生产采后洗涤水加氯的有效质量控制评估

摘要

采后生产卫生是降低食品安全风险的重要考虑因素。对当前农场卫生实践的评估可以揭示影响当前水果和蔬菜消毒剂有效性的因素。本研究的目标是确定和验证商业上可用的收获后冲洗水的质量控制，以支持小型农场。在这项研究中，我们评估并比较了两种市售便携式氧化设备还原电位(ORP单位为毫伏)仪表和三种类型的游离氯测试条作为农场质量控制工具，以监测过程冲洗水的卫生状况。质量控制使用不同类型的合成工艺冲洗水(土壤、植被、植被/土壤和挑战水)在不同浊度浓度下进行评估，并接种大肠杆菌O157:H7。结果表明，不同洗涤溶液对游离余氯含量有一定的影响。数据表明，ORP范围为650-800 RmV，在低浊洗涤条件下使用的游离氯试条可作为一种定性工具，用于监测小型农场采后卫生管理的游离余氯水平，作为最佳实践食品安全．

关键字

食源性相关疾病，微生物污染，腐败，疾病，微生物，农业水源。

简介

疾病控制和预防中心估计，美国每年有4800万人因食源性疾病而患病[1］．此外，2013年美国疾病控制与预防中心报告称，新鲜农产品是食源性疾病的主要原因。微生物污染可以发生在从农场开始的生产链的任何方面。在农场采用良好农业规范(gap)有助于减少腐败污染和致病微生物。越来越多的注意力集中在用于生产清洗水和农业水源的管理上缓解策略减少农场的食物安全风险[2］．

对农产品采后卫生的适当管理是减少和尽量减少潜在传播的基本做法食源性病原体S和生鲜农产品中的腐败微生物。有几次农产品食品安全爆发(如绿叶蔬菜、哈密瓜和豆芽)，其中农产品洗涤水管理不当是一个因素。收获后有效使用消毒剂有助于减少有害细菌。了解导致消毒剂在农产品上效果不佳的因素对于最大限度地提高预防控制至关重要。

氯是目前中小型种植者使用最多的农产品漂洗剂。市面上有许多化学纸试纸，可以检测和估计水溶液中游离氯的范围。考虑因素包括:预算、灵敏度和准确性、水中相应氯剂量的正确ppm范围、采样方向以及pH值、浊度和工艺冲洗水温度的影响。目前的研究建议将化学纸试纸作为卫生监测的方法[3.-5］．然而，没有出版物指定批准的制造商或适当的氯测试带范围。另一个值得关注的问题是，商用氯测试条是为水池和清洁饮用水设计的，与严重混浊的工艺冲洗水相比，它们都过滤了碎片。纸质试纸不是为农业用水应用和潜在的干扰变量而设计的。

农业用水的一个主要问题是浑浊有机物质和土壤。在低和中等浊度水平下，氯测试条给出准确的结果。悬浮固体的高浊度可能会干扰准确的颜色匹配和错误的测量。因此，由于植被和碎屑影响读数的准确性，氯测试条是一种很好的预检查方法或用于低混浊工艺水的应用。农民在选择化学纸试纸条时需要考虑的其他变量包括:不同制造商的特异性不同，准确性和灵敏度随价格的增加而增加。良好的卫生实践管理遵循基于浊度水平的最佳工艺洗涤水更换频率和/或在测试条预检查后的加工过程中具有ORP传感器仪表的第二监测方法[6］．

氧化还原电位(ORP)是测量直接氯浓度的另一种方法。ORP测量化学物质获得电子的倾向。强氧化剂将电子从细胞膜上吸走，不稳定的膜结构崩溃导致细胞死亡。因此，ORP探针以毫伏(mV)为单位测量抗菌潜力。研究表明，ORP、接触时间和抗菌效果受温度、浑浊度和pH值的影响。氯消毒雷竞技网页版的最佳pH值范围为6.5-7.5，因为pH值降低与游离次氯酸(HOCL)的高百分比相关[3.，4］．ORP提供氯化水抗菌活性的实时卫生监测。已有的研究建议，ORP设定点为650-800 mV是一个有效的抗菌范围，可以减少腐败细菌和病原体，如大肠杆菌和沙门氏菌在短短几秒的接触时间内[雷竞技网页版3.，4，6］．

