紫外發光二極管對鮮切黃瓜表面大腸桿菌殺滅效果及品質的影響

俞靜芬，尚海濤，林旭東，盧超兒，陳曙穎

（1. 寧波市農業科學研究院，浙江寧波 315040；2. 寧波市綠盛菜籃子商品配送有限公司，浙江寧波 315100）

鮮切果蔬又稱最小加工果蔬或輕加工果蔬，是對新鮮果蔬進行清洗、去皮、去核、切分、保鮮、包裝等處理得到的可直接食用的產品[1-2]。鮮切果蔬因加工工序簡單、新鮮、方便等優點而深受消費者的青睞。但與新鮮果蔬相比，機械切割等加工工序會產生較大的表面，為微生物污染提供了生長條件和營養物質，鮮切果蔬在生產和流通過程中極易污染微生物，造成營養和感官品質的降低，甚至引發食源性疾病[3]。因此，研發鮮切果蔬殺菌保鮮新技術是當前食品工程領域的重要研究內容之一。

紫外線是一種常用的非熱殺菌技術，廣泛應用于食品表面殺菌及食品加工設備、食品加工用水等的消毒[4]。目前，在民用和工業領域消毒殺菌應用的紫外光源大多是汞燈，存在體積大、能耗高、壽命短、易碎并造成汞污染等缺點。近年來，作為傳統紫外光源的替代品，紫外發光二極管（UV lightemitting diodes，UV-LEDs） 具有體積小、無雜波、安全環保、瞬間啟動、壽命長、能耗低等諸多優點，其在食品、醫療等領域的應用受到廣泛關注[5]。研究證實，UV-LEDs 能夠有效殺滅肉制品、果蔬汁、面粉、水產品等表面的食源性致病菌和致腐菌，從而顯著延長產品貨架期[6-7]。然而，UVC-LEDs 處理在鮮切果蔬殺菌保鮮領域的研究報道尚不充分。因此，研究了UVC-LEDs 處理對鮮切黃瓜表面大腸桿菌O157∶H7 的殺滅效果及其對理化指標的影響，以期為該技術在鮮切果蔬保鮮領域的實際應用提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃瓜（Cucumis sativusL.），購自附近超市，選擇成熟飽滿、大小均勻、無機械損傷、顏色相近、無腐爛的果實，于10 ℃的冷庫中貯藏，24 h 內進行試驗；大腸桿菌O157∶H7（CICC 10907），中國工業微生物菌種保藏管理中心（CICC） 提供；胰酪大豆胨液體培養基（Tryptic soy broth，TSB）、胰酪大豆胨瓊脂培養基（Tryptic soy agar，TSA），青島海博生物技術有限公司提供；三氯乙酸、沒食子酸、福林酚、2,6 - 二氯靛酚等，上海阿拉丁生化科技股份有限公司提供。

1.2 儀器與設備

UVC-LEDs 處理裝置，湖北深紫科技有限公司產品；LS125 型紫外輻照計，深圳市林上科技有限公司產品；YXQ-LS 50A 型立式壓力蒸汽滅菌鍋，上海博迅醫療生物股份有限公司產品；SW-CJ 型超凈工作臺，蘇州安泰空氣技術有限公司產品；JSM-700IF 型場發射掃描電鏡，日本JEOL 公司產品；TA.XT.Plus 型質構分析儀，英國Stable Micro System 公司產品；HX-4M 型拍打式勻漿機，上海滬析實業有限公司產品；WSC-80C 型全自動色差計，北京北光世紀儀器有限公司產品；NanoDrop 2000 型超微量分光光度計，美國Thermo 公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 菌懸液制備

將E.coliO157∶H7 從-80 ℃冰箱中取出，分別在TSA 培養基中活化2 次，挑取單菌落接種于TSB 培養基中，置于37 ℃條件下，以轉速120 r/min 培養12 h，離心收集菌體，棄去上清液，所得菌體用0.85%無菌生理鹽水洗滌2 次（離心同上） 后，用0.85%無菌生理鹽水重懸并調整菌落含量至108CFU/mL。

1.3.2 UVC- LEDs 處理

黃瓜用流動水清洗干凈后，在超凈工作臺內晾干，切片（0.9 cm）。吸取100 μL 菌懸液均勻接種至鮮切黃瓜片的一面，晾干15 min，置于UVC-LEDs處理不同劑量（0，1，2，3，4 J/cm2）。UVC-LEDs處理劑量的計算公式如下：

式中：UVC275——UVC-LEDs 處理劑量，J/cm2；

T——UVC-LEDs 處理時間，s；

I——UVC-LEDs 的處理強度，μW/cm2。

1.3.3 菌落計數

取UVC-LEDs 處理后的樣品（10 g） 置于裝有90 mL 0.9%（m/V） 無菌生理鹽水溶液的無菌袋中，HX-4M型拍打式勻漿機拍打2 min。取1 mL 上述混合液，然后用無菌生理鹽水梯度稀釋，取100 μL 合適梯度的稀釋液均勻涂布與TSA，30 ℃下培養48 h，進行菌落計數，試驗結果表示為log10 CFU/g[8]。

