二氧化氯在食品保鮮中的發(fā)展前景

倪孟僑，劉琛，時夢瑤，段玉奇，李哲，王奎濤,2

(1.河北科技大學(xué) 化學(xué)與制藥工程學(xué)院，河北 石家莊 050018；2.河北省藥用分子化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050018； 3.滄州渤海新區(qū)供水排水有限公司，河北 滄州 061000)

當(dāng)今社會，隨著人們生活質(zhì)量的提高，越來越注重食品安全。二氧化氯有著很強(qiáng)的殺菌效果，是國際上公認(rèn)的A1級消毒物質(zhì)[1]。二氧化氯具有殺菌效果強(qiáng)、氧化有機(jī)物能力強(qiáng)、適用pH值范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，諸如飲用水處理、醫(yī)療行業(yè)的殺菌消毒、食品保鮮等。

1 二氧化氯的特性和抗菌機(jī)理

1.1 二氧化氯的特性

二氧化氯 (ClO2)是一種水溶性強(qiáng)氧化劑[2]。其外層還存在一未成對電子，分子的結(jié)構(gòu)呈V型分布，故具有很強(qiáng)的氧化作用[3]。二氧化氯在酸性水溶液中的氧化還原電位高達(dá)1.95 V，氧化能力是雙原子氯的2.5倍[4]。二氧化氯對微生物有很好的滅殺作用，并且安全無殘留、副產(chǎn)物少，因此在殺菌消毒、漂白除臭等方面有著很廣泛的應(yīng)用。

1.2 二氧化氯的抗菌機(jī)理

二氧化氯的抗菌機(jī)理基于它的氧化性。ClO2的抗菌功效主要是由于其破壞了細(xì)胞膜的穩(wěn)定性，即細(xì)胞膜中的氧化化合物和蛋白質(zhì)與ClO2反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞代謝被破壞[5]。由于ClO2是一個小分子，它很容易穿透細(xì)菌細(xì)胞膜并引起呼吸抑制和跨膜離子梯度的降低。此外，ClO2還可破壞微生物體內(nèi)的DNA，使微生物結(jié)構(gòu)受到影響，從而使其失活[6]。

2 二氧化氯在食品保鮮中的應(yīng)用

2.1 在果蔬保鮮中的應(yīng)用

新鮮水果和蔬菜由于易于受到各種有害微生物的污染而被公認(rèn)為是疾病暴發(fā)的主要媒介，已成為世界上最廣泛的公共衛(wèi)生問題之一[7]。果蔬富含維生素，膳食纖維，氨基酸和礦物質(zhì)，具有很高的營養(yǎng)價值。水果和蔬菜的大多數(shù)變質(zhì)是由微生物引起的，微生物的成熟過程中會產(chǎn)生二氧化碳和乙烯，這些物質(zhì)對果蔬有腐爛效果，因此會影響它們的貯運(yùn)[8]。二氧化氯不會與有機(jī)化合物反應(yīng)形成有毒的氯化副產(chǎn)物，可有效地用于維持微生物安全，從而減緩果蔬衰老及腐敗[9]。研究表明，果蔬采后處理過程中，使用二氧化氯可以降低果蔬自然發(fā)病率，有效維持采后品質(zhì)[10]。

2.2 在水產(chǎn)品保鮮中的應(yīng)用

我國水產(chǎn)品種類非常豐富。現(xiàn)如今，我國水資源環(huán)境污染嚴(yán)重，極大的破壞了水產(chǎn)品的生存環(huán)境。相比于陸地動物，水產(chǎn)品所生存的環(huán)境日漸惡化，并且滋生出許多細(xì)菌病毒。眾所周知，二氧化氯在水處理方面有著很廣泛應(yīng)用，將二氧化氯用于處理水產(chǎn)品所生存的環(huán)境，可以有效的去除水中的有害細(xì)菌，減少海產(chǎn)品的細(xì)菌數(shù)，從而使水產(chǎn)品有一個安全可靠的生存環(huán)境[11]。二氧化氯也可作為水產(chǎn)品的保鮮劑，尤其是水產(chǎn)品捕獲后，及時用二氧化氯處理，處理后的水產(chǎn)品可以保持好的品質(zhì)[12]。對一些水產(chǎn)品，諸如魚、蝦、貝類用二氧化氯處理后，能使其在一定的溫度下延長保鮮時間，提高食用安全性[13]。

