脉冲光与氧化型消毒剂对新鲜结球生菜上Tulane病毒灭活效果的比较研究

《Food Control》：Comparative inactivation of Tulane virus on fresh iceberg lettuce using oxidizing sanitizers and pulsed light.

　　

脉冲光处理在1.44至11.52 J/cm2的所有通量下均实现了约5 log10的TuV减少。过氧乙酸（PAA）和氯处理的效果较为温和（分别约为1.7和2.2 log10），且无剂量效应。对于脉冲光（PL）处理，从1.44到11.52 J/cm2的通量范围内未观察到明显的通量-响应关系。将PL与化学消毒剂（PAA或氯）联合使用并未比单独使用PL获得更好的减少效果。

论文解读：脉冲光与氧化型消毒剂对新鲜结球生菜上Tulane病毒灭活效果的比较研究

一、研究背景与意义

食源性病原体每年在全球造成约8.66亿例感染，其中人诺如病毒（HuNoV）每年导致约6.85亿例病例和20万例死亡，是急性胃肠炎的主要病毒性病原体。HuNoV感染还带来巨大的经济损失，估计每年达20亿美元。受感染的个体排出大量病毒，这些病毒在表面、水和食品中可长时间存活。人诺如病毒是与新鲜农产品（尤其是叶菜类蔬菜）相关的暴发疫情的主要致病因子，在美国2009年至2012年间，叶菜类蔬菜约占单一食品商品相关诺如病毒暴发的30%。新鲜农产品可能在供应链的多个环节受到污染，包括初级生产阶段通过污染的水源，以及加工过程中通过交叉污染或受感染的食品处理人员。由于叶菜类蔬菜通常生食，采后清洗仍是减少微生物污染的主要干预措施之一。

基于氯和过氧乙酸（PAA）的消毒剂广泛用于新鲜农产品加工。然而，这些化学处理方法对叶菜类蔬菜上病毒的杀灭效果往往有限，这归因于位于表面不规则处的病毒颗粒的可及性受限、与有机物的相互作用以及活性氧化物种的快速消耗。含50-200 ppm有效氯的氯化洗涤水已在新鲜农产品加工中使用数十年。美国食品药品监督管理局（FDA）指南特别支持10 ppm作为叶菜类蔬菜经验证的最低临界限值，并以25±5 ppm作为示例操作目标。然而，氯会与有机物反应形成潜在有害的消毒副产物（DBPs），因此氯在新鲜农产品消毒中的使用在多个欧洲国家受到限制或禁止，这凸显了对替代消毒策略的需求。过氧乙酸是一种强氧化剂，与次氯酸钠相比，其在生菜组织和洗涤水中产生的DBPs更少，使其成为新鲜农产品消毒的有吸引力的替代方案。FDA允许在洗涤水中使用最高80 ppm的PAA。然而，PAA在新鲜农产品上的抗病毒效果仍然中等。

除了化学消毒剂，非热物理处理已被探索作为新鲜农产品上微生物灭活的替代方法。脉冲光（PL）是一种去污处理技术，在此过程中表面暴露于短时、高强度的广谱电磁辐射脉冲（100-1100 nm）。病毒被PL灭活通常归因于对核酸和蛋白质的光化学损伤以及局部热效应。PL应用于生菜与有限的负面质量影响以及一些有益效果相关联。FDA规定脉冲持续时间不超过2毫秒，且新鲜农产品上的总累积处理不得超过12.0 J/cm²。

尽管人们对替代处理的兴趣日益增长，但在同等可控实验条件下，对叶菜类蔬菜上化学消毒剂与物理处理（如PL）的直接比较数据仍然有限。特别是，基质特性对这些处理效果的影响程度尚不清楚。解决这一空白对于优化去污策略和支持新鲜农产品加工中的决策至关重要。因此，本研究旨在提供在标准化条件下，对PL、PAA和次氯酸钠在鲜切结球生菜上病毒灭活效果的比较评估。由于HuNoV培养和感染性定量存在挑战，研究人员使用了Tulane病毒（TuV）作为可培养的替代物，因其与其他常用替代物相比，对多种灭活处理表现出更强的抵抗力。除了病毒灭活，还评估了PL、PAA和氯处理对生菜品质属性（包括质地、重量和颜色）的影响，以支持对其在新鲜农产品消毒中实际适用性的评价。

