植酸结合真空超声清洗技术：一种根除 lettuce 中内化的 Escherichia coli 并保持其采后品质的新方法

《Postharvest Biology and Technology》：Phytic acid with vacuum-ultrasound cleaning: a novel strategy for eradicating internalized Escherichia coli and preserving postharvest quality of lettuce

研究真空超声清洗（VC-US）联合0.2%吐温20与不同浓度植酸（PA）对生菜内部大肠杆菌的去除效果，发现0.65% PA处理最优，既能有效清除穿透 stomata 的E. coli（从4.40降至1.44 log10 CFU/cm2），又比NaClO更安全，同时维持了较高的抗氧化酶活性（SOD、CAT）和营养指标（总酚、维生素C）。

　　

谢思云|董芳云|亚斯敏·赛义德|钟瑞明|朱建华|张霞|陈一培|吴宇欣|廖彩胡

中国广东省北部地区食品与药用资源利用与保护重点实验室，韶关大学食品科学与技术学院，韶关512005

摘要

真空预冷过程会通过气孔增加病原菌侵入叶类蔬菜的机会，而这种气孔无法通过传统清洗方法完全去除，从而成为严重的食品安全问题。为了开发一种高效的清洗方法，我们采用了真空超声清洗（VC-US）技术，并结合使用0.2%的吐温20作为基础清洗剂。消毒剂次氯酸钠（NaClO，浓度为100 mg/L）作为对照组，同时测试了植酸（PA）这种替代次氯酸钠的消毒剂在不同浓度（0%、0.33%、0.65%和1.3%）下的效果，以评估其清除侵入生菜气孔的大肠杆菌（Escherichia coli）的能力。在清洗前后分析了菌落数量、共聚焦Z轴荧光成像、气孔开口度、酶活性以及总酚类、叶绿素、抗坏血酸（AsA）、丙二醛（MDA）、色度参数和绿原酸（CGA）等理化指标的变化。结果表明，增加植酸浓度可以提高从生菜表面和内部清除大肠杆菌的效率。1.3%的植酸浓度将内部细菌数量从最初的4.40–1.38 log₁₀ CFU/cm²降低到更低水平，但与0.65%的植酸浓度（1.44 log₁₀ CFU/cm²相比没有显著差异，且两种处理方法的效果均优于100 mg/L的次氯酸钠（1.53 log₁₀ CFU/cm²）。进一步分析表明，较高的植酸浓度可以增大气孔开口度，从而有助于清除内部的大肠杆菌。在储存过程中，0.65%的植酸处理能够维持较高的SOD和CAT活性，同时抑制POD和PPO活性，并减少MDA、绿原酸和咖啡酸的积累。此外，与其他植酸处理相比，0.65%的植酸在总酚类、抗坏血酸和叶绿素含量上与其它处理无差异，但在储存3天后其含量高于次氯酸钠处理。另外，0.65%的植酸处理在保持微生物清除效率的同时，还改善了感官品质。

引言

真空预冷是一种常见的预冷方法，通过降低环境压力来降低水的沸点，利用产品自身的水分蒸发实现冷却。该技术已被广泛用于有效保持蔬菜的视觉品质和营养成分，同时减少采后腐烂，尤其是对于叶类蔬菜（廖等人，2025年；Adam等人，2021年；廖和Yu，2020年；朱等人，2019年；朱等人，2018年）。因此，这种技术被认为是采后商业化、改良气氛保鲜、冷链储存和分销中的关键预处理策略。然而，真空预冷的“真空保持-再加压”阶段容易导致微生物轻易侵入蔬菜内部的气孔（Pyatkovskyy等人，2021年；Li等人，2008年；Vonasek和Nitin，2016年；Wei等人，2019年）。这种现象与植物组织的保护性质有关，这些组织在后续清洗或消毒步骤中保护了内部微生物免受直接接触，导致杀菌效果减弱，增加了食源性疾病爆发的风险（Vonasek和Nitin，2016年；Ranjbaran等人，2019年）。此外，用自来水冲洗或浸泡在消毒液中后再反复冲洗等方法无法清除已经侵入气孔腔内的微生物（Yaron和R?mling，2014年；Sela和Manulis-Sasson，2015年）。目前，只有少数研究关注如何消除蔬菜内部的微生物。先前的研究表明，真空预冷过程中加入臭氧辅助的再加压可以有效减少蔬菜内部的大肠杆菌O157:H7（Yesil等人，2023年；Shynkaryk等人，2016年；Pyatkovskyy等人，2017年；Vurma等人，2009年；Yesil等人，2017年）。然而，这种策略存在不良影响，如蔬菜表面变黄和营养成分降解，因为臭氧具有强烈的氧化性（Aslam等人，2021a；Karaca和Velioglu，2014年；Aslam等人，2021b；Glowacz和Rees，2016年）。因此，迫切需要开发更高效、更温和的消毒技术，以有效去除蔬菜气孔内的微生物，同时保持其营养价值和感官品质。

