劉麗芳，邱建清，徐 芳，施 源，曾紹校，胡嘉淼

聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)對(duì)牡蠣的保鮮效果

劉麗芳1，邱建清2，徐 芳1，施 源1，曾紹校1，胡嘉淼1※

（1. 福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福州 350002；2. 福建技術(shù)師范學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，福州 350300）

針對(duì)單獨(dú)光動(dòng)力殺菌、聲動(dòng)力殺菌技術(shù)的缺陷，探究聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)（Sono-photodynamic sterilization treatment，SPDT）對(duì)牡蠣的保鮮效果。該研究以牡蠣為研究對(duì)象，在以姜黃素濃度、聲光動(dòng)力處理時(shí)間及超聲波功率為單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗(yàn)，優(yōu)化聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)對(duì)牡蠣保鮮的工藝條件，同時(shí)對(duì)比不同處理前后的牡蠣進(jìn)行理化指標(biāo)及感官評(píng)分。結(jié)果表明：在姜黃素濃度50 μmol/L、超聲波功率600 W及聲光動(dòng)力處理時(shí)間60 min的條件下，對(duì)牡蠣的保鮮效果明顯，菌落總數(shù)為4.52 lg (CFU/g)。此外，聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)與空白對(duì)照組、姜黃素組、光照組、超聲波組比較，較好維持牡蠣的pH值、硫代巴比妥酸和揮發(fā)性鹽基氮在較低數(shù)值，保持了牡蠣的外觀、硬度及色澤等感官品質(zhì)，使牡蠣在4 ℃下貯藏貨架期由6 d延長(zhǎng)至12 d。因此，聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)具有良好的殺菌特性，可用于生鮮牡蠣的保鮮，為聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)應(yīng)用于食品領(lǐng)域提供理論指導(dǎo)與技術(shù)參考。

殺菌；貯藏；聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)；牡蠣；姜黃素；超聲波

0 引 言

牡蠣，又名生蠔、蠣黃、海蠣，是中國(guó)四大傳統(tǒng)養(yǎng)殖貝類之一。中國(guó)牡蠣養(yǎng)殖基地主要分布在福建、廣東、臺(tái)灣、浙江等沿海地區(qū)[1]。牡蠣肉肥味美，營(yíng)養(yǎng)豐富，不但富含維生素與優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)，礦質(zhì)元素含量也相當(dāng)高，其中僅含鋅量達(dá)到了22.54 mg/g[2]。牡蠣的貝肉與貝殼均可入藥，因此牡蠣也被中國(guó)衛(wèi)生部列為第一批的藥食兩用食品[3]。目前在市場(chǎng)上流通的鮮牡蠣主要為開(kāi)殼牡蠣，牡蠣開(kāi)殼后貝肉直接暴露在空氣中，使牡蠣更加容易被外界微生物侵染[4]，此外，在貯藏過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生脂肪氧化、黃變，汁液流失等問(wèn)題，破壞牡蠣感官品質(zhì)，降低牡蠣的市場(chǎng)價(jià)值。故企業(yè)為解決生鮮牡蠣貨架期短的問(wèn)題，通常將牡蠣制成牡蠣干、牡蠣罐頭、蠔油等加工制品銷往國(guó)內(nèi)外。因此如何運(yùn)用現(xiàn)代殺菌技術(shù)，在保證生鮮開(kāi)殼牡蠣的產(chǎn)品品質(zhì)的前提下，有效減少牡蠣中攜帶的微生物，延長(zhǎng)食品貨架期，成為有待解決的重要問(wèn)題。

傳統(tǒng)熱力殺菌技術(shù)，是最古老也是近現(xiàn)代及其重要的一種殺菌方式，主要通過(guò)熱傳導(dǎo)的方式傳輸大量熱能給食品，繼而達(dá)到高溫殺滅微生物以及鈍化酶類的目的，如目前廣泛使用的巴氏殺菌技術(shù)[5]，雖然能夠有效殺滅致病菌，但往往會(huì)對(duì)食品質(zhì)構(gòu)與風(fēng)味造成破壞[6-7]。因此，挖掘新的殺菌技術(shù)，確保在有效控菌的前提下也能保證食品品質(zhì)是食品安全領(lǐng)域的關(guān)注熱點(diǎn)。光動(dòng)力殺菌在醫(yī)學(xué)中已有廣泛應(yīng)用，在食品中潛在的應(yīng)用前景受到諸多關(guān)注，它是通過(guò)光照射光敏劑來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊環(huán)境的殺菌。光動(dòng)力殺菌在食品基質(zhì)中有很好的作用效果[8]，使用這種技術(shù)對(duì)食品進(jìn)行消毒時(shí)，不僅安全性更高，而且可以保持處理后食品的質(zhì)量[9]，但由于光源穿透力問(wèn)題，光動(dòng)力技術(shù)在食品基質(zhì)中的應(yīng)用仍有頗多限制[10]。而聲動(dòng)力殺菌技術(shù)則正好彌補(bǔ)了這一缺陷，超聲波具有較強(qiáng)穿透力，對(duì)于不透明液體以及固體食品內(nèi)部也能達(dá)到良好的殺菌效果，研究表明低頻超聲可以暫時(shí)改變細(xì)胞膜的通透性，同時(shí)產(chǎn)生適量的活性氧，不會(huì)破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)[11]，但其對(duì)光敏劑的刺激強(qiáng)度不如光照[12]。而聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)則是在聲動(dòng)力技術(shù)與光動(dòng)力技術(shù)的基礎(chǔ)上建立和發(fā)展起來(lái)的[13]，是在特定波長(zhǎng)的光照以及超聲波的作用下，通過(guò)激活聲光敏劑分子產(chǎn)生一系列活性氧殺菌物質(zhì)，從而達(dá)到殺菌的效果[14-15]。聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)在抑制腫瘤方面的有效應(yīng)用以及其操作簡(jiǎn)便、成本低廉、穿透力強(qiáng)且安全無(wú)副作用、作用于細(xì)菌以后不會(huì)產(chǎn)生菌株耐藥性[16-17]，在食品殺菌領(lǐng)域的應(yīng)用上也產(chǎn)生了巨大的影響力。

