臭氧在雞蛋保鮮中的應(yīng)用研究進展

韓愛云，侯惠靜，左曉磊，解立斌，張媛媛，吳子健

（1.石家莊學(xué)院化工學(xué)院，河北石家莊050035；2.天津天獅學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，天津301700；3.石家莊市農(nóng)業(yè)畜牧局，河北石家莊050041；4.天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院天津食品生物技術(shù)重點實驗室，天津300134）

在大多數(shù)發(fā)布食源性疾病數(shù)據(jù)的國家中，沙門氏菌被認為是最受關(guān)注的目標病原體之一[1]，由沙門氏菌引起的沙門氏菌病[2]是人類第二常見人畜共患病[3]，對人類健康和經(jīng)濟產(chǎn)生嚴重影響[4]。據(jù)估計，美國每年因非傷寒沙門氏菌引起大約120萬人患病和450人死亡[5]。其中雞蛋及其蛋制品是沙門氏菌爆發(fā)的主要來源[6-7]。我國的禽蛋產(chǎn)量自1985年以來一直穩(wěn)居世界第一，2017年全國雞蛋產(chǎn)量達到2 110.35萬噸，占世界總產(chǎn)量的40%以上，但出口量只有8.24萬噸[8]，僅占世界總出口量的不到5%。多年來我國國內(nèi)鮮蛋消費主要以“臟蛋”的消費為主，這存在很大的安全隱患。為了保證雞蛋的質(zhì)量安全，家禽業(yè)應(yīng)該有經(jīng)濟有效的抗菌、消毒系統(tǒng)為消費者提供便捷的安全雞蛋。在美國、加拿大、澳大利亞和日本等國家都是使用一定方法將雞蛋去污和洗滌的[9-11]，盡管這樣，美國每年仍然有20萬病例可能是由于帶有沙門氏菌的雞蛋引起的[12]。歐盟國家不允許清洗殼蛋[13-16]，因為這些過程會影響蛋外層（角質(zhì)層）并增加危險微生物如沙門氏菌滲入蛋殼的風險[17]。研究表明，一般的商業(yè)清洗劑或消毒劑在最優(yōu)條件下最多可將蛋殼表面的微生物菌群采用噴灑方式，減少2個～3個數(shù)量級[14]，即便如此，洗蛋仍不能避免沙門氏菌病傳播的風險，因為洗蛋雖然改善了殼蛋的外觀，并減少了殼上的微生物負荷，但不正確的洗滌方法可能會導(dǎo)致腸炎沙門氏菌滲入蛋內(nèi)，微生物會在雞蛋內(nèi)繼續(xù)繁殖[18-19]。美國每人每年消費260個雞蛋，其中66%為新鮮雞蛋，34%作為雞蛋產(chǎn)品消耗[20]。如此大的消費量，雞蛋安全就顯得非常重要。美國FDA將雞蛋列為有潛在危險的食物，估計每年大約有320萬腸炎沙門氏菌污染的雞蛋（0.004%），這些會導(dǎo)致80萬多沙門氏菌病例[21]。因此，延長雞蛋保質(zhì)期，探索有效的雞蛋清潔、保鮮方法具有重要的現(xiàn)實意義。

臭氧是已知最強的氧化劑之一，以相對較低的濃度和短時間的處理就可滅活細菌、霉菌、酵母菌、寄生蟲和病毒[22-24]，具有速度快、效率高、無殘留[25-27]等特點，作為一種生物有效廣譜抗菌劑，目前已廣泛應(yīng)用于肉類、家禽[28-29]、奶制品[30-31]、果蔬[23，32-34]、海產(chǎn)品[35-36]、谷物[37-38]、瓶裝水、果汁[34]及香料[39-40]等食品中。本文將對臭氧在雞蛋保鮮中的應(yīng)用研究進展進行綜述。

