≤0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同菜水比條件下對鮮切菠菜的減菌效果

由圖1可知,未清洗的鮮切菠菜菌落總數為(6.79±0.036)lgCFU/g。在菜水比低于1∶15的處理條件下,強酸電解水對鮮切菠菜菌落總數抑制效果顯著強于其他清洗劑的使用效果,其次為弱酸電解水,在菜水比1∶15時強酸電解水抑菌量達到(2.20±0.063)lgCFU/g。當菜水比低于1∶20時,對于不同清洗劑,抑菌效果均隨著清洗水量的增加發生不同程度的變化;當清洗水量≤1∶20時,各種清洗水抑菌效果均不再發生顯著性變化,酸性電解水對鮮切菠菜可達到和次氯酸鈉處理相同甚至更好的抑菌效果。這是由于酸性電解水除含有氯消毒成分外,高ORP使其具有更好的減菌作用。

圖1 不同菜水比清洗處理后鮮切菠菜菌落總數殘留量Fig.1 Surviving bacteria on fresh-cut spinach after washing treatments under different sample/solution ratio

2.2 清洗劑重復使用對鮮切菠菜減菌效果的影響

在保持減菌效果不變的前提下,如能重復利用清洗水,將能減少鮮切菠菜的清洗水耗水量。圖1實驗結果表明菜水比>1∶20時,各種清洗水處理鮮切菠菜抑菌效果不再發生顯著性變化,因此選擇在此條件下比較多次清洗后對鮮切菠菜減菌能力的變化,結果見圖2。

表2 多次清洗鮮切菠菜對清洗劑參數指標的影響 Table 2 Effect of fresh-cut spinach with multiple washing on physico-chemical parameter of washing water

圖2 清洗水多次處理對鮮切菠菜菌落總數殘留量的影響Fig.2 Surviving population of total bacteria on fresh-cut spinach after multiple washing

未處理的鮮切菠菜菌落總數為(6.79±0.036)lgCFU/g。由圖2可知,經過一次清洗后不同清洗劑對鮮切菠菜菌落總數的抑制量無顯著性差異。與清洗劑處理鮮切胡蘿卜的效果趨勢類似,次氯酸鈉隨清洗次數的增加抑菌效果下降,但是變化幅度并沒有和處理鮮切胡蘿卜那么顯著,原因是清洗鮮切菠菜的水量非常大,能保持抑菌能力在較高水平。與次氯酸鈉相比,酸性電解水處理鮮切菠菜可維持首次同樣的抑菌效果多次,強酸電解水可保持2次使用,弱酸電解水則可使用3次,此時對鮮切菠菜的抑菌量約為(1.88±0.040)lgCFU/g。可見,在同樣的清洗次數條件下,酸性電解水抑菌效果明顯強于次氯酸鈉,可循環使用潛力更高。

2.3 清洗劑重復使用過程中水中微生物的變化

在清洗過程中,部分微生物會進入清洗水中,如果重復利用,將會造成交叉污染[9]。為揭示此問題,進一步研究了上述實驗中重復使用清洗水對微生物的作用效果,結果見圖3。

圖3 多次清洗鮮切菠菜后清洗劑中菌落總數變化Fig.3 Surviving population of total bacteria on washing water after multiple washing with fresh-cut spinach

由圖3可知,不同清洗劑使用一次后,清洗水中并未檢測到菌落生長,這也與耗水量比較大有關系。隨著重復使用的次數增加,次氯酸鈉處理組的菌落數量逐漸增多,當清洗4次以后,菌落數達到(2.59±0.048)lgCFU/g。強酸電解水處理3次后、弱酸電解水使用2次后,清洗水中仍未檢測到微生物生長。但是再次增加重復清洗次數,水中菌落總數則顯著上升,這也標志著該清洗水殺菌效力的降低。同樣重復使用幾次后,酸性電解水中的菌落總數一直低于次氯酸鈉處理鮮切菠菜后水中菌落數量。可見,酸性電解水與次氯酸鈉相比,在鮮切菠菜清洗過程中具有更好的防交叉污染作用。