姜黃素主要來(lái)源于郁金、姜黃等姜科植物的塊莖或者根莖，它是世界衛(wèi)生組織以及美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)使用的食品添加劑，也是中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB 2760-2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》中允許添加于食品中的9種天然色素之一[18]。相對(duì)于化學(xué)合成聲光敏劑，姜黃素具有分子多樣性，且其對(duì)人體無(wú)毒無(wú)害、環(huán)?？山到猓S素具有抗氧化性[19]，在特定波長(zhǎng)的光照以及超聲波的作用下，通過(guò)激活聲光敏劑分子產(chǎn)生一系列活性氧殺菌物質(zhì)，從而達(dá)到殺菌保鮮效果。WANG等[20]評(píng)估了由姜黃素介導(dǎo)的聲光動(dòng)力處理技術(shù)對(duì)4 ℃貯藏的蝦魚(yú)糜品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，聲光動(dòng)力處理技術(shù)顯著抑制了蝦魚(yú)糜中的細(xì)菌生長(zhǎng)，延緩蝦魚(yú)糜品質(zhì)劣變，證明聲光動(dòng)力處理是一種可靠且有潛力的殺滅腐敗微生物和保持蝦魚(yú)糜品質(zhì)的方法。BHAVYA等[21]以姜黃素作為聲光敏劑，將感染大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的橙汁進(jìn)行聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌，研究發(fā)現(xiàn)殺菌后橙汁中的大腸桿菌菌落總數(shù)與金黃色葡萄球菌的數(shù)量均有所下降，聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)有效延長(zhǎng)了橙汁的保質(zhì)期。前期研究了單獨(dú)光動(dòng)力殺菌技術(shù)對(duì)牡蠣的保鮮殺菌[22]，但聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)應(yīng)用在牡蠣的研究未見(jiàn)報(bào)道，因此，本研究聯(lián)合聲動(dòng)力技術(shù)與光動(dòng)力技術(shù)，以菌落總數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，探究姜黃素濃度、聲光動(dòng)力處理時(shí)間以及超聲波功率3個(gè)條件，對(duì)牡蠣貨架期品質(zhì)指標(biāo)的影響，優(yōu)化聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)牡蠣保鮮工藝條件，以期為聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)應(yīng)用于食品領(lǐng)域提供理論指導(dǎo)與技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

1.1.1 試驗(yàn)材料

生鮮牡蠣購(gòu)于福州永輝超市（大儒世家店）。

1.1.2 試驗(yàn)試劑

三氯乙酸，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；乙二胺四乙酸，生工生物工程（上海）股份有限公司；硫代巴比妥酸，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；1,1,3,3-四乙基丙烷，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；氧化鎂，上海麥克林生化科技有限公司；生理鹽水，福州海王福藥制藥有限公司。

1.1.3 試驗(yàn)儀器

XH300E微波超聲波組合儀，北京祥鵠科技發(fā)展有限公司；PL-LED20F LED燈，北京卓立漢光儀器有限公司；UV-1100紫外分光光度計(jì)，上海美譜達(dá)儀器有限公司；LRH-250恒溫培養(yǎng)箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；MJ-54A高壓滅菌鍋，施都凱儀器設(shè)備（上海）有限公司；SW-CJ-1FD超凈工作臺(tái)，蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司；Legend Micro 17冷凍高速離心機(jī)，賽默飛世爾科技（中國(guó)）有限公司；PB-10 pH計(jì)，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；KT8400全自動(dòng)凱氏定氮儀，丹麥福斯集團(tuán)有限公司；CS-200精密色差儀，杭州彩譜科技有限公司；EZ-test質(zhì)構(gòu)分析儀，日本島津有限公司；SCIENTZ-09均質(zhì)機(jī)，寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.2 方 法

1.2.1 聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)對(duì)牡蠣保鮮效果的參數(shù)優(yōu)化

1）牡蠣樣品處理

將新鮮牡蠣置于人工海水中暫養(yǎng)6 h去除雜質(zhì)，洗凈開(kāi)殼，并用無(wú)菌生理鹽水清洗兩遍。然后將牡蠣封裝于均質(zhì)袋，每袋50 g并置于4 ℃冰箱冷藏備用。

2）牡蠣貨架期間菌落總數(shù)生長(zhǎng)曲線

將處理好的牡蠣分成若干組，以菌落總數(shù)作為牡蠣新鮮程度評(píng)價(jià)指標(biāo)，測(cè)定在4 ℃條件下牡蠣的菌落總數(shù)變化，預(yù)判牡蠣的貨架期終點(diǎn)。