1 臭氧保鮮的原理

臭氧具有廣泛的抗菌活性，其殺菌是一個復(fù)雜的過程，它的不穩(wěn)定性導(dǎo)致其可分解成羥基、氫過氧化物和超氧自由基[41]，這些物質(zhì)會攻擊細胞膜成分（包括蛋白質(zhì)，呼吸酶，不飽和脂肪酸等），細胞包膜（肽聚糖），細胞質(zhì)（酶，核酸），孢子外殼和病毒衣殼（蛋白質(zhì)和肽聚糖）[41-42]。從目前的研究報道看，臭氧滅活微生物主要有兩種機制：一種是巰基被氧化，巰基的氨基酸酶，肽和蛋白質(zhì)在臭氧處理過程中會產(chǎn)生較小的肽。第二種機制是將多不飽和脂肪酸氧化成酸過氧化物。但總體來看都是因為由于臭氧使微生物的細胞包膜的受損或解體而導(dǎo)致細胞內(nèi)容物泄漏細胞溶解而死亡[42]。很多研究證明臭氧對各種微生物，包括革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌，以及孢子形式和營養(yǎng)細胞都有很好的抗菌作用[40-41]。臭氧還對細胞內(nèi)的核酸中的嘌呤及嘧啶產(chǎn)生破壞作用。Prat等[43]和Scott[44]的研究表明，臭氧可破壞大腸桿菌中DNA的嘧啶堿基，其中胸腺嘧啶比胞嘧啶和尿嘧啶對臭氧的敏感性更高。臭氧對病毒的作用首先是作用于病毒的衣體殼蛋白的4條多肽鏈，并損傷其RNA，并且將其形成它本身的蛋白質(zhì)。Kim等[45]檢測了氚化的f2噬菌體及其暴露于臭氧后的RNA。發(fā)現(xiàn)臭氧將噬菌體氧化后，在電鏡下可觀察到噬菌體已被斷裂成很多碎片，并且釋放出來很多核糖核酸，此物質(zhì)可干擾在寄存體上吸附。但是，Roy等[46]研究表明，導(dǎo)致脊髓灰質(zhì)炎病毒滅活的主要原因是由于病毒的核酸受損。臭氧不僅破壞了病毒RNA而且還改變了病毒蛋白質(zhì)外殼的多肽鏈。臭氧可將許多不可生物降解的有機材料轉(zhuǎn)化為可生物降解的形式，分子也自行分解成氧氣，對環(huán)境污染最小化[47]。

2 臭氧保鮮的發(fā)展史

臭氧作為消毒劑使用可以追溯到19世紀初[48]。1840年首次被發(fā)現(xiàn)，1893年它被應(yīng)用于污水處理[49]；1906年，法國首次將臭氧用于安全飲用水中；1910年，德國將臭氧用于肉類包裝，對冷凍肉表面殺菌；1936年，法國用于貝類凈化，1939年，用于抑制水果中酵母菌和霉菌的生長；1942年，美國開始使用臭氧技術(shù)儲藏雞蛋和奶制品；1957年，德國用于氧化飲用水中的鐵和錳，1977年，俄羅斯首次用臭氧殺滅殼蛋中沙門氏菌[50]，隨后各國陸續(xù)將臭氧應(yīng)用于醫(yī)藥衛(wèi)生、食品、飼養(yǎng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、貯存保鮮、化工生產(chǎn)、自來水消毒等領(lǐng)域[51]。1982年，美國食品藥品管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）認為臭氧是安全的（generally recognized as safe，GRAS），但具有特殊的限制，只可用作消毒劑和瓶裝水中[52]。但是1997年，臭氧在食品中的應(yīng)用被停止，原因是美國FDA沒有將臭氧批準為可直接接觸的食品消毒劑，在商業(yè)上不允許使用，甚至認為臭氧的使用是非法的[53]。2001年，F(xiàn)DA批準臭氧可以用在包括肉類和家禽在內(nèi)的各種食品中[54]。這就意味著按照公認的行業(yè)慣例，臭氧可以作為安全抗菌劑廣泛用于食品生產(chǎn)、加工及儲存過程中，而且不受濃度限制[50]。自此以后，隨著臭氧發(fā)生裝置的不斷發(fā)展，臭氧的應(yīng)用越來越廣泛。我國食品行業(yè)應(yīng)用臭氧較晚，但是發(fā)展較快，目前已在食品集裝箱、食品冷藏車內(nèi)，以及高儲存過程中的貨架期方面廣泛應(yīng)用[25]。