2.3 在飲品保鮮中的應(yīng)用

飲料在生產(chǎn)出來之前必須做殺菌處理，以保證人們的食用安全。啤酒、乳制品、果汁等飲品中很容易進(jìn)入細(xì)菌，從而影響消費(fèi)者的身體健康[14]。在飲品中加入適量的保鮮劑可以抑制細(xì)菌和去除雜菌，延長保存期，并且二氧化氯用作飲品的保鮮劑已取得很好的效果，有著殺菌效果好、保險時間長、安全性好等優(yōu)點(diǎn)[15]。使用ClO2對飲品進(jìn)行保鮮，可以顯著減少大腸桿菌和沙門氏菌等有害細(xì)菌的的數(shù)量，并且相比于其它保鮮劑，能更好的保持原有飲品的品質(zhì)，不會影響飲品的口感，從一定意義上來說，更符合人們現(xiàn)在健康安全的生活理念[16]。

3 二氧化氯保鮮劑的效果評價

二氧化氯作為一種高效氧化劑和消毒劑，已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)中得到了很好的效果。劉云飛等[17]研究了二氧化氯對香梨貯藏后期保鮮效果，實(shí)驗(yàn)采用不同的濃度來分別處理香梨，觀察香梨的質(zhì)量損失率、色澤、可溶性固形物(TSS)含量等一些指標(biāo)，結(jié)果表示采用質(zhì)量濃度130.43 mg/m3處理效果最好，能較好地維持庫爾勒香梨貯藏期間內(nèi)在和外觀的品質(zhì)。Kambiz Sadeghi等[18]用二氧化氯對櫻桃進(jìn)行了貯藏實(shí)驗(yàn)，對貯藏期間微生物數(shù)量、質(zhì)量參數(shù)等進(jìn)行了探究，證明了在保存期間二氧化氯可以有效滅活櫻桃中的微生物，并保持其質(zhì)量參數(shù)，如pH、硬度、TSS和外觀，并且顯示ClO2的濃度保持在<4 mg/L，可足以延長新鮮食品的保質(zhì)期。Xiuxiu Sun等[19]探討了在對番茄的儲藏過程中二氧化氯處理對一些病菌的存活和持久性的影響。在新鮮番茄上接種大腸桿菌，鏈格孢和沙門氏菌，以及通過測量硬度和監(jiān)測番茄在貯藏過程中的重量損失來評價番茄的質(zhì)量和貨架期。結(jié)果表明，ClO2對接種的番茄具有很強(qiáng)的抗菌和抗真菌活性。將低濃度的ClO2長期用于活性包裝中有助于提高水果的安全性，減少腐爛和減輕體重，并在儲存過程中保持堅固。

除了研究在采后貯藏過程中二氧化氯對食品起到了很好的保鮮作用，謝國芳等[20]分別采用不同濃度的ClO2對藍(lán)莓果實(shí)進(jìn)行采前噴施，結(jié)果顯示濃度為40 mg/L的ClO2保鮮效果最好，在采前噴施可以殺滅大量微生物，以防進(jìn)入果實(shí)內(nèi)部，并且有效的降低一些指標(biāo)參數(shù)，如失重率、呼吸速率等，防止果實(shí)的軟化。趙明慧等[21]同樣用不同濃度的ClO2溶液采前處理“紅富士”蘋果， 結(jié)果顯示，二氧化氯對紅富士蘋果有著很好的保鮮效果，尤其是在濃度為50 mg/L 時效果最佳，同時二氧化氯對紅富士蘋果的一些指標(biāo)參數(shù)影響極大，可以增強(qiáng)果實(shí)的硬度、降低軟化程度、顯著減少可滴定酸含量等。

4 二氧化氯和其它保鮮劑的對比實(shí)驗(yàn)

近年來，人們越來越重視食品安全，從而一些高效、綠色的殺菌劑不斷地被研發(fā)出來。諸如在現(xiàn)使用較多的一些殺菌劑，納他霉素(natamycin，Nata)是當(dāng)今社會應(yīng)用比較廣泛的一種新型防腐劑，并且具有安全、高效的一些特征，可以有效地分解毒素，抑制細(xì)菌的滋生[22]。He等[23]研究了納他霉素對番茄灰霉病有很強(qiáng)的抑制作用。其它的一些保鮮劑，如ε-聚賴氨酸(ε-polylysine，ε-PL)也是一種安全高效的殺菌劑，對革蘭氏陽性菌和陰性菌有較好的抑制效果。其中Jia等[24]報道了ε-聚賴氨酸可以改變太平洋白蝦的微生物組成，延緩了其品質(zhì)的敗壞。二氧化氯作為一種新型的無毒無害的消毒劑，對細(xì)菌、真菌均具有良好的抑制作用。曹森等[25]以“大五星”枇杷為實(shí)驗(yàn)材料，用不同處理的保鮮紙(500 mg/L 納他霉素、500 mg/L ε-聚賴氨酸、500 mg/L 二氧化氯)放入裝有枇杷的保鮮箱內(nèi)，研究其枇杷在貨架期品質(zhì)及生理特性的變化。結(jié)果顯示，采后用二氧化氯型保鮮紙?zhí)幚龛凌说谋ｕr效果最好，能夠推遲枇杷的衰老進(jìn)程，可較好的保持枇杷良好的貨架期品質(zhì)。