3）不同姜黃素濃度對(duì)牡蠣保鮮效果的影響

配制終濃度為0、20、40、60、80 μmol/L的姜黃素溶液并置于4 ℃冰箱避光保存。按照牡蠣樣品處理的操作處理好牡蠣樣品后，將其瀝干水分，以1∶1的料液比將牡蠣浸泡在不同濃度的姜黃素溶液中，并置于4 ℃冰箱避光孵育20 min后，將樣品放入裝有4 ℃冰水的燒杯中，置于超聲波探頭下方5 cm，距425 nm LED光源5 cm處，在800 W超聲波功率下對(duì)牡蠣進(jìn)行聲光動(dòng)力處理30 min。以菌落總數(shù)作為殺菌效果評(píng)價(jià)指標(biāo)，考察姜黃素濃度對(duì)牡蠣中微生物的滅活效果。

4）不同聲光動(dòng)力處理時(shí)間對(duì)牡蠣保鮮效果的影響

將處理好的牡蠣以1∶1的料液比浸泡在濃度為40 μmol/L的姜黃素溶液中，并將樣品置于4 ℃冰箱避光孵育20 min后，將樣品放入裝有4 ℃冰水的燒杯中，置于超聲波探頭下方5 cm，距425 nm LED光源5 cm處，在800 W超聲波功率下對(duì)牡蠣進(jìn)行聲光動(dòng)力處理，處理時(shí)間分別為0、10、20、30、40、50 min。以菌落總數(shù)作為殺菌效果評(píng)價(jià)指標(biāo)，考察聲光動(dòng)力處理時(shí)間對(duì)牡蠣中微生物的滅活效果。

5）不同超聲波功率對(duì)牡蠣保鮮效果的影響

將處理好的牡蠣以1∶1的料液比浸泡在濃度為40 μmol/L的姜黃素溶液中，并將樣品置于4 ℃冰箱避光孵育20 min后，將樣品放入裝有4 ℃冰水的燒杯中，置于超聲波探頭下方5 cm，距425 nm LED光源5 cm處，分別在0、200、400、600、800、1 000 W超聲功率下進(jìn)行聲光動(dòng)力殺菌處理，處理時(shí)間為30 min。以菌落總數(shù)作為殺菌效果評(píng)價(jià)指標(biāo)，考察超聲波功率對(duì)牡蠣中微生物的滅活效果。

6）正交試驗(yàn)優(yōu)化保鮮參數(shù)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇姜黃素濃度、聲光動(dòng)力處理時(shí)間以及超聲波功率3個(gè)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)優(yōu)化，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。以菌落總數(shù)作為考察指標(biāo)，篩選最佳保鮮參數(shù)組合。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

1.2.2 品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定

1）菌落總數(shù)測(cè)定[23]

準(zhǔn)確稱取5 g打碎的牡蠣肉放入裝有45 mL無(wú)菌水的均質(zhì)袋中，以8 000 r/min均質(zhì)2 min后取出，在超凈臺(tái)中進(jìn)行10倍梯度稀釋，選取2～3個(gè)適宜的稀釋濃度，分別吸取200 μL注入平板計(jì)數(shù)瓊脂（plate count agar，PCA）培養(yǎng)基中并進(jìn)行均勻涂布，待樣液被PCA平板完全吸收后，放入（30±1）℃恒溫培養(yǎng)箱中倒置培養(yǎng)48 h。

2）pH值測(cè)定[24]

準(zhǔn)確稱取5 g打碎的牡蠣肉于無(wú)菌均質(zhì)袋中，隨后加入45 mL新煮沸冷卻后的水置于均質(zhì)機(jī)中拍打混勻，將處理好的樣液于常溫下浸漬30 min后在8 000下離心10 min，棄沉淀，使用pH計(jì)測(cè)定上清液的pH。

3）硫代巴比妥酸值測(cè)定[25]

準(zhǔn)確稱取5 g（精確到0.01 g）打碎的牡蠣肉，加入50 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.5%的三氯乙酸提取液（內(nèi)含0.1%乙二胺四乙酸（ethylenediaminetetraacetic acid，EDTA）），充分振蕩搖勻后浸漬0.5 h，隨后在4 ℃條件下8 000離心10 min得上清液。用移液槍吸取10 mL上清液并按 1∶1的體積比與濃度為0.02 mol/L的硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA)水溶液混合，裝入加塞玻璃試管中，90 ℃水浴30 min后取出冷卻。待冷卻至室溫后，以1 mL去離子水與1 mL TBA水溶液混合溶液作為空白參照，測(cè)量各組樣品在波長(zhǎng)532 nm下的吸光度，每組設(shè)置3個(gè)平行，試驗(yàn)結(jié)果取平均值。

標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定：稱取0.315 g的1,1,3,3-四乙氧基丙烷，用容量瓶定容至1 000 mL，制成濃度為100 μg/mL的丙二醛（malondialdehyde，MDA）母液，置于4 ℃冰箱保存?zhèn)溆?，?chǔ)存時(shí)間不超過(guò)3個(gè)月。吸取10 mL MDA母液，稀釋至100 mL，制成濃度為10 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)使用液。隨后分別吸取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mL標(biāo)準(zhǔn)使用液并用三氯乙酸提取液定容至10 mL，配制濃度為0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液用于標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定。

4）揮發(fā)性鹽基氮值測(cè)定[26]