小型农业经营缺乏进行传统质量控制分析所需的分析资源和工具。本研究的目的是比较和评估自由氯监测工具，如市售手持式ORP表和自由氯纸试纸，以在收获后清洗实践中有效地实现水卫生，以帮助农民选择合适的水监控工具年代。

材料与方法

剂制备

大肠埃希菌O157:H7 ATCC 43895致病性菌株在10 mL Tryptic大豆汤(TSB) (Remel Thermo Fisher Scientific, Lenexa, KS, USA)中37℃培养过夜。用0.5 mL过夜的E. coli O157:H7接种物制备1%的接种物，转移到49.5 mL TSB中，在37℃下孵育18小时。孵育后，18培养物以1500 rpm x g离心15分钟。将细胞颗粒重新悬浮，用Butterfield的磷酸盐缓冲液(Hardy Diagnostics, Santa Maria, CA, USA)洗涤，并以1500 rpm x g的速度离心15分钟。最后的细胞颗粒悬浮在5mL Butterfield的磷酸盐缓冲液中，以1.99 OD600 (Spectronic21D UV-Visible分光光度计，Milton Roy, Rochester, NY, USA)获得109-1010 CFU/mL的初始细胞浓度。最终浓度通过在Tryptic大豆琼脂(TSA) (Remel Thermo Fisher Scientific, Lenexa, KS, USA)上连续膨胀镀板在37°C下孵育24小时确定。

采后工艺水洗准备

设计了不同的收获后工艺冲洗水，以重现和模拟小型商业农场条件。创建了五种工艺冲洗水解决方案:清洁水;水中土壤;黄瓜悬浮物“SS”在水中;土壤和黄瓜在水中的“CS”;有机挑战水。使用超纯水(Barnstead Nanopure InfinityTM, Thermo Scientific, Dubuque, IA, USA)向处理洗涤液中添加不同的有机物，浊度为:0 NTU, 25 NTU, 50 NTU。浊度测量使用便携式HACH浊度计(便携式HACH 2100Q浊度计，HACH公司，Loveland, CO, USA)。

来自马萨诸塞大学农业推广作物研究和教育农场(南迪尔菲尔德，马萨诸塞州，美国)的表土是在2012年收获季节收集的。土壤经过筛分，从土壤中分离出小树枝、昆虫部位和岩石。用超纯水稀释得到的细筛土壤，使其达到预定的浊度并进行高压灭菌。黄瓜从当地商业市场(Amherst, MA, USA)批量获得。黄瓜被混合成泥，然后筛选和过滤得到浓缩黄瓜汁。然后用超纯水将黄瓜汁和土壤材料稀释至25 NTU或50 NTU，然后进行高压灭菌。

有机挑战水，总有机碳(TOC) 2.5 g/L，总有机碳2.5 g/L溶解固体物s (TDS)作为背景干扰的极端情况。挑战水的制备方法是:将2.5 g氯化钠(Fisher Scientific, Fair Lawn, NJ, USA)溶解到1.0 L超纯水中(pH调至7.0±0.2，用1 M NaOH (Fisher Scientific, Fair Lawn, NJ, USA)，用于TDS, 2.5 g单宁酸(Fisher Science Education, Nazareth, PA, USA)溶解到TOC。挑战洗涤水溶液在121℃下高压灭菌15分钟，并冷却到环境温度。

