臭氧纳米气泡水：一种有前景的新鲜胡萝卜采后消毒技术及其在储存期间对微生物和理化品质的影响

《Food Bioscience》：Ozone nanobubble water as a promising postharvest sanitation technology for fresh carrots: Effects on microbial and physicochemical quality during storage

　　

•评估了 O3-NBs 作为鲜胡萝卜采后清洗处理的效果。
•与未清洗胡萝卜相比，O3-NBs 清洗实现了初始微生物减少>5 个对数值。
•与对照组第 6-8 天出现可见腐败相比，O3-NBs 处理组的可见腐败延迟至第 12 天。
•储存期间，检测的理化质量特性基本得到保持。
•与常规臭氧水相比，O3-NBs 实现了更大的初始微生物减少。

引言
新鲜水果和蔬菜是健康饮食的重要组成部分，提供丰富的维生素、矿物质、膳食纤维和多样的植物化学物 (Fan, 2024, Jia et al., 2024)。除营养价值外，新鲜农产品在全球粮食安全和农村生计中也发挥着重要作用，园艺价值链支持着数百万小农户 (Ambuko et al., 2025, Jarman et al., 2023)。据联合国粮食及农业组织 (FAO) 称，2023 年全球约 13.3% 的食物在收获和零售之间丢失 (Food and Agriculture Organization of the United Nations, 2025)，而联合国环境规划署 (UNEP) 估计 2022 年消费者可用食物的 19% 在零售、食品服务和家庭水平被浪费 (United Nations Environment Programme, 2024a)。这一挑战在水果和蔬菜中尤为突出，在某些发展中地区，采后损失可达 40%–50%，主要原因是基础设施不足、财务和技术能力有限以及缺乏适当的采后技术途径 (Ambuko et al., 2025, Khan et al., 2024, Owino et al., 2025)。减少此类损失是可持续发展目标目标 12.3 的核心，也是迈向可持续和循环农业食品系统更广泛转型的一部分，该系统旨在最大限度地减少浪费并提高农业价值链的资源使用效率 (Elsner et al., 2023, Kilemile et al., 2025)。除环境效益外，有效的采后管理可以通过减少经济损失、支持农民收入、改善食物可用性和促进安全食物获取来提供经济和社会效益 (Jarman et al., 2023, Khan et al., 2024)。采后处理和卫生技术的进步有助于可持续食品系统，突出了对有效、经济且实用的技术的需求，这些技术可以在保持农产品质量的同时减少微生物污染 (Deng et al., 2020, Jarman et al., 2023)。

在导致采后损失的各种因素中，微生物污染在加速农产品恶化和缩短货架期方面起着主要作用。采后清洗是提高新鲜农产品微生物安全性的关键控制点，通过去除附着的土壤、农用化学品残留物和表面微生物 (Yu et al., 2024)。然而，传统自来水清洗主要依赖于物理去除松散附着的污染物，提供的微生物灭活作用有限 (Gil et al., 2009, Yu et al., 2024)。人们探索了几种替代消毒技术，包括氯、过氧化氢、电解水、紫外线照射、有机酸、低温等离子体和臭氧 (Deng et al., 2020, Elbehiry et al., 2025, Goodburn and Wallace, 2013, Guo et al., 2026)。然而，根据技术不同，这些方法可能存在特定的缺点，包括有害化学残留物、废水处理挑战、短波长辐射暴露的健康风险、高运营成本以及工业或小农户使用的可扩展性有限 (Deng et al., 2020, Elbehiry et al., 2025, Jin and Adhikari, 2025)。

在这些替代品中，臭氧因其高氧化潜力、广谱抗菌活性以及在水相中迅速分解为氧气而成为一种特别有前景的消毒剂 (Hong et al., 2024, Nogueira Leite et al., 2024)。然而，臭氧在水中的短半衰期限制了其在清洗操作期间的抗菌效力 (Chhem-Kieth et al., 2022, Egorova et al., 2015, Sitoe et al., 2026, Xue et al., 2023)。常规臭氧化通常依赖于直接气体鼓泡，这通常会产生相对较大的气泡，这些气泡迅速上升并从水中逃逸，限制了气液接触和臭氧转移效率 (Seridou & Kalogerakis, 2021)。微气泡 (<100μm) 由于比大气泡具有更大的比表面积和更慢的上升速度，提供了改善的气液接触。然而，它们在几分钟内逐渐溶解或上升到表面 (Ansari et al., 2025, Gupta et al., 2025)。

纳米气泡 (NBs)，通常小于 1μm，通过独特的物理机制克服了这些限制。其显著较小的直径产生了大得多的界面面积，增强了进入周围水的气液质量传递 (Fan et al., 2021, Xiao et al., 2022)。此外，其可忽略的浮力导致极低的上升速度，使其能够在大体积液体中悬浮很长一段时间，而大气泡和微气泡则不然 (Borsky et al., 2024)。其带负电荷的界面可进一步有助于抵抗聚结和延长胶体稳定性 (Sharma et al., 2024, Terasaka et al., 2021)，这可能与常规臭氧化和基于微气泡的系统相比，有助于改善臭氧利用率和抗菌性能 (Seridou and Kalogerakis, 2021, Shi et al., 2023, Shichiri-Negoro et al., 2021)。在我们之前的研究中，据报道 O3-NBs 水能有效灭活大肠杆菌 (Escherichia coli) 和金黄色葡萄球菌 (Staphylococcus aureus)，细菌灭活与活性氧物种 (ROS) 的产生有关，并表现出比常规臭氧化更持久的抗菌效力 (Das & Nirmalkar, 2025)。