3 國內(nèi)外臭氧滅菌、保鮮技術(shù)研究

2001年美國FDA將臭氧列入可直接和食品接觸的添加劑[54]，許多國家近年來也一致認為臭氧是安全的（GRAS），臭氧處理被認為是一種很好的滅菌、保鮮方法，具有非常廣闊的前景，近年來臭氧在禽蛋保鮮方面引起科學(xué)家們的廣泛關(guān)注，國內(nèi)外涌現(xiàn)出大量相關(guān)報道。

孫寶忠等[55]報道，在常溫常壓下，將1 d～7 d的新鮮雞蛋浸泡在濃度為6 mg/L臭氧水溶液中10 min，自然風干后貯存在（20±2）℃、相對濕度（relative humidity，RH）為70%環(huán)境中，雞蛋保鮮期長達30 d。趙慶等[56]研究結(jié)果表明，用含10 mg/L臭氧的溶液處理10 min，可殺滅水中80%的金黃色葡萄球菌、90%的大腸桿菌、70%的白色念珠菌和85%的結(jié)核分枝桿菌。葛英亮[57]針對臭氧殺菌真空包裝的方法對雞蛋的保鮮效果的研究表明，雞蛋在用臭氧殺菌3 min之前，采用0.5%過氧乙酸溶液中進行預(yù)殺菌，最后再用尼龍/聚乙烯（Nylon/Polyethylene，NY/PE）復(fù)合袋真空包裝，好蛋率高于95%，保鮮期可達7個月。

Rudavskaya等[58]評估臭氧處理對雞蛋質(zhì)量和保存特性的影響。用臭氧氣體（10 mg/L～12 mg/L空氣）處理雞蛋6 h，然后在218℃，86%RH和298℃和75%RH下儲存6個月。分析雞蛋的感官品質(zhì)，蛋黃中酸、過氧化物和硫代巴比妥酸值的變化，白蛋白和蛋黃指數(shù)，以及品質(zhì)分級的變化。所有質(zhì)量參數(shù)在臭氧處理的樣品中都比對照組好，而較低的儲存溫度對雞蛋質(zhì)量更有益。

多項研究表明，氣態(tài)臭氧用于控制微生物的數(shù)量，在保證雞蛋的質(zhì)量安全方面起到了很明顯的作用[50]。Rodriguez-Romo等研究表明用12%～14%濃度的氣態(tài)臭氧（101.3 kPa）處理雞蛋表面僅10 min，就可以將腸炎沙門氏菌降低5個數(shù)量級以上[59-60]。Goo-Hee等[61]研究氣態(tài)臭氧（38.8 ppm）處理10 min～30 min對雞蛋的一些物理及化學(xué)性質(zhì)的影響，包括哈氏單位（HU），蛋黃顏色，pH值等，蛋白和蛋黃的起泡能力，泡沫穩(wěn)定性和脂質(zhì)氧化情況。結(jié)果顯示，經(jīng)過臭氧處理的雞蛋與在4℃下儲存14 d的對照組無顯著差異。針對雞蛋保鮮方面的研究表明，用濃度為2、4、6 ppm的氣態(tài)臭氧處理2 min和5 min，可以使雞蛋在24℃的保質(zhì)期延長至6周，但是高濃度的臭氧會對雞蛋品質(zhì)產(chǎn)生負面影響[62]。Perryd等的研究指出臭氧巴氏消毒可使殼蛋中的腸炎沙門氏菌菌落降低5個數(shù)量級[63]。Maxkwee等將臭氧巴氏殺菌與熱巴氏殺菌兩種方法做了對比，發(fā)現(xiàn)臭氧巴氏殺菌不會對雞蛋的蛋黃高度，顏色及外觀造成不良影響，與未處理的新鮮雞蛋沒有顯著差異，而且在香氣，味道，質(zhì)地和口感方面比熱巴氏殺菌更有優(yōu)勢[64]。

