综述：冷却，农产品品质、货架期和微生物安全的基石

《Current Opinion in Food Science》：Cooling, a Cornerstone for Produce Quality, Shelf Life, and Microbial Safety

　　

采后冷却是新鲜农产品保鲜的关键支柱。然而，不同冷却方法如何影响与新鲜农产品相关的微生物群落仍未被广泛探索。本观点性论文综合了采后冷却技术影响新鲜农产品微生物质量和安全的机制，并提出了一个框架，以指导不同冷却选项的食品安全风险评估(food safety risk assessment)。每种冷却技术都创造了独特的温度、压力、湿度和水接触条件，这些条件与农产品生理和微生物行为相互作用。这些条件对微生物存活和生长、交叉污染和病原体内化的影响，为理解冷却技术如何影响采后微生物风险提供了基础。最后，确定未来应用研究的优先事项将支持开发更好地平衡冷却效率与微生物安全性的冷却策略，同时保持产品质量、延长货架期并减少食物损失。

**Introduction**
采后损失在水果和蔬菜中达到13%至38%[1]，对园艺产业构成挑战。许多水果和蔬菜在高温下采收，保留田间热，加速代谢活性和品质劣变[2]。因此，快速温度管理对保持农产品品质和延长货架期至关重要[3]。主要冷却技术包括常温冷却、强制通风冷却(forced-air cooling, FAC)、真空冷却、水冷却、冰基冷却和蒸发冷却。冷却技术的选择目前主要由商品特性和采后处理能力决定。然而，除了去除田间热，冷却创造了独特的温度、湿度和水分条件，影响农产品生理和微生物行为（包括但不限于农产品或冷却环境中的微生物）[4,5]。尽管关于采后处理对新鲜农产品微生物安全和品质影响的证据日益增多，但不同冷却过程对微生物安全的影响尚未全面评估，留下许多知识空白，需要更有信息量的风险评估。本观点性论文将每种冷却技术视为非孤立过程，通过三个相互作用维度解释其微生物影响：冷却速率和温度轨迹、水接触模式和程度、以及压力或水分驱动的组织扰动。该框架将冷却期间产生的物理条件与微生物存活和增殖、交叉污染和病原体内化联系起来，并为比较主要冷却技术提供共同基础。