準(zhǔn)確稱取打碎的牡蠣肉4 g，加入30 mL蒸餾水，充分振蕩使樣品分散均勻，將樣品浸漬30 min后，在上機(jī)檢測(cè)前加入0.4 g氧化鎂，隨后按照全自動(dòng)凱氏定氮儀操作要求上機(jī)檢測(cè)。

5）硬度測(cè)定[27]

通過(guò)質(zhì)構(gòu)分析儀測(cè)定各處理組牡蠣在貯藏過(guò)程中硬度的變化。質(zhì)構(gòu)分析儀設(shè)置參數(shù)為：探頭采用P36R圓柱探頭，測(cè)前、側(cè)中、測(cè)后速度均為1 mm/s，壓縮形變30%，觸發(fā)力0.004 9 N，每組重復(fù)3次，試驗(yàn)結(jié)果取平均值。

6）色差測(cè)定[26]

將牡蠣分為空白對(duì)照組、姜黃素組、光照組、超聲波組、聲光動(dòng)力組，每組4只牡蠣，用吸水紙除去牡蠣表面的水分后，采用色差分析儀分別測(cè)定、、值。其中值代表樣品的亮度，值越大表示樣品的亮度越高。值代表紅綠值，表示樣品顏色偏紅，表示樣品顏色偏綠。值代表黃藍(lán)值，表示樣品偏黃，表示樣品偏藍(lán)。

1.2.3 感官評(píng)價(jià)

選擇10位經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)的從事食品研究的學(xué)生作為感官評(píng)定員，根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 2733-2015《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)鮮、凍動(dòng)物性水產(chǎn)品》中的相關(guān)規(guī)定，制定牡蠣感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，從牡蠣的色澤、氣味、質(zhì)構(gòu)、黏液4個(gè)方面分別進(jìn)行打分。將所有人的打分進(jìn)行收集匯總后，取其均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。牡蠣感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 牡蠣感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

1.2.4 數(shù)據(jù)分析

所有試驗(yàn)結(jié)果均測(cè)定3次，使用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用Duncan多重比較檢驗(yàn)法進(jìn)行顯著性分析，<0.05表示存在顯著性差異，數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（Mean±SE）表示，采用Origin 2017軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 牡蠣貨架期間菌落總數(shù)生長(zhǎng)曲線

由于地理?xiàng)l件、生態(tài)環(huán)境有所不同，故每個(gè)地區(qū)的牡蠣攜帶的菌落種類，數(shù)量等都會(huì)有所差異，因此在探究聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)對(duì)牡蠣的保鮮效果前，預(yù)先測(cè)定牡蠣在4 ℃條件下的菌落生長(zhǎng)情況，了解牡蠣中細(xì)菌的生長(zhǎng)特性。牡蠣在4 ℃冷藏條件下的菌落總數(shù)生長(zhǎng)曲線如圖1所示，江艷華等[28]提出菌落總數(shù)達(dá)7.0 lg (CFU/g)是牡蠣的不可接受界限，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)從超市購(gòu)買(mǎi)的牡蠣初始菌落總數(shù)大約為（4.02±0.02）lg (CFU/g)，在貯藏過(guò)程中，牡蠣的菌落總數(shù)不斷攀升，當(dāng)貯藏到第6天時(shí)，菌落總數(shù)達(dá)（7.06±0.02）lg (CFU/g)，為牡蠣的不可接受界限。因此初步認(rèn)定本試驗(yàn)所用牡蠣在4 ℃貯藏貨架期為6 d左右。

注：圖中不同字母表示差異顯著（P<0.05）。

2.2 聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)對(duì)牡蠣的保鮮效果分析

2.2.1 姜黃素濃度對(duì)牡蠣的保鮮效果分析

在800 W超聲波功率下對(duì)牡蠣進(jìn)行聲光動(dòng)力處理30 min，不同姜黃素濃度對(duì)牡蠣的菌落總數(shù)影響如圖2a所示。結(jié)果顯示，隨著姜黃素濃度的提高，牡蠣中的菌落總數(shù)顯著下降，當(dāng)姜黃素濃度達(dá)到40 μmol/L時(shí)，殺菌率可達(dá)99.64%±0.06%，濃度繼續(xù)增大，菌落總數(shù)下降幅度明顯減緩，從而影響了殺菌效果。40與60 μmol/L，60與80 μmol/L之間不存在顯著差異（>0.05），因此暫定40 μmol/L為適宜試驗(yàn)濃度。

2.2.2 聲光動(dòng)力處理時(shí)間對(duì)牡蠣的保鮮效果分析

在姜黃素濃度為40 μmol/L，超聲波功率為800 W的的條件下，聲光動(dòng)力處理時(shí)間對(duì)牡蠣的保鮮效果如圖2b所示。隨著聲光動(dòng)力處理時(shí)間的延長(zhǎng)，牡蠣中菌落總數(shù)顯著下降（<0.05），但當(dāng)殺菌時(shí)間達(dá)到30 min后，菌落總數(shù)下降幅度減緩，牡蠣的菌落總數(shù)不存在顯著差異（>0.05），此時(shí)聲光動(dòng)力對(duì)牡蠣中細(xì)菌的殺菌率可達(dá)99.69%±0.07%。由于在姜黃素濃度為40 μmol/L，超聲波功率為800 W的條件下，殺菌時(shí)間大于30 min下的處理?xiàng)l件下，牡蠣的菌落總數(shù)并沒(méi)有出現(xiàn)顯著下降（>0.05）。綜合考慮，故選擇適宜聲光動(dòng)力處理時(shí)間為30 min。