Visvalingam等[26]研究了二氧化氯、酸化亞氯酸鈉(ASC)和過氧乙酸(PAA)這三種抗微生物劑。在牛肉中大腸桿菌O157∶H7的有效性控制實(shí)驗(yàn)中，通過將牛肉貯藏一定的時間，來對比大腸肝菌的數(shù)量。結(jié)果顯示，同酸化亞氯酸鈉和過氧乙酸這兩種抗微生物劑相比，二氧化氯的效果最好，在抗微生物方面優(yōu)勢更強(qiáng)。Chung等[27]將ClO2和HClO這兩種殺菌消毒劑作了對比實(shí)驗(yàn)，配制成不同濃度的二氧化氯和次氯酸溶液，分別對6種新鮮蔬菜和水果進(jìn)行殺菌，結(jié)果顯示，二氧化氯溶液對果蔬的殺菌效果要比次氯酸溶液的殺菌效果佳，濃度在100 mg/L的 ClO2溶液可降低3.5～4.0 log CFU g-1的細(xì)菌總數(shù)。

5 二氧化氯保鮮劑的發(fā)展優(yōu)勢

二氧化氯之所以是一種安全高效的殺菌劑，是因?yàn)镃lO2不會在食品中形成過多的有害殘留物。Zhang等[28]制備出二氧化氯微膠囊抗菌膜，研究其對芒果保鮮的效果，并且與空白對照組和聚乳酸原膜組對比。結(jié)果顯示，經(jīng)芒果用抗菌膜處理后和未經(jīng)處理對比，通過一些指標(biāo)的變化情況，如質(zhì)量損失率、色差和可溶性固形物、硬度、維生素C和可滴定酸含量，證明二氧化氯微膠囊抗菌膜能夠提高芒果的保鮮期，減緩芒果變質(zhì)等情況。Luo等[29]制備出了固載二氧化氯保鮮劑，分別用不同濃度的固載二氧化氯保鮮劑對南美白對蝦進(jìn)行處理，經(jīng)一段時間的貯藏，研究一些指標(biāo)的變化情況，如感官品質(zhì)、色澤現(xiàn)象和揮發(fā)性鹽基氮等為指標(biāo)進(jìn)行研究，結(jié)果表明濃度為20 mg/L固載二氧化氯的保鮮效果最佳。經(jīng)前人的大量實(shí)驗(yàn)研究證明，二氧化氯相比于其它一些保鮮劑具有很大的發(fā)展優(yōu)勢，它的良好的消毒殺菌特性更是成為一種效果良好、安全可靠的保鮮劑的保障[30]。因此，二氧化氯保鮮劑在以后的食品加工領(lǐng)域必然會有廣闊的前景，也會得到越來越多的人使用。

6 展望

當(dāng)今社會面臨著各種各樣的食品安全問題，近些年來曝光的食品安全問題也是層出不窮，人們越來越關(guān)注自身健康問題的同時，食品安全越來越得到人們重視，尋找一種合適的食品殺菌保鮮劑已成為食品行業(yè)急需解決的問題[31]。二氧化氯作為一種安全高效的殺菌劑，它不與腐殖酸或富里酸形成致癌物，且不對環(huán)境產(chǎn)生二次污染，因此在食品保鮮方面也有著非常廣泛的應(yīng)用，并得到了很多人的認(rèn)可。二氧化氯也逐步被得到推廣，尤其是在食品行業(yè)，一些地區(qū)已經(jīng)把二氧化氯列入國家級食品保鮮劑，并且用于一些公共場所進(jìn)行殺菌消毒，如食品工業(yè)的管道、設(shè)備、容器及餐具等[32]。相信隨著人類社會的不斷發(fā)展，人們對二氧化氯的認(rèn)知不斷地加深，性質(zhì)優(yōu)良地二氧化氯保鮮劑將不斷被研發(fā)出來，二氧化氯在我國食品保鮮領(lǐng)域必將得到越來越廣泛的應(yīng)用，并且有著很好的發(fā)展前景。