尽管前景广阔，但 O3-NBs 在采后农产品清洗中的应用仍然有限 (Jin and Adhikari, 2025, Malahlela et al., 2026, Shi et al., 2023)。相对较少的研究评估了 O3-NBs 作为后续环境储存条件下的采后清洗处理 (Shi et al., 2023)。这种储存条件对于小农户和非正规市场供应链尤为重要，因为通常缺乏冷链基础设施 (Ambuko et al., 2025)。特别是，O3-NBs 在根茎类蔬菜上的表现，这些蔬菜与迄今为止研究的果实作物相比，具有不同的表面地形和土壤接触污染特征，仍相对未受探索。解决这一差距可以提供相关证据，以证明 O3-NBs 作为不同储存条件下采后清洗方法的潜在应用，包括资源受限、有效采后卫生途径受限的环境。

因此，本研究评估了 O3-NBs 水作为鲜胡萝卜 (Daucus carota subsp. sativus) 采后清洗处理的潜力。选择胡萝卜作为模型商品，因为它们是与土壤直接接触生长的根茎类蔬菜，特别容易受到表面微生物污染 (Javed et al., 2025)。具体来说，目标是 (i) 评估 O3-NBs 清洗减少初始微生物负荷的能力，(ii) 评估 O3-NBs 清洗后储存期间的微生物增殖，(iii) 评估 O3-NBs 清洗对关键理化质量特性的影响，包括总可溶性固形物、pH 值、重量损失和总类胡萝卜素含量，以及 (iv) 评估储存期间可见腐败的发生。此外，O3-NBs 与常规臭氧水在可比较的初始溶解臭氧浓度下进行了直接比较，以评估其相对抗菌性能。同时评估微生物脱污、后续储存性能以及选定的理化质量特性，并与常规臭氧化进行直接比较，提供了对 O3-NBs 作为鲜胡萝卜采后清洗处理的综合评估。

部分摘录
材料与方法
使用由 Milli-Q Direct 16 水纯化系统 (Merck Millipore, 德国) 生产的超纯去离子水 (UPW) 用于微生物培养基和试剂制备以及实验室玻璃器皿的清洁。在 25 °C 下，UPW 的电导率为 0.055 μS cm?1，电阻率为 25 °C 下的 18.2 MΩ cm，pH 值为 7.4。营养琼脂 (HiMedia Laboratories Private Limited, 印度，含有 5 g/L 蛋白胨，1.5 g/L HM Peptone B，1.5 g/L 酵母浸出物，5 g/L 氯化钠和 15 g/L 琼脂，pH 7.4

O3-NBs 的表征
在产生 O3-NBs 之后，对样品进行了气泡数量密度、平均气泡直径、气泡尺寸分布和平均 zeta 电位的表征 (图 2)。对所有 O3-NBs 和控制水样品的表征测量均在停止 O3-NBs 产生 25 分钟后进行。O3-NBs 样品表现出 3.57×10^8 bubbles mL?1 的气泡数量密度 (图 2A)，145.7 nm 的平均气泡直径 (图 2B)，以及 ?27 mV 的平均 zeta 电位 (

O3-NBs 的氧化性能和微生物负荷减少
O3-NBs 清洗后观察到的显著微生物负荷减少可能与清洗水的强氧化性能有关。在本研究中，O3-NBs 水表现出巨大的氧化还原电位 (ORP; 825 mV)，而在 10 分钟的清洗期间，可测量的溶解臭氧一直存在。使用荧光探针法也检测到 OH•的存在，提供了 ROS 形成的证据。这些测量共同表明

结论
本研究评估了 O3-NBs 水作为鲜胡萝卜采后清洗处理的使用，并检查了其在后续环境储存期间的效果。O3-NBs 清洗将初始需氧菌落总数 (TAVC) 降至检测限 2.00 log10 CFU g?1 以下，对应于相对于未清洗胡萝卜 (7.05 log10 CFU g?1) 的>5 个对数值减少，以及相对于自来水清洗胡萝卜 (6.54 log10 CFU g?1) 的>4.5 个对数值减少。同样，O3-NBs 处理胡萝卜中的初始酵母菌和霉菌计数 (YMC) 低于

CRediT 作者贡献声明
Alok Das: 撰写 - 原稿，可视化，方法论，形式分析，概念化。Drishti Gaur: 调查，数据整理。Neelkanth Nirmalkar: 撰写 - 审阅与编辑，验证，监督，资源，项目管理，资金获取。

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未引用参考文献
Asem-Hiablie et al. (2023), Furuichi et al. (2013), Garcia et al. (2025), Giannopoulos et al. (2025), Hong et al. (2025), Kusumiyati et al. (2025), Lopez-Galvez et al. (2021), Lv et al. (2026), Malahlela et al. (2025), Malahlela et al. (2024), Nicola et al. (2026), Nirmalkar et al. (2018b), Patil et al. (2025), Rahman et al. (2016), Shankar et al. (2024), Sharma and Nirmalkar (2022), Umeohia and Olapade (2024), Wang et al. (2025)

利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些关系可能会影响本文中报告的工作。

致谢
作者感谢 iHub–AWaDH 提供的支持和资源，这是一个由印度政府科学与技术在印度理工学院罗帕尔分校 (Indian Institute of Technology Ropar) 框架内多学科网络物理系统国家任务 (NM-ICPS) 下建立的技术创新枢纽 (TIH)。我们还感谢印度理工学院罗帕尔分校提供实验室设施。

Alok Das|Drishti Gaur|Neelkanth Nirmalkar