微酸性电解水用于鲜切莲藕杀菌处理的实验研究

胡朝晖，吴彤娇，李慧颖，郝建雄，刘海杰（.河北省邯郸市疾病预防控制中心，河北邯郸 05600；.河北科技大学生物科学与工程学院，河北石家庄 05008；.中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 0008）

微酸性电解水用于鲜切莲藕杀菌处理的实验研究

胡朝晖1，吴彤娇2，李慧颖2，郝建雄2，刘海杰3
（1.河北省邯郸市疾病预防控制中心，河北邯郸 056002；2.河北科技大学生物科学与工程学院，河北石家庄 050018；3.中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100083）

鲜切果蔬的微生物安全问题一直是食品安全领域的研究热点，电解水技术在食品安全上的应用日益受到重视。以鲜切莲藕为研究对象，以强酸性电解水和次氯酸钠溶液作为对照，对微酸性电解水处理鲜切莲藕的杀菌效果进行了研究。结果发现，用微酸性电解水处理鲜切莲藕，可以明显降低附着于产品上的各类微生物，增加产品的食用安全性，且微酸性电解水较之强酸性电解水有着更强的杀菌效果。通过对微酸性电解水用于鲜切莲藕的杀菌工艺优化发现，浸泡比例和浸泡时间对微酸性电解水处理鲜切莲藕的杀菌工艺有显著性影响，有效氯浓度对杀菌效果没有显著性影响。最佳工艺条件如下：有效氯质量浓度为10mg／L，浸泡比例为1∶5，浸泡时间为10min。本研究对于微酸性电解水在鲜切产品上的应用提供了一定的技术支持。

应用微生物学；鲜切果蔬；微酸性电解水；杀菌效果；莲藕；食品安全

在鲜切果蔬的加工过程中，经常涉及去皮、整形及切分等加工操作，这些操作易使果蔬组织受到机械损伤，流出营养物质，容易被微生物侵染而发生腐败变质，同时增大了产品受到致病菌污染的机会。因此，有必要采用一些必要的杀菌、抑菌措施来降低微生物数量，提高食品安全性[1－2]。

强酸性电解水在农产品上的杀菌效果已经得到确认，但是其较低的pH值及较高的有效氯质量浓度（60～200mg／L）总会引起消费者的不安，从而限制了它的推广和应用[3－4]。杨与争等[5]对酸性电解水在鲜切果蔬中的应用进行了综述分析，肯定了其在鲜切果蔬加工中的应用前景。笔者前期的研究工作证实了以豆芽、芫荽等为实验材料时微酸性电解水的强力杀菌功效[6－7]，并推断认为微酸性电解水的强杀菌能力与有效氯存在状态有关[8]。还有研究将微酸性电解水用于果蔬农药残留的消除，证明电解水在杀菌的同时还能起到消除果蔬农药残留的作用[9－10]。作为酸性电解水的一种新发展，微酸性电解水具有近中性的pH值及较低的有效氯质量浓度（5～30mg／L），且可以采用无隔膜式制备，近年来日益受到研究者的重视。国内外研究人员将微酸性电解水用于果蔬产品、水产品的消毒研究已经展开[11－14]，但是将其用于鲜切莲藕的研究还未见相关报道。

本研究以鲜切莲藕为对象，采用微酸性电解水对其进行杀菌处理，对微酸性电解水处理鲜切莲藕的杀菌效果进行研究，重点考察了浸泡时间、浸泡比例等因素对杀菌效果的影响，并在杀菌实验的基础上，利用响应面设计法对微酸性电解水用于鲜切莲藕加工的杀菌工艺进行了条件优化，以期为微酸性电解水在鲜切果蔬加工中的应用提供参考。

1　材料与方法

1.1材料

新鲜莲藕，购自当地农贸市场，实验当天运抵实验室，洗净表面后在4℃冷库预冷备用。

主要药品：NaCl，Na2S2O3，HCl，KI，可溶性淀粉，冰醋酸，NaClO等，均为分析纯；所用培养基牛肉浸膏、酪蛋白胨、营养琼脂、马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）、平板计数琼脂培养基等，购自北京奥博星生物技术公司。

实验用菌株为大肠杆菌O78、枯草芽胞杆菌1.1849（购自中国科学院微生物研究所）。实验采用LB（Luria－Bertani）固体培养基和LB液体培养基，培养基的配置方法参见《微生物学实验教程》[15]。

