臭氧在低水分食品微生物安全中的應用研究

一、研究背景與意義

近年來，低水分食品（LMFs，水分活度aw < 0.85）如香料、種子和堅果等頻繁爆發(fā)沙門氏菌等食源性病原體污染事件，嚴重威脅公共健康。盡管低水分環(huán)境不利于微生物生長，但沙門氏菌等病原體仍能在干燥條件下長期存活。傳統(tǒng)的熱殺菌技術雖能有效滅活微生物，但易導致食品品質下降，尤其是對熱敏性成分的破壞。因此，開發(fā)非熱殺菌技術成為當前食品工業(yè)的研究熱點。

氣態(tài)臭氧作為一種強氧化劑，具有高效、無殘留、環(huán)保等優(yōu)點，已被美國FDA認定為GRAS（一般認為安全）物質。本研究系統(tǒng)評估了氣態(tài)臭氧在不同相對濕度（RH）下對四種低水分食品（干羅勒葉、黑胡椒、奇亞籽、核桃）中沙門氏菌的滅活效果，并探討了腸球菌（Enterococcus faecium NRRL B-2354） 作為沙門氏菌替代菌的可行性。

二、研究方法概述

1. 樣品準備與接種

使用五株沙門氏菌混合液和E. faecium接種四種食品樣品。

樣品在RH控制箱中平衡至aw = 0.55，模擬實際儲存條件。

2. 臭氧處理

使用定制臭氧處理系統(tǒng)，臭氧濃度為900–930 ppm。

在70%、80%、90%三種RH條件下處理1–5小時。

部分樣品在臭氧處理后進行溫和加熱（40°C，4小時） 以增強滅活效果。

3. 微生物計數與模型擬合

使用mTSAYE和eTSAYE培養(yǎng)基分別計數沙門氏菌和E. faecium。

采用對數線性模型和Weibull模型擬合滅活動力學數據。

4. 品質分析

分析處理前后樣品的顏色、總酚含量、抗氧化活性、揮發(fā)性成分及脂質氧化等指標。

圖：對照（未處理）和處理的羅勒干葉在90%相對濕度下，在900-930 ppm的氣體臭氧濃度下，處理5小時的DPPH自由基清除活性。誤差條表示3批次平均值之間的標準差

三、主要研究結果

1. 微生物滅活效果

RH顯著影響臭氧殺菌效果：90% RH下臭氧處理5小時，沙門氏菌在羅勒葉中滅活達5.3 log CFU/g，黑胡椒為2.5 log，核桃為1.5 log，奇亞籽為1.1 log。

溫和加熱增強效果：臭氧處理后輔以溫和加熱，羅勒葉和黑胡椒中沙門氏菌滅活再提升1–1.5 log，但對奇亞籽和核桃無顯著增強。

2. 替代菌評估

E. faecium在90% RH下對臭氧的耐受性高于沙門氏菌，僅在羅勒葉中可作為有效替代菌，在其他食品中表現(xiàn)不一致。

3. 模型擬合

在90% RH下，對數線性模型更適合描述羅勒葉中沙門氏菌的滅活動力學；而在其他食品中，Weibull模型擬合更優(yōu)。

4. 品質變化

顏色、總酚、抗氧化活性在處理前后無顯著變化。

揮發(fā)性成分：羅勒葉和黑胡椒中部分主要揮發(fā)性成分（如羅勒烯、芳樟醇）顯著減少。

脂質氧化：核桃中初級和次級氧化產物增加，表明臭氧可能促進脂質氧化。

四、研究結論與建議

氣態(tài)臭氧在90% RH下對羅勒葉和黑胡椒具有顯著殺菌潛力，可作為有效的非熱殺菌手段。

E. faecium作為沙門氏菌替代菌的適用性有限，需根據食品基質進一步驗證。

臭氧處理對多數品質指標影響較小，但對揮發(fā)性成分和脂質穩(wěn)定性需謹慎評估。

建議未來研究：

探索臭氧與其他非熱技術（如UV、等離子體）的聯(lián)合使用；

擴大食品基質范圍，優(yōu)化工藝參數；

開展中試及工業(yè)化驗證研究。

五、研究意義與展望

本研究為低水分食品行業(yè)提供了氣態(tài)臭氧處理的科學依據與工藝參考，特別是在高濕條件下結合溫和加熱的協(xié)同效應，顯示出良好的應用前景。未來若能進一步優(yōu)化處理條件并控制品質變化，氣態(tài)臭氧技術有望成為替代傳統(tǒng)殺菌方法的可行選擇，提升低水分食品的微生物安全性。