二、关键技术方法

研究人员采用了以下主要关键技术方法：

1. 1.
   细胞培养与病毒增殖：使用LLC-MK2细胞系进行Tulane病毒（TuV）的繁殖，通过聚乙二醇沉淀法浓缩病毒储备液。
2. 2.
   空斑试验：利用LLC-MK2细胞单层进行空斑试验，定量测定病毒感染性滴度，结果表示为空斑形成单位（PFU）。
3. 3.
   化学灭活处理：配制不同浓度的过氧乙酸（PAA）溶液（40、80、160 ppm）和次氯酸钠溶液（50、100、200 ppm有效氯），对接种病毒的结球生菜样品进行90秒的表面接触处理，随后使用中和液淬灭反应并回收病毒。
4. 4.
   脉冲光（PL）处理：使用Xenon X-1100系统，在固定距离下对生菜样品施加不同脉冲次数，实现总通量为1.44、2.88、5.76和11.52 J/cm²的处理，处理后使用培养基回收病毒。
5. 5.
   感官品质评估：通过质地分析仪（硬度、韧性）、色差计（CIELAB颜色空间L、a、b*参数）和称重法，评估处理前后生菜的质地、颜色和重量变化，并通过数码摄影记录外观。

三、研究结果

3.1 感官品质评估——质地

在所有评估的处理中，只有160 ppm过氧乙酸（PAA）处理90秒导致生菜质地发生统计学显著变化，硬度平均增加6.87%（p = 0.0463）。氯和脉冲光（PL）处理未引起显著的质地改变。

3.2 颜色

脉冲光（PL）在11.52 J/cm²通量下处理导致a值显著增加（p = 0.0283），表明在红-绿颜色轴上向红色偏移，但变化幅度很小，平均处理后a值为1.178。所有处理均未观察到L或b值的显著变化。

3.3 重量

氯处理（200 ppm，90秒）导致生菜样品重量平均增加0.036克（1.8%）（p = 0.0011）。相比之下，脉冲光（PL）在11.52 J/cm²通量下处理导致样品重量平均减少0.016克（0.9%）（p = 0.0002）。过氧乙酸（PAA）处理未引起显著重量变化。

3.4 病毒灭活实验

过氧乙酸（PAA）在40、80和160 ppm浓度下处理90秒，分别使病毒滴度平均减少1.45、1.72和1.87 log₁₀，各浓度间无显著差异。次氯酸钠在50、100和200 ppm浓度下处理90秒，分别使病毒滴度平均减少1.82、2.04和2.22 log₁₀，同样无显著浓度依赖性。脉冲光（PL）处理效果显著更强：在2.88 J/cm²通量下实现4.63 log₁₀的平均减少；在5.76和11.52 J/cm²通量下，病毒感染性降至检测限以下。在所有处理水平组合的比较中，PL处理显著优于化学消毒剂处理。

3.5 顺序处理

先进行1.44 J/cm²的脉冲光（PL）处理，再分别用40 ppm过氧乙酸（PAA）或50 ppm氯处理90秒，获得的病毒减少量分别为4.58和4.96 log₁₀，与单独使用相同通量PL处理（4.67 log₁₀）相比无显著差异，表明后续化学处理未带来额外的病毒灭活效果。

四、讨论与结论

讨论部分指出，过氧乙酸（PAA）导致的生菜硬度增加可能与氧化应激引起的植物细胞壁成分（如果胶基质）结构变化有关。脉冲光（PL）处理引起的轻微颜色变红（a*值增加）虽具统计学显著性，但幅度微小，不具有实际感知意义。氯处理导致的重量增加归因于消毒液吸收，而PL处理导致的重量减轻则与处理过程中的局部加热导致水分损失有关，但这些变化的幅度有限，不太可能影响产品质量或消费者接受度。

关于抗病毒效果，过氧乙酸（PAA）和氯处理在不同浓度下均显示出相对恒定且适度的病毒灭活效果（约1.7-2.2 log₁₀），这可能与复杂食品基质中氧化剂的快速消耗有关。相比之下，脉冲光（PL）在所有测试通量下均实现了远高于化学处理的病毒灭活效果（≥4.6 log₁₀），且在较高通量下可将病毒感染性降至检测限以下。未观察到明确的PL通量-响应关系，表明灭活迅速达到平台期，可能与生菜表面残留的不规则性导致的遮蔽效应有关。

将脉冲光（PL）与化学消毒剂顺序应用未能增强病毒灭活效果，表明PL处理可能已灭活了大部分可及的病毒颗粒，留给化学试剂的进一步作用空间有限。

研究结论：本研究结果表明，脉冲光（PL）在灭活鲜切结球生菜表面的Tulane病毒方面，其效果显著优于所评估的化学处理（过氧乙酸和次氯酸钠），同时仅引起微小且基本不可察觉的产品质量变化。这些发现表明，PL处理可作为一种有前景的叶菜类蔬菜表面去污策略，同时减少化学消毒剂的使用。然而，由于PL穿透力有限，未来需要在更复杂的叶片表面、针对内化病毒以及在工业加工条件（如自然污染样品）下进一步评估其处理效果。最终，利用新兴的人诺如病毒培养系统进行验证，对于全面确立PL在农产品消毒中的适用性至关重要。