**Mechanisms governing the impact of postharvest cooling on the microbial safety and quality of fresh produce**
冷却技术创造了温度轨迹、水接触和压力或水分驱动的组织扰动的不同组合。这些过程条件影响三个主要微生物结果：存活和增殖、交叉污染和病原体内化（图1）。
**Temperature-modulated microbial behavior**
缓慢或不均匀冷却延长了农产品处于有利于微生物生长的温度期间。大多数食源性病原体（如大肠杆菌O157:H7、单核细胞增生李斯特菌、沙门氏菌属、蜡状芽孢杆菌和梭菌属）和腐败微生物（如假单胞菌属、欧文氏菌属、果胶杆菌属、灰葡萄孢和青霉属）是嗜温性的，在10°C以上快速繁殖[6,7]。例如，致病性大肠杆菌和沙门氏菌在12°C储存的新鲜农产品上显著增加[8,9,10]。因此，快速均匀地去除田间热对限制微生物增殖很重要。然而，仅靠冷却无法控制嗜冷病原体，如单核细胞增生李斯特菌，它能在-1.5°C低温下繁殖，在5°C时世代时间为13-24小时[11]，强调需要额外障碍干预。
**Cross-contamination**
交叉污染发生在冷却相关的水、融化水、气溶胶或受污染基础设施将微生物从污染源重新分布到先前未污染的农产品时。主要转移途径取决于冷却系统。
**Water-mediated pathogen transfer in hydrocooling and ice cooling**
涉及直接水接触的冷却方法引入了干法方法中不存在的污染途径。在水冷却和冰冷却中，过程水或融化水可将病原体从污染农产品转移到未污染农产品，在批次内放大污染。因此，美国食品药品监督管理局(FDA)将水冷却、倾倒罐和水槽运输视为高风险采后操作，当过程水未充分控制时[12]。重复水再利用可进一步增加风险，因为有机物和微生物积累，增加病原体转移至农产品表面、伤口和自然开口的机会[12]。水介导转移的潜在规模在芒果水冷却挑战中得以证明。未经处理的循环水含有约7.1 log CFU/mL的沙门氏菌，将病原体转移到最初未污染的水果，30分钟后导致7.07-7.18 log CFU/芒果。相比之下，200 ppm氯或80 ppm过氧乙酸可防止可检测的转移，证明维持有效消毒剂残留可减轻交叉污染[13]。商业系统中，转移受消毒剂残留、有机负荷、水周转、接触时间、系统设计以及商品和微生物特征的影响。氯广泛用作过程水消毒剂，通常为50-200 ppm游离氯，但其功效受pH、有机负荷和温度影响[14,15]。过氧乙酸通常应用40-80 ppm，在高有机负荷条件下可能保持更大功效[16,17,18,19]。臭氧辅助水冷却在1.5 ppm时，将番茄和大枣果上的大肠杆菌种群减少2.4 log和3.1 log，而不影响冷却动力学或水果微观结构[20]。冰冷却呈现类似风险。受污染的冰和融化水可转移病原体，并维持有利于微生物存活和交叉污染的表面水分[12,21]。与循环水冷却水不同，融化水质量难以控制。因此，预防措施应强调源水和冰的微生物质量、卫生处理、有效排水以及限制包装或批次间融化水流动。
**Biofilm reservoirs and bioaerosol dissemination in evaporative cooling**
与水冷却和冰冷却不同，蒸发冷却通常不需要过程水与农产品直接接触。其主要微生物问题是在润湿基础设施上形成持久生物膜储库，随后通过空气传播[22]。冷却垫、水槽、管道和换热表面持续湿润，可能支持生物膜发展，尤其是这些系统通常在15-25°C操作[23]。从这些湿表面或水释放的微生物可能随后进入出口空气，沉积在农产品或设施表面。直接蒸发冷却器的证据说明了这种基础设施到空气的途径。无紫外线处理时，循环水中细菌浓度达到8.2 × 10?-1.57 × 10? CFU/mL，而出口空气浓度达到197-4,110 CFU/m3，而入口空气在操作前两周仅为7-22 CFU/m3[24]。紫外线消毒将处理水中的细菌浓度降低至100-700 CFU/mL，但水通过冷却垫后污染再次增加，表明润湿基础设施仍是微生物源[24]。垫材料也可能影响储库发展；卢旺达的现场观察将真菌污染与蒸发冷却器内粘土表面联系起来，并报告储存商品间的交叉污染[25]。由于单独水处理可能无法消除湿表面建立的微生物，预防控制还应强调定期清洁、生物膜监测、垫维护或更换以及出口空气质量评估。仍需要直接研究来确定蒸发冷却产生的生物气溶胶在商业储存条件下是否导致可测量的农产品污染。
**Pathogen internalization**
内化代表一种独特的微生物危害，因为进入农产品组织的微生物变得难以或完全无法通过表面消毒接触。进入可能通过气孔、皮孔、茎痕、伤口、裂缝或其他自然和损伤开口发生。一旦进入，食源性病原体可能持续存在，尽管后续洗涤，而腐败生物可启动组织分解并促进二次腐败[26]。冷却期间，内化主要与压力驱动的水运动相关，这可由水冷却和真空冷却期间的水分介导运输引起。