1.2酸性电解水的制备

采用实验室自制电解水发生器制取强酸性电解水，采用微酸性电解水发生器（AQUACIDO NDX－250KMS，日本OSG公司提供）制备微酸性电解水，所用电解水的pH值及氧化还原电位（ORP）用多参数测定仪（Thermo Orion 5Star 510M－01）测定，有效氯浓度（ACC）测定采用碘量法[16]测定，具体理化指标如表1所示。

表1　不同处理溶液的理化指标Tab.1 Physical and chemical parameters of different solutions

1.3杀菌方法

1.3.1菌悬液的制备

首先将大肠杆菌、枯草芽胞杆菌分别活化，再将其接种于200mL营养肉汤培养基中，于37℃摇瓶培养24h，培养完毕后将上述培养物分别加入无菌离心管，在6 000r／min下离心10min。将所得沉淀用200mL无菌生理盐水重新分散混匀，再经离心（6 000r／min，10min）及生理盐水混匀后分别稀释成500mL菌悬液备用。菌悬液中的微生物总数用稀释平板计数法进行统计，每个稀释度作3次重复[9]。

1.3.2原料处理及接种

首先将莲藕清洗、去皮后，切片至厚度为3～5 mm。将样品每200g分为1组，对其进行3组浸泡接种处理：第1组接种混合菌（即大肠杆菌菌悬液和枯草芽孢杆菌菌悬液各250mL）；第2组只接种大肠杆菌（大肠杆菌菌悬液500mL）；第3组只接种枯草芽孢杆菌（枯草芽孢杆菌菌悬液500mL）。每组接种时间均为5min，接种完毕后将样品捞出，晾干，12h后待测[14]。

1.3.3杀菌处理及微生物统计

按照样品用量与处理溶液用量为1g∶3mL的比例，取接种后的样品各100g，分别用强酸性电解水（AEW）浸泡处理5，10，15min。另取接种后的样品各100g，用微酸性电解水（SAEW）浸泡处理5，10，15min，同时以次氯酸钠溶液及自来水浸泡10 min为对照。将浸泡后的样品用均浆机进行均浆处理，再取10g浆液，用90mL无菌蒸馏水进行稀释，对浆液微生物数用稀释平板菌落计数法统计。

取4份100g未接种的样品，分别用300mL强酸性电解水（AEW）、微酸性电解水（SAEW）、次氯酸钠溶液及自来水浸泡10min，将浸泡后的样品用均浆机进行均浆处理。取10g浆液，用90mL无菌蒸馏水进行稀释，对细菌总数以及霉菌和酵母菌等自然生菌落用稀释平板菌落计数法统计。

对于接种后的样品中的微生物，采用LB固体培养基，于37℃培养24h。对于未接种样品中的微生物，细菌总数采用LB固体培养基，于37℃培养24h。霉菌和酵母菌总数采用马铃薯葡萄糖琼脂（PDA），于28℃培养48h[14]。

1.3.4响应面设计

在单因素试验的基础上，对微酸性电解水的杀菌效果进行优化，因素选择为用水比例、浸泡时间和有效氯质量浓度，实验指标为细菌总数，采用SAS软件（软件版本为9.2）进行优化设计。

1.4实验结果统计分析

每个实验重复3次，微生物数统计结果以平行测定所得的平均值表示。平均数比较用SPSS （SPSS16.0for Windows）统计软件中的Duncan分析法，最小差异显著性水平为5%。

2　结果与分析

2.1微酸性电解水处理对鲜切莲藕自然生菌落的杀菌效果

经电解水处理后鲜切莲藕的自然生菌落数量（Y1）见图1，tap water为自来水，AEW为强酸性电解水，SAEW为微酸性电解水。

图1　鲜切莲藕经电解水处理后的自然生菌落数量Fig.1 Survival population of natural bactrial flora in the fresh－cut lotus root treated by electrolyzed water

