臭氧在低水分食品微生物安全中的应用研究

一、研究背景与意义

近年来，低水分食品（LMFs，水分活度aw < 0.85）如香料、种子和坚果等频繁爆发沙门氏菌等食源性病原体污染事件，严重威胁公共健康。尽管低水分环境不利于微生物生长，但沙门氏菌等病原体仍能在干燥条件下长期存活。传统的热杀菌技术虽能有效灭活微生物，但易导致食品品质下降，尤其是对热敏性成分的破坏。因此，开发非热杀菌技术成为当前食品工业的研究热点。

气态臭氧作为一种强氧化剂，具有高效、无残留、环保等优点，已被美国FDA认定为GRAS（一般认为安全）物质。本研究系统评估了气态臭氧在不同相对湿度（RH）下对四种低水分食品（干罗勒叶、黑胡椒、奇亚籽、核桃）中沙门氏菌的灭活效果，并探讨了肠球菌（Enterococcus faecium NRRL B-2354） 作为沙门氏菌替代菌的可行性。

二、研究方法概述

1. 样品准备与接种

使用五株沙门氏菌混合液和E. faecium接种四种食品样品。

样品在RH控制箱中平衡至aw = 0.55，模拟实际储存条件。

2. 臭氧处理

使用定制臭氧处理系统，臭氧浓度为900–930 ppm。

在70%、80%、90%三种RH条件下处理1–5小时。

部分样品在臭氧处理后进行温和加热（40°C，4小时） 以增强灭活效果。

3. 微生物计数与模型拟合

使用mTSAYE和eTSAYE培养基分别计数沙门氏菌和E. faecium。

采用对数线性模型和Weibull模型拟合灭活动力学数据。

4. 品质分析

分析处理前后样品的颜色、总酚含量、抗氧化活性、挥发性成分及脂质氧化等指标。

图：对照（未处理）和处理的罗勒干叶在90%相对湿度下，在900-930 ppm的气体臭氧浓度下，处理5小时的DPPH自由基清除活性。误差条表示3批次平均值之间的标准差

三、主要研究结果

1. 微生物灭活效果

RH显著影响臭氧杀菌效果：90% RH下臭氧处理5小时，沙门氏菌在罗勒叶中灭活达5.3 log CFU/g，黑胡椒为2.5 log，核桃为1.5 log，奇亚籽为1.1 log。

温和加热增强效果：臭氧处理后辅以温和加热，罗勒叶和黑胡椒中沙门氏菌灭活再提升1–1.5 log，但对奇亚籽和核桃无显著增强。

2. 替代菌评估

E. faecium在90% RH下对臭氧的耐受性高于沙门氏菌，仅在罗勒叶中可作为有效替代菌，在其他食品中表现不一致。

3. 模型拟合

在90% RH下，对数线性模型更适合描述罗勒叶中沙门氏菌的灭活动力学；而在其他食品中，Weibull模型拟合更优。

4. 品质变化

颜色、总酚、抗氧化活性在处理前后无显著变化。

挥发性成分：罗勒叶和黑胡椒中部分主要挥发性成分（如罗勒烯、芳樟醇）显著减少。

脂质氧化：核桃中初级和次级氧化产物增加，表明臭氧可能促进脂质氧化。

四、研究结论与建议

气态臭氧在90% RH下对罗勒叶和黑胡椒具有显著杀菌潜力，可作为有效的非热杀菌手段。

E. faecium作为沙门氏菌替代菌的适用性有限，需根据食品基质进一步验证。

臭氧处理对多数品质指标影响较小，但对挥发性成分和脂质稳定性需谨慎评估。

建议未来研究：

探索臭氧与其他非热技术（如UV、等离子体）的联合使用；

扩大食品基质范围，优化工艺参数；

开展中试及工业化验证研究。

五、研究意义与展望

本研究为低水分食品行业提供了气态臭氧处理的科学依据与工艺参考，特别是在高湿条件下结合温和加热的协同效应，显示出良好的应用前景。未来若能进一步优化处理条件并控制品质变化，气态臭氧技术有望成为替代传统杀菌方法的可行选择，提升低水分食品的微生物安全性。