CREST | 斯坦福大学Mitch团队：食品采后加工中氯与臭氧消毒及消毒副产物

导读

 

美国斯坦福大学William A. Mitch教授团队在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊发表题为“食品采后加工中氯与臭氧消毒及消毒副产物（Chlorine and ozone disinfection and disinfection byproducts in postharvest food processing facilities）”的重磅综述。

采后食品加工过程中使用的化学消毒剂对控制食源性病原体爆发至关重要。与饮用水消毒相类似，食品加工也需考虑适度的消毒剂，从而平衡病原体灭活与消毒副产物（DBPs）暴露风险之间的矛盾。本综述聚焦于食品清洗工艺中消毒相关的研究，从食源性病原体爆发、食品加工工艺、食品消毒剂及消毒副产物等层面出发，全方位地梳理了当前的食品清洗过程中的消毒研究，分析比较了与饮用水消毒之间的关键性条件差异，重点阐明了在农产品、肉禽和海鲜等清洗过程中氯化和臭氧消毒对病原体灭活和DBPs形成，强调了灭活食物上病原体的难度。最后呼吁亟需研究消毒剂与生物分子反应形成的转化产物，以期减少DBPs食物残留带来的暴露风险。

图1 图文摘要（Graphic abstract）

主要内容

农产品可能通过灌溉水被病原体污染，因此在其清洗过程（图2）中通常会使用消毒剂，这对于灭活农产品上的病原体、防止洗涤水和切割工具的交叉污染非常重要。同样，在肉类、家禽和海鲜加工的清洗过程也使用较多的化学消毒剂。以上清洗工艺中食品消毒与饮用水消毒之间存在如下几点重要区别。首先，食物清洗工艺中化学消毒剂的接触时间更短，约为1~5 分钟，而饮用水消毒剂接触时间通常数小时，甚至在输水系统中可能持续接触。其次，洗涤水的溶解有机物含量非常高，对消毒剂的需求量很大。第三，依据食品类型的不同，食品加工工艺流程和消毒剂的使用位置存在差异，而饮用水处理厂较为统一。第四，正如传统饮用水消毒中必须考虑化学消毒剂对水质气味和口感的影响一样，食品加工流程也必须考虑消毒对食品质量造成的潜在影响，以确保食品在保质期内保持良好的色泽、味道、质地以及营养成分等。

图2 绿叶蔬菜的三次洗涤工艺示意图

氯是当前使用最广泛的化学消毒剂，人们通常从田间到清洗加工等整个食品加工过程都多次使用氯消毒。尽管这些过程中使用的氯剂量远高于饮用水消毒，但洗涤水中溶解COD对氯的需求量很高，因此游离氯残留量可能远低于其使用剂量，且这些残留物也会在最后冲洗食物中进一步去除。尽管氯消毒可以防止通过洗涤水对农产品造成交叉污染，但灭活食品表面存在的微生物存在一定困难。臭氧（O₃）是比氯更强的氧化剂，但其灭活病原体的机制受到较少关注，且尚未规定O₃使用剂量。另外，O₃还能够防止微生物增殖和腐烂使食物维持更好卖相；且产生较少卤化DBPs,在食品加工中广受青睐。

基于生物分子形成DBPs的角度研究发现，初始氯反应产物（如氯酪氨酸等）在食品消毒中也可能产生重要作用，其总产率高于低分子量DBPs（LMW DBPs）（图3）；更重要的是，虽然低分子量DBPs能够进入洗涤水中，仅对洗涤水处理带来较大的风险，但这些基于生物分子的氯化反应产物仍然结合在食品的蛋白质中，且具有生物可利用性，进而对消费者造成更为严重的暴露风险。而臭氧消毒过程中生物分子DBPs的尚未明晰。 

图3 （A）生菜中形成的氯化酪氨酸，可转化成LMW DBPs进入洗涤水；（B）氯化15min形成的氯化酪氨酸与LMW DBPs的产量

总结与展望

化学消毒剂在控制食品清洗工艺中对控制食源性病原体爆发至关重要，因此该过程产生的DBPs仍然令人担忧。虽然人们在努力开发新型消毒剂或消毒剂组合，但DBPs的产生始终不可避免。因此，今后的研究方向不要试图寻求不含DBPs的消毒剂，而应该努力发挥消毒剂控制病原体优势的同时，能够尽可能最大限度地减少DBPs的暴露。其次，未来需要加强基于生物分子的初始转化产物研究，以明确影响消费者暴露风险的关键DBPs。最后，需要从消毒工艺上做出改进，例如将消毒剂剂量从手动控制切换到自动控制，有助于迅速平衡病原体灭活与过量产生DBPs之间的关系；需要确立并提高精准的监测参数以实现加工线的自动控制，并有助于最大限度地减少控制病原体所需的消毒剂剂量。

作者简介

第一作者简介：

Adam M.-A. Simpson，美国斯坦福大学在读博士生，2016年加入Mitch教授课题组，2017年获得土木与环境工程硕士学位，然后继续攻读博士学位。研究方向为食品消毒及其该过程中脂肪和蛋白质的卤化副产物。

通讯作者简介：

William A. Mitch，美国斯坦福大学土木与环境工程系教授、“Bio-X计划”成员、人类中心人工智能研究所（HAI）兼职研究员。1993年获得哈佛大学人类学（考古学）学士学位，随后转行环境领域，在加州大学伯克利分校获得土木与环境工程硕士和博士学位。2003年在耶鲁大学担任助理教授，2013年起在斯坦福大学任副教授、教授。2004年获得AEESP杰出博士论文奖，2007年获得NSF Career奖，2013年获ES&T卓越审稿人奖。主要致力于探索公共卫生、工程和可持续性之间的联系，当前研究兴趣包括：公共卫生和新兴致癌物、全球变暖和海洋学、可持续性和持久性有机污染物、可持续废水回收工程以及碳封存。

|供稿：高艳蓬

|编排：曾镜羽

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