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，開發非熱殺菌技術成為當前食品工業的研究熱點。

氣態臭氧作為一種強氧化劑，具有高效、無殘留、環保等優點，已被美國FDA認定為GRAS（一般認為安全）物質。本研究系統評估了氣態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，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。

4. 品質變化

顏色、總酚、抗氧化活性在處理前后無顯著變化。

揮發性成分：羅勒葉和黑胡椒中部分主要揮發性成分（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，但對揮發性成分和脂質穩定性需謹慎評估。

建議未來研究：

探索臭氧與其他非熱技術（如UV、等離子體）的聯合使用；

擴大食品基質范圍，優化工藝參數；

開展中試及工業化驗證研究。

五、研究意義與展望

本研究為低水分食品行業提供了氣態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同效應，顯示出良好的應用前景。未來若能進一步優化處理條件并控制品質變化，氣態臭氧技術有望成為替代傳統殺菌方法的可行選擇，提升低水分食品的微生物安全性。