从图1可以看出：未经处理的鲜切莲藕初始细菌总数（对数值，下同）为6.3左右，其初始霉菌和酵母菌总数为5.7左右，经不同处理后鲜切莲藕的细菌总数及其霉菌和酵母菌总数均有不同程度的下降。强酸性电解水处理后的鲜切莲藕细菌总数降低为4.9左右，霉菌和酵母菌总数降低为4.6左右；微酸性电解水处理后的鲜切莲藕细菌总数降为5.0左右，霉菌和酵母菌总数的对数值降为4.4左右。但是对于鲜切莲藕的杀菌来说，这2个处理不存在显著性的差异（P＜0.05）。与次氯酸钠溶液处理相比，强酸性电解水和微酸性电解水对于鲜切莲藕的细菌总数的降低效果相当，不存在统计上的差异。在对于霉菌和酵母菌总数的降低上，2种电解水处理优于次氯酸钠溶液。实验结果显示，微酸性电解水可以显著降低鲜切莲藕的微生物数量，其杀菌能力与强酸性电解水相当，这一结果与KOIDE等[11]的报道相一致。

2.2微酸性电解水处理对接菌后鲜切莲藕的杀菌效果

接菌后的鲜切莲藕经电解水处理后的大肠杆菌数量（Y2）见图2，图2中tap water为自来水，AEW为强酸性电解水，SAEW为微酸性电解水。

图2　接菌后的鲜切莲藕经电解水处理后的大肠杆菌数量Fig.2 Survival population of E.coli in fresh－cut lotus root inoculated by E.coli and treated by electrolyzed water

从图2可以看出：接种培养大肠杆菌的鲜切莲藕原始菌落数可达7.6，经自来水清洗后可降低约0.4；而经过NaClO溶液、强酸性电解水和微酸性电解水处理后，鲜切莲藕大肠杆菌菌落数分别为6.5，6.4和5.4左右。强酸性电解水处理和NaClO溶液处理没有统计上的差异。

图3示出了接菌后的鲜切莲藕经电解水处理之后的枯草芽孢杆菌数量（Y3），图中tap water为自来水，AEW为强酸性电解水，SAEW为微酸性电解水。

图3　接菌后的鲜切莲藕经电解水处理后的枯草芽孢杆菌数量Fig.3 Survival population of E.coli in fresh－cut lotus root inoculated by Bacillus subtilis and treated by electrolyzed water

从图3可以看出：接种枯草芽孢杆菌后的鲜切莲藕原始菌落数为7.6；经过NaClO溶液、强酸性电解水和微酸性电解水处理后，鲜切莲藕的枯草芽孢杆菌菌落数降低至5.9左右。这3个处理之间不存在统计上的差异，但都优于自来水处理。

接种大肠杆菌和枯草芽孢杆菌后，鲜切莲藕经电解水处理后的细菌总数（Y4）见图4，图中tap water为自来水，AEW为强酸性电解水，SAEW为微酸性电解水。

图4　接种大肠杆菌和枯草芽孢杆菌后的鲜切莲藕经电解水处理后的细菌总数Fig.4 Survival microbes population in fresh－cut lotus root inoculated by Bacillus subtilis and E.coli and treated by electrolyzed water

图4的实验结果显示：接种枯草芽孢杆菌和大肠杆菌混合菌后的鲜切莲藕，细菌总数可达7.5左右；经NaClO溶液、强酸性电解水和微酸性电解水处理后，其细菌总数可降低1.5～2.0。实验结果显示，2种电解水处理接菌后的鲜切莲藕，可以有效降低其微生物数量，杀菌效果优于或者相当于NaClO溶液。

2.3微酸性电解水处理鲜切莲藕杀菌工艺的优化

为了了解微酸性电解水处理鲜切莲藕最佳的杀菌条件，在杀菌实验的基础上，采用响应面设计法进行优化设计，考察了有效氯质量浓度、浸泡时间及浸泡比例对杀菌效果的影响，因素水平如表2所示。

表2　考察因素的实验条件Tab.2 Experimental condition of explored factors

采用Box－Behnken安排响应面实验条件，在此条件下获得的实验结果如表3所示。

表3　响应面实验和结果Tab.3 Response surface analysis and results

采用SAS软件进行因素分析，结果如表4所示。

表4　方差分析表Tab.4 Analysis of variance

从表4可以看出，整个模型极显著（P＜0.01），浸泡比例和浸泡时间对微酸性电解水处理鲜切莲藕的杀菌工艺有显著性影响，而有效氯浓度对杀菌效果没有显著性影响（P＜0.05）。各个因素及其相互作用对微酸性电解水杀菌效果的影响可以用以下拟合的数学表达式来表示（非编码值表示）：