2.2.3 超聲波功率對(duì)牡蠣的保鮮效果分析

在姜黃素濃度為40 μmol/L，聲光動(dòng)力處理時(shí)間為30 min的條件下，超聲波功率對(duì)牡蠣保鮮的影響如圖2c所示。隨著超聲波功率的提高，牡蠣中的菌落總數(shù)迅速下降，當(dāng)超聲波功率達(dá)到600 W時(shí)，殺菌率達(dá)到99.60%±0.04%。繼續(xù)提高超聲波功率，菌落總數(shù)下降不明顯，這可能是因?yàn)榈皖l超聲可以暫時(shí)改變細(xì)胞膜的通透性，同時(shí)產(chǎn)生適量的活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS），但細(xì)胞結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生破壞，而高強(qiáng)度超聲則會(huì)直接導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞壁、細(xì)胞膜及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生物理破壞，是一種不可逆的非熱力滅活過(guò)程，從而使殺菌率降低。600與800 W處理后的牡蠣菌落總數(shù)不存在顯著差異（>0.05）。故選擇超聲波功率600 W作為適宜殺菌功率。

注：圖2a中牡蠣的聲光動(dòng)力處理時(shí)間是30 min，超聲波功率是800 W；圖2b中牡蠣的姜黃素濃度是40μmol·L-1，超聲波功率為800 W；圖2c中牡蠣的姜黃素濃度是40 μmol·L-1，聲光動(dòng)力處理時(shí)間為30 min。

2.2.4 正交試驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果分析

通過(guò)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇姜黃素濃度、聲光動(dòng)力處理時(shí)間、超聲波功率3個(gè)因素設(shè)計(jì)L9正交試驗(yàn)，空白對(duì)照組為未經(jīng)過(guò)處理的新鮮牡蠣，試驗(yàn)結(jié)果以菌落總數(shù)作為聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)對(duì)牡蠣的保鮮效果評(píng)價(jià)指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。根據(jù)菌落總數(shù)值對(duì)不同處理?xiàng)l件下的牡蠣保鮮效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，優(yōu)化的保鮮參數(shù)為332，即在聲光動(dòng)力時(shí)間50 min，姜黃素濃度60 μmol/L，超聲波功率為600 W的條件下，聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)對(duì)牡蠣的殺菌效果最佳。通過(guò)比較極差的大小可知，影響殺菌效果的因素主次關(guān)系為姜黃素濃度、聲光動(dòng)力處理時(shí)間、超聲波功率，姜黃素濃度對(duì)聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)的殺菌效果的影響最大。綜上所述，聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)對(duì)牡蠣的優(yōu)化保鮮參數(shù)為聲光動(dòng)力處理時(shí)間50 min，姜黃素濃度60 μmol/L，超聲波功率600 W，菌落總數(shù)為4.52 lg (CFU/g)。

表3 聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)對(duì)牡蠣的保鮮效果優(yōu)化結(jié)果

2.3 聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)對(duì)牡蠣菌落總數(shù)的影響

牡蠣肉質(zhì)柔軟且營(yíng)養(yǎng)豐富，體內(nèi)褶皺多，因此其極易富集與繁殖微生物。并且在體內(nèi)各種酶的作用，大分子物質(zhì)被轉(zhuǎn)化成極易利用的小分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)一步為微生物提供了營(yíng)養(yǎng)，促進(jìn)了微生物的快速增長(zhǎng)。因此殺滅牡蠣體內(nèi)的微生物，是延長(zhǎng)牡蠣貨架期的關(guān)鍵一步。當(dāng)菌落總數(shù)≥7 lg(CFU/g)時(shí)，牡蠣被判定為不可食用[27]。從圖3可知，在貯藏過(guò)程中，菌落總數(shù)總體呈上升趨勢(shì)，空白對(duì)照組菌落總數(shù)上升最快，在第6天時(shí)菌落總數(shù)就達(dá)到（7.14±0.02）lg(CFU/g)，超過(guò)限定值，被判定為腐敗水產(chǎn)品。姜黃素組、單獨(dú)光照組和單獨(dú)超聲波組也略微延長(zhǎng)了食品貨架期，牡蠣貨架期分別為8、6、7 d，經(jīng)過(guò)這三組處理后的牡蠣菌落總數(shù)不存在顯著差異（0.05）。由圖可知，貯藏至12 d時(shí)不同處理組在減少牡蠣菌落總數(shù)的效果由小到大依次是聲光動(dòng)力組、姜黃素組、超聲波組、光照組、空白對(duì)照組，聲光動(dòng)力組的整體菌落總數(shù)值明顯低于其他處理組。試驗(yàn)結(jié)果表明聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)能有效延長(zhǎng)食品貨架期，對(duì)牡蠣保鮮具有積極意義。

注：?jiǎn)为?dú)姜黃素組條件為姜黃素濃度60 μmol·L-1，單獨(dú)光照組條件為425 nm的LED光源照射，單獨(dú)超聲波組條件為600 W，聲光動(dòng)力組條件為姜黃素濃度60 μmol·L-1，超聲波功率600 W，聲光動(dòng)力處理時(shí)間50 min，下同。