培养液过程

在接种前，将工艺洗涤水溶液暴露在不同浓度的氯漂白剂(Clorox公司，奥克兰，CA，美国)中，浓度分别为0 ppm和50 ppm，时间为2分钟。挑战水暴露在额外200 ppm的氯浓度中。接种前使用自来水厂游离氯检查超高“Fr1”(工业测试系统，Rock Hill, SC, USA)和LaMotte游离氯测试条“Fr3”(LaMotte, Chesterton, MD, USA)测量氯水平(图1一个)．“Fr2”没有使用，因为检测上限为10ppm (图1 b)．然后将洗涤液接种到107 CFU/mL大肠杆菌的最终浓度，并让其均匀分布2分钟。接种后2 min，用游离氯试纸Fr1、Fr2、Fr3测定剩余游离氯浓度。水样立即用100 μl硫代硫酸钠1N溶液(1N Na2S2O3, Fisher Scientific, Fair Lawn, NJ, USA)中和[8］．使用HACH无氯和总氯检测试剂盒(型号CN-80, HACH公司，Loveland, CO, USA)与未接种的工艺水溶液并行验证中和过程生物安全危害。在TSA上连续稀释电镀，在37°C下孵育24小时，以确认微生物的减少。实验重复了三次。

理化分析

氧化还原电位(mV)、游离氯浓度(ppm)、浊度(NTU)和温度在没有病原体的情况下分别进行监测，以考虑生物安全问题。使用磁棒和搅拌板连续搅拌样品。氯化前后的读数每30秒记录一次，直到8分钟或直到测量稳定。在ORP读数保持在最大10分钟氯暴露窗口内后，立即分析每个样品中的游离余氯。HACH游离和总氯检测试剂盒(型号CN-80, HACH公司，Loveland, CO, USA)作为游离氯浓度的测量标准，遵循二乙基-对苯二胺(DPD)方法。PDP法是氯比色测量的工业标准[3.，8-11］．所有的物理化学分析都是根据标准方案和制造商的说明进行的。两种手持式ORP设备分别为:ORP#1台式(Thermo Scientific Orion Star A221便携式ORP Meter)和ORP#2手持式(Eutech instruments OAKTON手持ORPTestr 10)。评估的游离氯测试行程为:游离氯测试条“Fr1”=自来水厂游离氯检查超高:#480024(美国SC洛克希尔工业测试系统);“Fr2”= HF科学游离氯微量检查:# 09940(沃茨水技术公司，迈尔斯堡，佛罗里达州，美国);“Fr3”=拉莫特氯气试纸:#4250-BJ(拉莫特，切斯特顿，马里兰州，美国)。重复分析三次。采用GraphPad®Software (La Jolla, CA, USA)对ORP数据集进行单因素方差分析(ANOVA)检验，以确定统计学意义和标准偏差，P < 0.05表示差异显著。游离余氯试纸采用Fisher精确检验法进行统计分析。

结果

含氯漂白剂处理合成工艺水中大肠杆菌的存活

确认的剩余游离氯浓度与7.45±0.054对数的还原相吻合大肠杆菌O157: h7 atcc 43895。除有机挑战水外，所有溶液都保持了游离氯的水平。水中的土壤保持了25- 50ppm的游离氯水平。黄瓜在水中保持游离氯1.2- 11ppm。黄瓜和土壤的混合物在水中保持10- 13ppm的游离氯。所有挑战水研究都测量了0 ppm的游离氯，结果没有减少大肠杆菌O157: H7。收集到的所有数据的完整摘要可以在(表1和表2)中找到。

水的物理化学条件

在浑浊的工艺水中评估了ORP和游离氯浓度的物理化学参数，以指示消毒剂的抗菌效果。结果汇总见表1和表2。

ORP米:便携式Orion orp# 1仪表和手持袖珍orp# 2在工艺洗涤水控制和有机物溶液中给出了一致的结果，并且值之间没有统计学差异。ORP测定的抗菌活性与建立的消毒剂活性范围650-800 mV范围一致[3.，6］．有机物使ORP大大降低到阈值以下，同时保持有效的微生物减少。这加强了目前流行的研究建议，将更高的ORP操作限制作为安全屏障:如果引入更多的有机物质，所有的游离氯都将被灭活，使工艺水容易受到污染。