1.3.4 UVC- LEDs失活大腸桿菌O157∶H7 機制研究

（1） 掃描電鏡。參考Wang D 等人[9]的方法采用場發射掃描電鏡（Field Emission Scanning Electron Microscopy，FE-SEM） 觀察大腸桿菌O157∶H7 形態變化。E. coliO157∶H7 菌懸液經UVC-LEDs 處理0 和4 J/cm2后，用預冷的2.5%戊二醛溶液在4 ℃下固定4 h，棄去固定液，然后用0.1 mol/L，pH 值7.2 的磷酸鹽緩沖液洗滌樣品3 次，之后用30%，50%，70%，90%和100%（V/V） 乙醇溶液對樣品逐次脫水各1 次，乙酸異戊酯置換乙醇2 次（以上每步操作完成后以轉速6 000 r/min 離心10 min），混勻后滴在洗凈的硅片上，過夜烘干，真空蒸鍍儀噴金120 s，處理后的樣品經JSM-700IF 型FE-SEM 觀察并采集圖像。

（2） 細胞膜通透性。E. coliO157∶H7 菌懸液經UVC-LEDs 處理不同劑量（0，1，2，3，4 J/cm2）后，以轉速12 000 r/min 在4 ℃下離心2 min 并收集上清液，采用NanoDrop 2000 型超微量分光光度計于波長260 nm 和280 nm 處測定上清液中的核酸和蛋白含量[10]。

1.4 鮮切黃瓜理化指標測定

鮮切黃瓜片經紫外線處理后，測定如下理化指標。

1.4.1 色澤測定

采用WSC-80C 型全自動色差計測定鮮切黃瓜的L*，a*和b*值，所有測定均重復3 次。

1.4.2 總酚含量測定

參考郝佳詩等人[11]的方法測定鮮切黃瓜中總酚含量，結果表示為每1 g 鮮切黃瓜中沒食子酸當量（Gallic acid equivalent，GAE） （mg GAE/g FW）。

1.4.3 葉綠素含量測定

參考趙磊等人[12]的方法測定鮮切黃瓜中葉綠素含量，測定結果為葉綠素a與葉綠素b之和（mg/100 g FW）。

1.4.4 維C 含量測定

采用GB 5009.86—2016《食品中抗壞血酸的測定》中的2,6 - 二氯靛酚滴定法測定維C 含量[13]。采用2,6 - 二氯靛酚滴定法測定抗壞血酸質量分數。

1.4.5 丙二醛含量測定

采用鄭鄢燕等人[14]的方法測定鮮切黃瓜中丙二醛含量，測定結果表示為μmol/g。

1.4.6 硬度測定

參考趙磊等人[12]的方法，采用TA.XT.Puls 型質構儀（英國Stable Micro System 公司） 測定黃瓜片硬度，具體參數如下：選擇TPA 模式進行測定，測試探頭為P/2 探頭，測試前速度10 mm/s，測試速度2 mm/s，測試后速度10 mm/s，壓縮程度50%，觸發力3 g，2 次下壓時間間隔5 s，每組試驗重復15 次。

1.5 數據統計處理

試驗結果表示為平均值±標準差, 采用Prism 軟件（Graphpad 8.0） 繪圖，IBM SPSS 18.0 軟件進行數據分析。采用單因素方差分析（ANOVA） 中的最小顯著差異法（LSD） 進行顯著性分析（p＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 UVC-LEDs 處理對鮮切黃瓜表面大腸桿菌O157∶H7 的殺滅效果

UVC-LEDs 處理對鮮切黃瓜表面大腸桿菌O157∶H7 的殺滅效果見圖1。

圖1 UVC-LEDs 處理對鮮切黃瓜表面大腸桿菌O157∶H7 的殺滅效果

由圖1 可知，鮮切黃瓜表面大腸桿菌O157∶H7的初始數量為6.20 log10 CFU/g，UVC-LEDs 能夠有效殺菌接種于鮮切黃瓜表面的大腸桿菌O157∶H7，且殺滅效果隨處理劑量的升高而增強。經劑量為1，2，3，4 J/cm-2的UVC-LEDs 處理后，鮮切黃瓜表面大腸桿菌O157 ∶H7 分別降低0.68，1.08，1.88，2.64 log10 CFU/g。上述研究結果與已有的文獻報道相一致。Manzocco L 等人[15]發現經UVC 處理（1 200 J/m2） 后，鮮切甜瓜表面菌落總數和大腸菌群數分別降低2.16 log10 CFU/g 和2.61 log10 CFU/g。Fan L M等人[16]發現，UVC-LEDs 能夠有效殺滅接種于金槍魚片表面的沙門氏菌、單增李斯特菌和大腸桿菌O157∶H7。經劑量為4 J/cm2的UVC-LEDs 處理后，金槍魚片表面沙門氏菌、單增李斯特菌和大腸桿菌O157∶H7 分別降低1.31，1.86，1.77 log10 CFU/g2。