2.4 清洗劑重復使用過程中物化指標的變化

采用多次清洗方式處理,除應考慮清洗劑中的微生物污染狀況外,清洗劑中有效殺菌成分的變化也是影響其重復利用的重要因素。重復利用清洗劑的物化指標變化情況見表2。

由表2可知,清洗水重復清洗鮮切菠菜過程中,pH的變化緩慢。清洗四次后,次氯酸鈉由11.14降至10.21,強酸電解水pH由2.39升至3.03,弱酸電解水由5.59降至4.91,有效氯濃度下降迅速。尤其是次氯酸鈉,清洗4次后,有效氯濃度降低了67.6%。而ORP變化速度緩慢,重復清洗至3、4次以后才會發生急劇改變,清洗4次后次氯酸鈉ORP由567.9降至550.4,強酸電解水由1135降至822,而弱酸電解水由801降至759;濁度呈顯著上升趨勢,可見,清洗后水中有機物含量升高,清洗過程中菠菜中殘渣及電解液滲透到清洗水中,影響殺菌成分。由清洗水物化指標結合以上清洗結果可以看出,第一次清洗時次氯酸鈉有效氯含量明顯高于電解水,但電解水與其減菌效果相當,第二次清洗后,次氯酸鈉有效氯濃度仍然明顯高于電解水,然而減菌效果顯著弱于電解水。這與前人研究結果相似,侯田瑩等[10]研究表明酸性電解水有效氯濃度大于10mg/L、ORP≥600mV時才具有明顯抑菌效果。可見清洗水中僅含有有效氯,要得到穩定的抑菌效果則需要其濃度保持較高水平[11],然而高有效氯與有機物反應生成三氯代烷的致癌物[12],存在健康隱患,因此含有有效氯、低pH與高ORP等多種減菌成分的清洗水才更具重復利用的潛力。

3 結論

采用不同清洗劑處理鮮切菠菜,其中酸性電解水在低耗水的條件下就可達到與次氯酸鈉在較高耗水條件下的殺菌效果。以次氯酸鈉首次清洗的抑菌結果為標準,強酸電解水處理鮮切菠菜可保持2次使用,弱酸電解水則可3次使用。

酸性電解水在重復使用實驗過程中,可保持清洗水中長時間無微生物存活,對于生產過程中交叉污染的防治效果十分顯著,酸性電解水在鮮切菠菜上的應用較次氯酸鈉更具有節水優勢。

清洗水使用過程中殺菌成分除了有效氯外,低pH及高ORP值的保持具有重要意義。

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Comparison of the water-saving ability of acid electrolyzed waterand sodium hypochlorite on fresh-cut spinach

WANG Dan1,ZHANG Xiang-yang1,2,MA Yue1,ZHAO Xiao-yan1,*

(1.Beijing Vegetable Research Center,Beijing Academy of Agriculture and Forestry Science,Beijing Key Laboratory ofAgricultural Products of Fruits and Vegetables Preservation and Processing,Key Laboratory of Biology andGenetic Improvement of Horticultural Crops (North China)and Key Laboratoryof Urban Agriculture(North),Ministry of Agriculture,Beijing 100097,China;2. Beijing University of Agriculture,Beijing 102206,China)

The aim of the article was to compare the water-saving ability of acid electrolyzed water and sodium hypochlorite during washing fresh-cut spinach. The bacteriostatic effect,physical and chemical indicators of cleaning agent were studied after washing fresh-cut spinach under the conditions of using cleaning agent several times and different washing ratio. The results showed that acid electrolyzed water significantly reduced the total number of bacteria on fresh cut spinach in low washing ratio when compared with sodium hypochlorite. Acid electrolyzed water exhibited better bacteriostatic effect than sodium hypochlorite under the condition of the same washing time. Physical and chemical indicators of acid electrolyzed water changed and the total number of bacteria less than other cleaning agent which indicating that acid electrolyzed water had more potential for recycling use. pH change was small,ORP and active chlorine decreased significantly after repeating use of cleaning agent. Keeping high ORP was very important factor to during washing processing.

fresh-cut spinach;acid electrolyzed water;bacteriostatic effect;disinfection

2014-09-18

王丹(1980-),女,博士,副研究員,研究方向:農產品加工。

*通訊作者:趙曉燕(1969-),女,博士,研究員,研究方向:農產品加工。

現代農業產業技術體系建設專項資金資助(CARS-25);北京市農林科學院科技創新能力建設專項(KJCX20140204);果蔬農產品保鮮與加工北京市重點實驗室項目(Z141105004414037)。

TS255.3

A

1002-0306(2015)13-0343-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.13.063