4 雞蛋臭氧保鮮技術(shù)存在的問題及發(fā)展前景

臭氧保鮮的優(yōu)點顯而易見，但是缺點也不容忽視。

一是臭氧濃度較難確定。臭氧分解的機制很復(fù)雜依賴于多種因素的影響，分解過程中，在溶液和各種有機物等介質(zhì)中產(chǎn)生自由基，臭氧能促進或抑制自由基的連鎖反應(yīng)。因此，這可能很難推廣一個特定濃度的臭氧有效地抑制特定的食品中微生物的濃度[63]。

二是臭氧濃度過高可能對品質(zhì)產(chǎn)生負面影響。對于脂肪含量高的食物需要高濃度的臭氧來處理，但是當臭氧濃度較高時，可能會加速脂質(zhì)氧化從而使食物表面的成分氧化產(chǎn)生不良氣味[25，60]。一個雞蛋大約含脂肪4.5 g，其中56%～60%是不飽和脂肪酸[65]，它們特別容易被臭氧氧化并產(chǎn)生異味。Kamotani等[66]將臭氧處理的雞蛋與普通熱殺菌蛋進行比較之后發(fā)現(xiàn)，臭氧處理的雞蛋在視覺和感官可接受性方面與傳統(tǒng)雞蛋沒有顯著差異，臭氧處理的雞蛋在一定程度上比熱巴氏滅菌雞蛋接受度更好。盡管如此，對于過度使用臭氧可能會導(dǎo)致食品風味發(fā)生變化的情況，仍需要進一步的研究來闡明其動力學(xué)機制，并對其進行優(yōu)化，以應(yīng)用于食品保鮮上。Fuhrmann等[67]通過研究10 mL/L～50 mL/L的氣態(tài)臭氧處理種蛋，發(fā)現(xiàn)臭氧處理對卵黃沒有顯著影響，但是最高濃度50 mL/L的臭氧對胎盤的DNA有一定影響，可顯著降低游離-SH基團在蛋白中的數(shù)量，而較低濃度的臭氧劑量只對蛋表面產(chǎn)生影響，對胚胎發(fā)育可能沒有危害。

三是安全性問題。臭氧在食品工業(yè)的實際應(yīng)用中，安全性是一個重要問題。臭氧濃度檢測是為了安全考慮，主要針對那些從事食品加工及相關(guān)設(shè)施的工作人員。另外，采用臭氧處理食品，應(yīng)該避免過量使用臭氧。要利用生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（good manufacturing practices，GMP）和危害分析的臨界控制點（hazard analysis and critical control point，HACCP)來控制在食品加工中的過程中的高臭氧濃度。Razumovskii等[68]表示建筑物內(nèi)部最大允許濃度為0.1 mg/m3（0.047 ppm）。在美國，工作環(huán)境中（以8 h/d,每周工作40 h為標準）臭氧的最大濃度為0.1 ppm（體積/體積），且每天暴露在臭氧中的次數(shù)不超過4次，每次不超過15 min，且每次間隔時間大于1 h[69-72]。因此，涉及臭氧的所有過程都應(yīng)該采取適當?shù)念A(yù)防措施，以避免工作期間臭氧污染[73]。

四是臭氧處理和其他保鮮技術(shù)結(jié)合使用，效果可能會更好。有研究表明，僅臭氧單獨使用雖然可以有效的抑制雞蛋表面的沙門氏菌[59]，但是，只用氣態(tài)臭氧處理還不足以減少雞蛋內(nèi)的沙門氏菌數(shù)量，加熱的方法與臭氧處理協(xié)同使用將會達到更好的效果[73-74]。

目前臭氧的研究仍然處于較初級的水平，其保鮮機理、保鮮條件、保鮮模型仍然需要進一步研究，相關(guān)的大規(guī)模制取方法、行業(yè)標準等有待解決。雖然有一些關(guān)于臭氧保鮮的負面報道，但是，臭氧作為一種無殘留消毒劑已被世界公認，其在食品保鮮方面的優(yōu)點為食品行業(yè)的研究者們指明未來的研究方向，我們相信，隨著臭氧的研究逐步深入、臭氧發(fā)生裝置的不斷發(fā)展，臭氧在雞蛋保鮮上必將得到更廣闊的應(yīng)用。