2.2 UVC-LEDs 處理對大腸桿菌O157∶H7 細胞形態的影響

UVC-LEDs 處理對大腸桿菌O157∶H7 細胞形態的影響見圖2。

圖2 UVC-LEDs 處理對大腸桿菌O157∶H7 細胞形態的影響

由圖2 可知，對照組的E. coliO157∶H7 呈短棒狀，形態完好，表面光滑，外形規則；而經4 J/cm2的UVC-LEDs 處理后，E. coliO157∶H7 細胞形態與未處理組相比發生明顯變化，細胞皺縮，表面粗糙并塌陷，細胞膜結構發生變化，可能導致細胞內物質泄露，影響微生物的正常代謝。Wan Q Q 等人[17]也觀察到經UV-LEDs（280 nm，140 mJ/cm2） 處理后，黑曲霉孢子發生不同程度的皺縮。

2.3 UVC-LEDs 處理對大腸桿菌O157∶H7 細胞膜通透性的影響

通過測定上清液中的核酸和蛋白含量來研究UVC-LEDs 處理對大腸桿菌O157∶H7 細胞膜完整性的影響。

UVC-LEDs 處理對大腸桿菌O157∶H7 胞外核酸和蛋白含量的影響見圖3。

圖3 UVC-LEDs 處理對大腸桿菌O157∶H7 胞外核酸和蛋白含量的影響

由圖3 可知，與對照組相比，隨著UVC-LEDs處理劑量的增加，大腸桿菌O157∶H7 細胞外的核酸含量顯著增加，且呈良好的劑量- 效應關系。當UVC-LEDs 處理劑量為4 J/cm2時，大腸桿菌O157∶H7 胞外核酸含量11.1 μg/mL，為對照組的7.3 倍（p＜0.05）。胞外蛋白含量也出現類似的變化。綜上所述，UVC-LEDs 處理后導致細胞膜通透性增加，胞內核酸和蛋白質等物質外泄，進而導致細胞死亡。

2.4 UVC-LEDs 處理對鮮切黃瓜色澤的影響

UVC-LEDs 處理對鮮切黃瓜色澤參數的影響見表1。

表1 UVC-LEDs 處理對鮮切黃瓜色澤參數的影響

由表1 可知，與對照組相比，隨著UVC-LEDs處理劑量的增加，鮮切黃瓜L*值降低，b*值增加。而經UVC-LEDs 分別處理1，2，3，4 J/cm2后，與對照組相比，鮮切黃瓜a*值無顯著變化。趙磊等人[14]研究發現，鮮切黃瓜片經短波紫外線處理（18 kJ/m2）后，其L*值降低，與試驗結果相一致。

2.5 UVC-LEDs 處理對鮮切黃瓜理化指標的影響

UVC-LEDs 處理對鮮切黃瓜理化指標的影響見表2。

表2UVC-LEDs 處理對鮮切黃瓜理化指標的影響

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總酚、葉綠素、抗壞血酸和硬度是評價果蔬的主要理化指標。由表2 可知，與對照組相比，經UVC-LEDs 處理后，鮮切黃瓜的葉綠素、抗壞血酸、丙二醛和硬度均未發生顯著性的變化，而總酚含量隨處理劑量（1，2，3，4 J/cm2） 的增加而顯著性升高。梁敏華等人[18]發現，經UVC 處理后導致桃果實酚類物質的增加，是因為紫外線誘導了果實內苯丙氨酸解氨酶活性的升高，增強了果實貯藏初期苯丙烷代謝強度，進而導致酚類物質的積累。與此同時，紫外線處理顯著抑制多酚氧化酶和過氧化物酶的酶活性，減少了酚類物質的氧化。

3 結論

UVC-LEDs 能夠有效殺滅接種于鮮切黃瓜表面的大腸桿菌O157∶H7，且失活效果隨處理劑量的升高而增強。當處理劑量為4 J/cm2時，鮮切黃瓜表面大腸桿菌O157∶H7 由初始的6.20 log10 CFU/g 降低至3.56 log10 CFU/g。經UVC-LEDs 處理后，大腸桿菌O157∶H7 細胞形態發生顯著變化，細胞膜通透性增強，造成胞內物質泄漏，這可能是導致其失活的原因。當劑量為1~4 J/cm2時，UVC-LEDs 處理未對鮮切黃瓜的色澤、葉綠素、抗壞血酸、丙二醛和硬度等指標造成顯著影響，總酚含量顯著升高。在今后的研究中應系統評價UVC-LEDs 處理對鮮切黃瓜貨架期的影響，并研發適用于鮮切果蔬保鮮的UVCLEDs 裝備，推動該技術在食品加工領域的實際應用。