**Pressure-driven infiltration during hydrocooling**
水冷却期间的内化归因于压力驱动渗透：当暖农产品浸入冷水时，内部气体收缩，产生负压，将水及其相关微生物通过表面孔隙吸入[27,28]。因此，农产品与水的温度差是重要的过程控制变量，因为更大的温差可产生更强的内部压力梯度，促进水更深入易感组织[29]。这一风险由模拟芒果操作说明，水果接受46°C热水处理，随后在21°C沙门氏菌污染水中水冷却30分钟，内部果肉含2.34-2.39 log CFU/芒果[13]。因此，水冷却操作应避免不必要的大温差，同时仍实现足够快的田间热去除。然而，仅温度差控制无法防止内化。在番茄中，品种和茎去除与浸没之间的间隔对S. enterica内化的影响大于温度差[30]，表明商品解剖结构和表面状况可能覆盖物理驱动力。具有高组织孔隙度的农产品，包括苹果、芹菜、甜瓜和番茄，可能特别易感，茎端常作为主要入口点[31]。因此，控制措施应结合管理农产品与水的温度差、有效消毒剂残留、限制暴露于污染水以及处理期间保护伤口和自然开口。
**Moisture-mediated infiltration during vacuum cooling**
真空冷却可能促进水分介导渗透，因为表面水在压力降低期间蒸发。早期研究提出真空诱导气孔开放是主要机制。Li等人[32]从真空冷却生菜中回收2.65 × 10? CFU/g的内化大肠杆菌O157，而非真空条件下为1.98 × 10? CFU/g，增加约13倍。作者将其归因于长时间真空暴露后气孔开放扩大，导致真空相关进入[32]。然而，后续成像研究表明真空单独不能完全解释渗透。Vonasek和Nitin [33]表明表面水分强烈影响细菌运动，退缩水膜将细胞携带至气孔和组织裂缝。因此，真空诱导的组织变化和水分动态可能共同作用：压力降低可能增加组织易感性，而蒸发水膜将细菌运输至暴露开口。其相对重要性取决于商品解剖结构、表面状况、组织损伤和自由水分量。因此，预防控制应侧重于真空处理前最小化表面水、避免不必要长时间或严重压力降低以及减少处理期间机械损伤。由于这些效应是商品和过程特异性的，真空冷却参数应为每种农产品类型验证。
**Technology-specific microbial-risk considerations**
基于主要微生物途径，六种主要冷却技术可根据其创造的过程条件和可能增加或减少的风险进行比较。表1总结了其操作原理、适用商品、关键质量考虑和主要微生物风险途径。
**Room cooling**
常温冷却依赖冷藏室内自然对流；通过自然对流和传导在冷空气和暖农产品表面之间进行热传递。其特点是低成本、冷却速率慢、温度分布不均匀，以及长期蒸汽压差导致高水分损失。适用于马铃薯、洋葱、大蒜、柑橘、卷心菜。潜在微生物食品安全风险包括由于冷却缓慢导致长时间暴露于有利于病原体存活和生长的温度，以及来自维护不良的冷却室或冷凝水的污染。
**Forced-air cooling**
强制通风冷却通过风扇产生压力差，将冷藏空气拉过通风包装和农产品表面。商业上全球主导，当包装设计适当时比常温冷却更快更均匀，可扩展用于商业操作。适用于柑橘、哈密瓜、苹果、梨、草莓、李子、杏、石榴、香蕉、番木瓜、杨桃、番石榴、猕猴桃、菠萝、葡萄、桃、油桃、番茄、蓝莓、黑莓。总体风险较低；然而，受污染空气、灰尘、冷凝水或维护不良风扇可能造成空气传播污染和交叉污染。
**Vacuum cooling**
真空冷却通过降低空气压力，导致水分蒸发，实现冷却。任何商业方法中冷却速率最快；表面脱水；较少水介导污染；高资本成本。适用于叶菜、蘑菇。潜在风险包括通过真空诱导组织变化或水分介导渗透导致病原体内化；脱水可能增加某些商品的组织易感性。
**Hydrocooling**
水冷却通过直接接触冷水，采用浸没或喷淋系统进行冷却。快速热去除；高传热效率；均匀冷却；直接水接触；提供水分。适用于西兰花、花椰菜、甜玉米、芦笋、青豆、芹菜、根茎类蔬菜、樱桃、苹果、桃、荔枝、梨、鳄梨、柑橘、甜瓜。最高风险是循环水中水介导交叉污染；病原体渗透入暖农产品；不充分水消毒增加污染风险。
**Ice-based cooling**
冰基冷却直接将碎冰或片冰应用于农产品，包括顶部加冰和包装加冰。在分销期间持续冷却；提供水分；实施简单。适用于西兰花、花椰菜、生菜、萝卜、甜玉米。受污染冰或融化水可传播病原体，促进交叉污染，并维持有利于微生物存活的自由表面水分。
**Evaporative cooling**
蒸发冷却利用湿表面水分蒸发的潜热降低空气温度。适用于短期农场储存；低能耗；依赖环境湿度；快速冷却能力有限。适用于热带和亚热带农产品：香蕉、番茄、柑橘。高湿度有利于微生物存活；冷却垫和循环水若不维护良好可能形成生物膜并产生生物气溶胶。
**Conclusion**
采后冷却不仅是简单的农产品品质干预，也是一个食品安全调节点。每种审查的方法在冷却速率、水接触、交叉污染和病原体内化风险之间涉及权衡。未来冷却系统设计应整合微生物风险缓解，与冷却效率和商品品质并重，技术选择和操作控制针对相关温度、水、压力和水分相关途径量身定制。基于上述框架，未来研究需解决以下优先事项。第一，需要标准化头对头研究，在匹配商品、微生物和过程条件下比较冷却技术，为行业提供更多信息以做出明智决策。第二，冷却设计需明确整合过程水和基础设施卫生，特别是水冷却、冰冷却和蒸发系统，其中微生物危害与水管理紧密相关。迫切需要对冷却过程水的指南。第三，商品特异性研究应确定组织解剖结构和冷却诱导的生理反应，如细胞壁强化或抗氧化活性，如何改变对微生物附着、渗透和持久性的易感性，作为补充障碍而非附带副作用。第四，冷却操作应嵌入环境监测程序，定期评估冷却基础设施中的温度、水质、生物膜热点和空气微生物。最终目标是拥有一个不仅保护农产品品质，还确保微生物食品安全的冷却系统。