2.4 聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)對(duì)牡蠣pH值的影響

不同處理組的牡蠣在冷藏過(guò)程中的pH值變化如圖4a所示。各處理組的牡蠣pH值均呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)。牡蠣在貯藏前期出現(xiàn)pH值下降的原因是在牡蠣死亡后的初期階段，肌肉組織的糖原發(fā)生厭氧發(fā)酵反應(yīng)生成乳酸，ATP則降解生成PO43-，從而使牡蠣的pH值降低[28]。隨后由于牡蠣中的菌落總數(shù)的逐漸增多，細(xì)菌的分解作用占據(jù)主導(dǎo)地位，不斷加速牡蠣中蛋白質(zhì)的分解，導(dǎo)致胺類物質(zhì)生成，pH值逐漸上升[29]?？瞻讓?duì)照組牡蠣的pH值在連續(xù)下降4 d后開(kāi)始快速上升，姜黃素組、光照組、超聲組也分別到達(dá)最低點(diǎn)，開(kāi)始出現(xiàn)不同程度的pH值回升，三組都分別在第6天迎來(lái)拐點(diǎn)，但與空白對(duì)照組相比這三組的pH下降的趨勢(shì)差異不大（>0.05）。而聲光動(dòng)力處理后，牡蠣的pH值下降和上升的趨勢(shì)均明顯減緩且牡蠣的pH值上升點(diǎn)相較于空白對(duì)照組推遲了4 d。這也說(shuō)明了聲光動(dòng)力處理后牡蠣中細(xì)菌的生長(zhǎng)得到了有效控制。

2.5 聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)對(duì)牡蠣脂肪氧化值的影響

硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA）是評(píng)價(jià)脂肪氧化程度的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其體現(xiàn)了機(jī)體內(nèi)醛類物質(zhì)的積累情況。貯藏過(guò)程中各組的硫代巴比妥酸值變化情況如圖4b所示，各處理組的硫代巴比妥酸均處于上升趨勢(shì)，光照組的硫代巴比妥酸值上升最快且顯著高于空白對(duì)照組，各處理組的硫代巴比妥酸均處于上升趨勢(shì)，光照參與的組別（單獨(dú)光照組、聲光動(dòng)力組）的硫代巴比妥酸值上升較快，原因可能是LED輻照條件下，光催化會(huì)加速脂肪出現(xiàn)氧化變質(zhì)，而聲光動(dòng)力組最初由于光照的影響，脂肪氧化水平上升較快，但聲光動(dòng)力作用在殺菌的同時(shí)也會(huì)抑制酶的活性，所以后期脂肪氧化水平放緩。這可能與姜黃素和光照時(shí)間有關(guān)，姜黃素具有抗氧化性，短時(shí)間的光照射減弱了脂質(zhì)的過(guò)度氧化[30]。貯藏至12 d時(shí)不同處理組導(dǎo)致脂肪氧化的效果由大到小依次是光照組、空白對(duì)照組、聲光動(dòng)力組、超聲波組、姜黃素組。因此在使用聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)時(shí)，如果產(chǎn)品對(duì)氧化反應(yīng)較為敏感，則需要綜合考慮殺菌條件與光照時(shí)間。

2.6 聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)對(duì)牡蠣揮發(fā)性鹽基氮的影響

牡蠣死亡后，機(jī)體內(nèi)的微生物迅速增多，微生物會(huì)將牡蠣內(nèi)的蛋白質(zhì)進(jìn)行氧化分解，生成堿性含氮物質(zhì)，這些物質(zhì)通常具有揮發(fā)性，因此這種物質(zhì)被稱為揮發(fā)性鹽基氮（total volatile base nitrogen，TVB-N），TVB-N是檢驗(yàn)?zāi)迪牳瘮∽冑|(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)[31]。

在4 ℃冷藏條件下不同處理組牡蠣的TVB-N值變化如圖4c所示。貯藏初期，牡蠣的TVB-N值含量為（4.05±0.26）mg/100 g，基本符合生鮮牡蠣品質(zhì)。在貯藏過(guò)程中，各處理組的揮發(fā)性鹽基氮均處于上升趨勢(shì)，但相較于空白對(duì)照組，其他處理組的TVB-N值含量上升均出現(xiàn)了不同程度的減緩，其中聲光動(dòng)力組的整體TVB-N值含量最低。根據(jù)GB 2733-2015《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)鮮、凍動(dòng)物性水產(chǎn)品》中的規(guī)定，TVB-N≥20 mg/100 g認(rèn)為肉質(zhì)已發(fā)生腐敗?？瞻讓?duì)照組牡蠣在貯藏到第6天時(shí)，TVB-N值含量達(dá)到（20.11±0.74）mg/100 g，超過(guò)限定值認(rèn)定為腐敗肉。但聲光動(dòng)力處理組在第12天時(shí)TVB-N值的含量才達(dá)到（20.05±0.72）mg/100 g，貨架期延長(zhǎng)了6 d，貯藏至12 d時(shí)不同處理組導(dǎo)致牡蠣腐敗變質(zhì)的效果由大到小依次是空白對(duì)照組、光照組、超聲波組、姜黃素組、聲光動(dòng)力組，故聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)延緩了牡蠣的腐敗，對(duì)牡蠣的保鮮效果明顯。