表1:有机物洗涤液中游离余氯漂白剂对大肠杆菌O157:H7的降低与平均ORP测量的比较。

表2:游离氯试纸在浊度有机物溶液(50 NTU)中的比较

游离氯试纸:商用试条数据汇总见表2。在没有浊度存在的情况下，条带Fr1、Fr2和Fr3与HACH分析报告的游离余氯水平相关(见表2)。Fr1、Fr2、Fr3(结果按顺序给出)在未氯化水中测量到0 ppm、0 ppm、0 ppm，在氯化50 ppm对照清洁水中测量到50 ppm、10 ppm、50 ppm。当将土壤引入水中时，所有3个商业测试条都达到了其制造范围，并且与HACH控制测量结果一致。在50 NTU条件下，25 ppm的土壤水分与商业条带的响应能力相关，FR1: 25 ppm, FR2: >10 ppm, FR3: 10-50 ppm。然而，洗涤溶液中黄瓜物质的存在使测试条准确检测游离余氯水平的能力有了显著差异。黄瓜水中4ppm游离氯的残留水平产生FR1: 50ppm, FR2: 2.0 ppm和FR3: 10ppm的读数;所有3个测试条都未能与4ppm的HACH读数相关联。HACH结果显示，当黄瓜水中游离氯残留水平为10ppm时，FR1: < 25ppm, Fr2: 0.2 ppm, Fr3: 50ppm;与HACH读数相比，Fr1是匹配的，Fr2和Fr3是不匹配的。与HACH残留控制测量值相比，黄瓜和土壤过程冲洗水给出了不一致的结果。 A residual level of 5 ppm free chlorine in Cucumber Soil Water produced <25 ppm, 2.0 ppm and between 10-50 ppm; Fr1 was match, Fr2 and Fr3 non-match. A residual level of 25 ppm free chlorine in Cucumber Soil water produced <25 ppm, 0.6 ppm, and 50 ppm; all 3 test strips did not match the HACH reading of 25 ppm of free residual chlorine. Organic Challenge water as previously stated inactivated all available free chlorine to 0 ppm. All 3 test strips produce corresponding measurements 0 ppm, 0 ppm, and 0 ppm, which was consistent with the HACH control measurements of 0 ppm.

水质微生物水质

游离余氯浓度为50 ppm的低浊度水(0NTU)测得的ORP为680.7-701 mV。水与土壤浊度增加50 NTU在50 ppm游离余氯测得717-718.8 mV;黄瓜50 NTU在1.2 ppm测得584.3-560 mV;黄瓜和土壤50 NTU在10 ppm测得816-833.1 mV。在所有情况下，除了有机挑战水，在混浊洗涤水中至少存在1.2 ppm-50 ppm的游离氯显示出大于7对数的致病性降低大肠杆菌O157: h7 atcc 43895。

讨论

表1所示的结果表明，工艺洗涤水的高浊度与黄瓜基洗涤液中游离余氯浓度低相关。这与其他研究结果一致，即有机负载和悬浮固体干扰消毒剂的抗菌活性[3.，4，6，8，12-14］．当ORP读数和游离余氯读数表明存在活性游离余氯水平时，大肠杆菌O157:H7发生减少。这与其他研究一致，在游离氯存在的情况下，大肠杆菌O157:H7、非O157产志贺毒素大肠杆菌和沙门氏菌减少了4.5 log CFU/mL [14］．本研究中游离氯的存在减少了悬浮在各种混浊洗涤液中的E.coli O157:H7 ATCC 43895。便携式ORP仪在控制和有机物溶液中给出了一致的结果。减少大肠杆菌证实ORP值作为一种监测工具，表明在650-800 mV范围内有效的消毒剂活性。表1的结果表明，580 mV近似于真正的最小临界极限，1.2 ppm的游离余氯具有有效的抗菌活性。然而，任何浊度的增加都会使低1.2 ppm的游离氯失活。作为良好的农业规范，建议氯消毒剂保持在行业报告的650-800 mV范围内，以确保食品安全。随着有机物的引入，氯的消毒强度迅速下降，导致病原体存活的可能性增大。