细菌总数＝5.916 937＋0.041 582＊X1－0.029 784＊X2＋0.084 68＊X3－0.002 242＊X1＊X1＋0.004 13＊X1＊X2－0.000 842＊X1＊X3－0.004 218＊X2＊X2＋0.002 522＊X2＊X3－ 0.018 415＊X3＊X3。

由于微酸性电解水的浸泡时间和浸泡比例对其杀菌效果有显著性影响，所以重点分析这2个因素的影响，分析结果如图5所示。从图5可以看出，适当提高浸泡比例、延长浸泡时间，会增强微酸性电解水对鲜切莲藕的杀菌效果。这也与先前的研究结果相一致。通过SAS软件分析发现，在考察的因素范围内，存在着细菌总数降低的最低点，其对应工艺条件如下：有效氯质量浓度为10mg／L，浸泡比例为1︰5，浸泡时间为10min。

图5　微酸性电解浸泡时间和浸泡比例对鲜切莲藕细菌总数的影响Fig.5 Effect of time and ratio of slightly acidic electrolyzed water on the total bacterial population

3　结 论

1）通过实验发现，用微酸性电解水和强酸性电解水处理鲜切果蔬产品，可以明显地降低附着于产品上的各类微生物，增加了产品的食用安全性，且微酸性电解水较之强酸性电解水有着更强的杀菌效果。

2）通过对微酸性电解水用于鲜切莲藕的杀菌工艺优化发现，浸泡比例和浸泡时间对微酸性电解水处理鲜切莲藕的杀菌工艺有显著性影响，而有效氯浓度对其杀菌效果没有显著性影响。最佳工艺条件如下：有效氯质量浓度为10mg／L，浸泡比例为1∶5，浸泡时间为10min。

／References：

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Experimental study on the disinfection of fresh－cut lotus root using slightly acidic electrolyzed water

HU Zhaohui1，WU Tongjiao2，LI Huiying2，HAO Jianxiong2，LIU Haijie3
（1.Handan Municipal Center for Disease Prevention and Control，Handan，Hebei 056002，China；2.School of Bioscience and Bioengineering，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang，Hebei 050018，China；3.College of Food Science and Nutrition Enginering，China Agricultural University，Beijing 100083，China）

The microbial safety of fresh－cut fruits and vegetables is always the focus in food safety，and the application of electrolyzed water in food safety has been paid more and more attention.The disinfecting efficacy of slightly acidic electrolyzed water（SAEW）on the fresh－cut lotus root is investigated compared to the use of acidic electrolyzed water（AEW）and sodium hypochlorite.The results show that SAEW can reduce the microbes on the fresh－cut lotus root and enhance the food safety；comparing with AEW，which has stronger antibacterial ability on the fresh－cut lotus root.In the optimization of disinfection，it is found that the dipping time and dipping ratio play significant role in disinfection ability of SAEW on the fresh－cut lotus root，while active chlorine concentration has no significant effect.The optimal parameters are as follows：ACC of 10mg／L，dipping ratio of 1∶5and time of 10min.The study provides a beneficial supplement for the application of electrolyzed water in freshcut produce.

applied microbiology；fresh－cut fruits and vegetables；slightly acidic electrolyzed water；disinfection；lotus root；food safety

1008－1534（2016）01－0040－06

X705

A

10.7535／hbgykj.2016yx01008

2015－05－08；

2015－09－28；责任编辑：张士莹

国家自然科学基金（31301571）；河北省自然科学基金（C2013208163）；河北省教育厅科研项目（QN20131120）

胡朝晖（1976—），男，河北邯郸人，工程师，硕士研究生，主要从事食品安全控制方面的研究。

郝建雄副教授。E－mail：cauhjx＠163.com

胡朝晖，吴彤娇，李慧颖，等.微酸性电解水用于鲜切莲藕杀菌处理的实验研究[J].河北工业科技，2016，33（1）：40－45.

HU Zhaohui，WU Tongjiao，LI Huiying，et al.Experimental study on the disinfection of fresh－cut lotus root using slightly acidic electrolyzed water[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology，2016，33（1）：40－45.