2.7 聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)對(duì)牡蠣硬度的影響

各處理組牡蠣在4 ℃貯藏條件下的硬度變化如圖5a所示。牡蠣在貯藏過(guò)程中，由于機(jī)體水分喪失、微生物的分解以及酶的降解作用，機(jī)體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被分解，導(dǎo)致牡蠣內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織松散，肉質(zhì)變軟。從圖5a可以看出，空白對(duì)照組的牡蠣在貯藏過(guò)程中，隨著牡蠣中的菌落總數(shù)的不斷增多，細(xì)菌分解作用增強(qiáng)，牡蠣硬度迅速下降。貯藏至12 d時(shí)不同處理組在維持牡蠣的硬度的效果由大到小依次是聲光動(dòng)力組、姜黃素組、光照組、超聲波組、空白對(duì)照組，且聲光動(dòng)力組的硬度下降速率明顯減小且與空白對(duì)照組存在顯著差異（<0.05），這說(shuō)明了聲光動(dòng)力有效控制牡蠣中細(xì)菌增殖代謝，在維持牡蠣的硬度具有較為顯著的效果。

2.8 聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)對(duì)牡蠣色差的影響

食品色澤是消費(fèi)者判斷食品新鮮度的重要依據(jù)，食品是否具有其本身應(yīng)有的色澤會(huì)直接影響消費(fèi)者對(duì)食品的認(rèn)可性和滿意度。試驗(yàn)通過(guò)色差儀來(lái)測(cè)定牡蠣在貯藏過(guò)程中的顏色變化，其變化值分別用、、表示。各處理組在4 ℃條件下貯藏過(guò)程中牡蠣的色差變化如圖5b～圖5d所示。貯藏過(guò)程中，肉眼可見(jiàn)牡蠣的外觀開(kāi)始出現(xiàn)不同程度的變黃以及局部變青現(xiàn)象，通過(guò)儀器測(cè)定得出各處理組的牡蠣呈下降趨勢(shì)，呈上升趨勢(shì)，而則由正值轉(zhuǎn)負(fù)值，數(shù)值不斷下降，即牡蠣在貯藏過(guò)程中出現(xiàn)了肉質(zhì)亮度降低，顏色發(fā)黃且變青的情況，牡蠣值由正轉(zhuǎn)負(fù)，出現(xiàn)局部顏色發(fā)青現(xiàn)象的原因可能是由于貯藏過(guò)程中牡蠣汁液流失導(dǎo)致牡蠣內(nèi)臟顏色更為突出。貯藏至12 d時(shí)不同處理組對(duì)延緩牡蠣色變的效果由大到小依次是聲光動(dòng)力組、姜黃素組、超聲波組、光照組、空白對(duì)照組，聲光動(dòng)力組處理的牡蠣與其他處理組相比，顏色變化最不明顯，、、值的下降或上升速率都較低且與空白對(duì)照組存在顯著差異（<0.05）。因此通過(guò)色差分析，證明聲光動(dòng)力處理可以有效延緩牡蠣的色變，保持牡蠣良好的感官品質(zhì)。

圖4 牡蠣在4 ℃冷藏過(guò)程中各種鮮度指標(biāo)的變化

圖5 牡蠣在4 ℃冷藏過(guò)程中硬度及色差的變化

Fig.5 Changes of hardness and color difference of oyster stored at 4 ℃

2.9 聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)對(duì)牡蠣的感官評(píng)定結(jié)果分析

感官評(píng)定是比菌落總數(shù)、TVB-N等更直觀的貨架期鑒定指標(biāo)。食品的外觀品質(zhì)會(huì)直接影響消費(fèi)者的購(gòu)買(mǎi)行為[32]。通過(guò)感官指標(biāo)來(lái)鑒別食品的優(yōu)劣和真?zhèn)?，不僅簡(jiǎn)便易行，而且靈敏度高，直觀而實(shí)用。根據(jù)牡蠣中細(xì)菌的生長(zhǎng)特性，比較牡蠣在4 ℃條件下保藏6 d后，空白對(duì)照組牡蠣與聲光動(dòng)力組牡蠣的感官特性。由圖6和表4可知，通過(guò)對(duì)比保藏6 d后牡蠣的色澤、氣味、質(zhì)地和黏液，發(fā)現(xiàn)空白對(duì)照組的牡蠣肉質(zhì)發(fā)黃，黏液暗沉且已經(jīng)沒(méi)有牡蠣?wèi)?yīng)有的氣味。但聲光動(dòng)力處理后的牡蠣，肉質(zhì)顏色淡黃，黏液較為澄清且依然具有牡蠣?wèi)?yīng)有氣味，牡蠣品質(zhì)良好。這可能與聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)有效殺滅了牡蠣中的微生物有關(guān)。因此通過(guò)感官評(píng)定結(jié)果可知，聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)增強(qiáng)了牡蠣的貯藏特性，延緩了食品的感官品質(zhì)劣變，使牡蠣的貨架期得到有效延長(zhǎng)。

圖6 不同處理組的牡蠣在貯藏6 d后的變化

表4 牡蠣感官評(píng)分結(jié)果

3 結(jié) 論

該論文旨在通過(guò)探究聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)對(duì)牡蠣的保鮮應(yīng)用，為今后聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)應(yīng)用于食品領(lǐng)域提供理論指導(dǎo)與技術(shù)參考。試驗(yàn)得出主要結(jié)論如下：

1）探究了姜黃素的濃度、聲光動(dòng)力處理時(shí)間、超聲波功率三大主要因素對(duì)聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)殺菌效果的影響。結(jié)果表明，當(dāng)姜黃素濃度為40 μmol/L，聲光動(dòng)力處理時(shí)間為30 min，超聲波功率為800 W時(shí)，聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)對(duì)牡蠣的殺菌率可高達(dá)99.69%，聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)殺菌效果顯著。