已有研究表明，真空超声清洗（VC-US）技术与吐温20等清洗剂结合使用，可以有效清除侵入蔬菜气孔或附着在表面裂缝中的微生物；这些微生物在释放后可以通过暴露于次氯酸钠（NaClO）等消毒剂中被有效消灭（谢等人，2025a；谢等人，2025b）。事实上，VC-US是一种先进的清洗技术，它利用真空条件下的超声空化作用产生强烈的湍流和爆炸性沸腾效应（廖和Yu，2020年；Zhou等人，2022年；Shi等人，2025年；Zhang等人，2023年；Yang和Zhao，2022年；Bo等人，2025年）。吐温20是一种常用的非离子表面活性剂，已被美国食品药品监督管理局（FDA）认定为GRAS（普遍认为安全）物质，它还能减少清洗液与蔬菜表面的接触角，从而增强微生物的脱离，而不影响水果和蔬菜的感官或营养品质（Huang和Nitin，2017年；谢等人，2025a）。因此，它被广泛用于水果和蔬菜的清洗过程。次氯酸钠（NaClO）是一种常用的低成本消毒剂，因其快速作用而能防止交叉污染，并已被证明能有效清除大肠杆菌（Inatsu等人，2017年）、单核细胞增生李斯特菌（Hou等人，2023年）和沙门氏菌（Nunes等人，2024年）。因此，NaClO已成为水果和蔬菜消毒中最常用的消毒剂之一（Possas等人，2023年）。然而，其使用也存在一些安全问题，可能对新鲜产品的感官品质和营养完整性产生不利影响（Qu等人，2023年）。因此，探索更安全、更有效的消毒剂成为水果和蔬菜去污领域的研究重点。

鉴于这些安全问题，近年来，天然物质如有机酸和精油作为NaClO的替代品受到了越来越多的关注。其中，植酸（PA）是一种天然存在的有机酸，广泛存在于植物种子、坚果、谷物和豆类中，被认为具有很高的安全性（Zhao等人，2023年；Ning等人，2024年）。在食品加工领域，植酸因其抗菌和抗氧化特性而被广泛研究。其抗菌机制主要依赖于螯合微生物细胞膜中的金属离子，破坏膜完整性，改变细胞形态，并削弱细胞间粘附（Zhou等人，2019年；Nassar等人，2023年；Nassar等人，2021年），从而发挥杀菌作用。此外，植酸还可以抑制某些酶的活性并减轻氧化应激，有助于水果和蔬菜的保存、微生物抑制和抗氧化（Li和Tang，2021年；Dong等人，2025年）。尽管植酸在高摄入量条件下被认为具有抗营养作用，但它仍被归类为“普遍认为安全”（GRAS）物质（Brouns，2022年；Pujol等人，2023年）。因此，我们假设结合使用真空超声（VC-US）技术和吐温20，并用植酸替代NaClO，可以成为一种有效的策略，用于清除侵入蔬菜气孔的病原微生物。然而，关于VC-US技术及其与NaClO替代品的组合的研究仍然较少。因此，为了开发一种高效的清洗方法，我们采用了真空超声清洗（VC-US）技术和0.2%的吐温20作为基础清洗剂。此外，我们还研究了不同浓度的植酸（0%、0.33%、0.65%和1.3%）作为传统消毒剂次氯酸钠（100 mg/L）的替代品，以清除侵入生菜气孔的大肠杆菌。选择植酸浓度是基于其在主食中的天然含量、作为食品添加剂的安全部数据（约0.2 g/kg）以及口服毒性研究（LD₅₀约为4924 mg/kg）（Brouns，2022年；Sha等人，2018年）。此外，还分析了清洗前后的菌落数量变化、共聚焦Z轴荧光成像、气孔开口度、酶活性以及总酚类（TP）、叶绿素、抗坏血酸（AsA）、丙二醛（MDA）、绿原酸（CGA）和色度参数等理化指标。最后，这些指标被用来系统评估植酸的清洗效果及其对生菜生理反应的影响。

部分内容摘录

生菜

意大利生菜来自韶关大学的农业学院。它在温室中种植，温度控制在18±2℃，湿度在50–70%之间。植物在12小时光照/12小时黑暗的光周期下生长，光照期间的平均光照强度约为15,000 Lux。选择标准包括一致的生长期（60天）、均匀的大小和高度（25±2厘米）。所选生菜无虫害。

不同处理对生菜气孔中总大肠杆菌和内部大肠杆菌清除效果的影响

在储存期间，观察到总大肠杆菌数量（包括表面相关和内部细菌）因处理方式而异（图2.A和B）。结果显示，所有处理方法都降低了生菜中的大肠杆菌数量；然而，清除效率各不相同。在0天时，1.3%的植酸处理导致总大肠杆菌和内部大肠杆菌的数量降至最低水平。

结论

本研究采用真空超声（VC-US）清洗技术与0.2%的吐温20作为基础清洗系统，探讨了不同浓度的植酸（PA）对清除侵入生菜气孔的大肠杆菌的效果以及对生菜生理特性的影响。在所有处理方法中，VC-US结合0.65%的植酸被确定为最佳清洗方法。该方法不仅有效清除了内部的大肠杆菌

作者贡献声明

谢思云：撰写——初稿、方法学、调查、数据分析、概念化。廖彩胡：监督、项目管理、资金获取。朱建华：验证、监督、方法学、调查。钟瑞明：监督、项目管理、方法学、资金获取。亚斯敏·赛义德：撰写——审阅与编辑、方法学、调查、数据分析。董芳云：撰写——初稿、方法学

写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备本工作时，作者使用了Google Gemini 3.5 Pro来改进语言和可读性。使用该工具/服务后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对出版物的内容负全责。

利益冲突声明

作者声明与手稿无关的利益冲突。所有资金来源均在“致谢”部分披露。

致谢

本文得到了国家自然科学基金（资助编号：32272425）、广东省教育厅科研平台与项目重点项目（资助编号：2025ZDZX2070）、广东省本科教学质量与教学改革项目（校企联合实验室，2025年）、韶关大学自然科学基金（资助编号：SY2023KJ10）和韶关市高等教育教学改革项目的支持。