2）通過(guò)姜黃素濃度、聲光動(dòng)力處理時(shí)間、超聲波功率優(yōu)化試驗(yàn)，得出聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)對(duì)牡蠣的最佳保鮮參數(shù)為姜黃素濃度50 μmol/L，聲光動(dòng)力處理時(shí)間60 min，超聲波功率600 W，菌落總數(shù)為4.52 lg (CFU/g)。

3）聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)較好維持牡蠣的pH值、硫代巴比妥酸和揮發(fā)性鹽基氮在較低水平，保持了牡蠣的外觀、硬度及色澤等感官品質(zhì)，將牡蠣在4 ℃下的貯藏貨架期由6 d延長(zhǎng)至12 d。聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)增強(qiáng)了牡蠣的貯藏特性，保證了牡蠣在貯藏過(guò)程中的產(chǎn)品品質(zhì)，對(duì)牡蠣具有較好的保鮮效果。

作為一種對(duì)抗微生物污染的非熱殺菌新手段，聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)具有極大的發(fā)展?jié)摿?，有望成為一線抗菌策略。

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Preservation effect of oyster by sono-photodynamic sterilization technology

LIU Lifang1, QIU Jianqing2, XU Fang1, SHI Yuan1, ZENG Shaoxiao1, HU Jiamiao1※

(1.,,350002,; 2.,,350300,)

Oyster is one of the four favorite cultured shellfish in China, particularly in the high content of mineral elements rich in vitamins and high-quality proteins. However, the meat of oysters was easy to be infected by external microorganisms, due to the direct exposure to the air after opening. In addition, the fat oxidation, yellowing, and juice loss of oyster meat can also occur during storage, leading to destroy the sensory quality and the economic value of oysters. Therefore, it is necessary for new and efficient sterilization to inhibit microbial contamination for oyster preservation. Traditional thermal sterilization technology mainly transmits a large amount of heat energy to the food via heat conduction, in order to achieve the purpose of killing microorganisms and inactivating enzymes at high temperatures. However, some damage can often occur to the food texture and flavor during thermal sterilization. Fortunately, the Sono-photodynamic sterilization technology (SPDT) is a new type of sterilization to combine sonodynamic and photodynamic technology. The sterilization can be expected to activate the Sono-photosensitizer molecules for a series of active oxygen bactericidal substances under the action of a specific wavelength of light and ultrasound. The purpose of this study is to explore the preservation effect of sono-photodynamic sterilization technology on oysters in view of the shortcomings of photodynamic sterilization and sonodynamic sterilization technology alone. Firstly, the growth curve was drawn for the total colonies number of microorganisms in oysters at 4℃. The initial colony number of oysters was (4.02±0.02) lg (CFU/g), and the shelf life was only 6 days. Then, orthogonal experiments were carried out based on the single factor experiments of curcumin concentration, sono-photodynamic processing time and ultrasonic power. The results showed that the fresh oysters treated with 50 μmol/L curcumin, 600 W ultrasonic power for 60 min LED exposure presented the best preservation effects, and the total number of bacterial colonies was 4.52 lg (CFU/g). Finally, the quality changes of oyster products were evaluated to determine the total bacterial count and volatile base nitrogen under the optimal preservation parameters of Sono-photodynamic sterilization. The results showed that the Sono-photodynamic sterilization was used to effectively kill the microorganisms in the oysters for the extending shelf life of oysters to 12 days. The thiobarbituric acid value determination showed that the light in the Sono-photodynamic sterilization accelerated the oxidation of oyster fat. Therefore, the sterilization effect and exposure time were considered under oxidation reaction conditions. The color difference analysis, pH value, and hardness measurement showed that the Sono-photodynamic sterilization can be expected to effectively delay the color change of oysters, and then control the spoilage rate of oysters, finally preventing the autolysis of oysters. The sensory evaluation showed that the Sono-photodynamic sterilization can maintain the product quality for the longer shelf life of oysters. In general, comparison of sono-photodynamic group with control group, curcumin group, illumination group and ultrasonic group, sono-photodynamic group can keep the pH value, thiobarbituric acid and volatile base nitrogen of oysters at low values, maintain the sensory quality of oysters such as appearance, hardness and color, and prolong the shelf life of oysters from 6 days to 12 days at 4 ℃. In summary, Sono-photodynamic sterilization can be used to obtain better bactericidal activity for the preservation of oysters.

sterilization; storage; sono-photodynamic sterilization technology; oysters; curcumin; ultrasonic

10.11975/j.issn.1002-6819.202210154

TS254.4

A

1002-6819(2023)-05-0232-09

劉麗芳，邱建清，徐芳，等. 聲光動(dòng)力聯(lián)合殺菌技術(shù)對(duì)牡蠣的保鮮效果[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2023，39(5)：232-240.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.202210154 http://www.tcsae.org

LIU Lifang, QIU Jianqing, XU Fang, et al. Preservation effect of oyster by sono-photodynamic sterilization technology[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2023, 39(5): 232-240. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.202210154 http://www.tcsae.org

2022-10-20

2023-02-22

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（32272450）；福建省科技廳對(duì)外合作項(xiàng)目（2020I0012）

劉麗芳，研究方向?yàn)槭称钒踩刂萍夹g(shù)。Email：2469082300@qq.com

胡嘉淼，博士，副教授，研究方向?yàn)楣鈩?dòng)力殺菌技術(shù)。Email：Jiamiao.hu@fafu.edu.cn