建议将ORP值维持在650-700 mV之间，以维持抗菌活性[4］．如在Suslow [6]，有机负荷和氯浓度影响ORP读数。比较了不同有机质对ORP的影响。清洁水，无氯测量，平均444.5- 455 mV;加入50 ppm漂白剂后，ORP平均增加到680.7 ~ 701 mV。在土壤存在的情况下，无氯的水平均为475.3-457毫伏，与清洁水的范围相似。添加氯的土壤水增加了ORP水平。与对照洁净水相比，土壤水样表明，在预定的浊度水平下，土壤作为有机物模型不会干扰游离氯和ORP。

无氯黄瓜水测得低303-350.0 mV。25 NTU黄瓜水测得11ppm游离氯，浓度为830-834.9 mV。50个NTU黄瓜水测得的游离氯为1.2 ppm，相当于560-584.3 mV。在ORP测量中，黄瓜固体对游离氯离子灭活的影响大于土壤物质。

化学水试纸是一种实用的快速检测游离氯水平的方法。表2的结果表明，商业测试条可以准确地用于清澈、低浑浊和含有土壤悬浮固体的工艺水中。然而，具有较高有机负荷的洗涤水样表明，不同的有机物质会干扰游离氯条的精度。黄瓜在水中的固体影响了测试的准确性。对应图例的蓝色或紫色变化与HACH控制读数的测量结果不匹配，因此提供了错误的测量结果。黄瓜植被对ORP和化学试验条读数的准确性影响较大。

有机挑战水是一种控制水中已知悬浮固体类型的方法[7］．总溶解固体完全灭活的消毒剂极端范围50- 200ppm氯。由于合成工艺水中悬浮固体的类型会产生不同的结果，因此需要进一步的研究来建立有机物质的方法。

结论

我们的结果表明，洗涤水中农产品颗粒(如黄瓜物质)的增加对游离余氯水平有影响。当用于高有机负荷的洗涤水中时，市售的ORP和游离氯商业测试条可能导致读数不一致。ORP仪表和试纸条均显示抗菌活性与HACH比色控制相比，如果读数与高浑浊的植物工艺水不一致，那么农民可能会有虚假的安全保障感。试纸是一种廉价、易用和快速的游离氯监测方法，但应作为质量监测的定性工具，而不是定量方法。

本研究表明，游离余氯的存在将减少微生物污染。作为一种良好的农业实践，建议在用于清洗农产品的循环水源中添加消毒剂，如次氯酸钠。在小规模农场经营中，可以使用商业上可用的质量控制工具，如ORP手持式单元或游离氯试纸，作为存在游离余氯的定性评估，以降低致病性污染的风险。

在农产品洗涤水中使用含氯消毒剂，可显著降低食品安全风险。手持式ORP装置和游离氯试纸是质量控制工具，可以定性监测游离氯，以帮助控制洗涤水。在这项研究中，低至1ppm的氯剂量证明了大肠杆菌的减少。需要进一步的研究来评估营养性有机物对氯化洗涤液的影响和对监测工具的干扰，以了解其局限性，以便可以定量地使用这些工具。为了改进食品安全验证研究，需要设计一个标准的洗涤水系统模型，以模拟农产品洗涤水产生的有机负荷。溶解固体总量在建立这些类型的模型洗水系统时，除考虑浊度外，还应考虑TDS。利用监测工具适当维持pH值、有机物和游离氯浓度在采后卫生规划中至关重要，以防止食源性病原体污染。

致谢

作者感谢马萨诸塞大学农业推广中心对这项研究的支持。研究人员要感谢Nugen研究小组的成员Sam Alcaine和马萨诸塞大学阿默斯特食品科学系的Lynne A. McLandsborough博士。

本材料基于国家食品和农业研究所、美国农业部、马萨诸塞州农业实验站和马萨诸塞大学阿默斯特分校食品科学系在项目号MAS00440下支持的工作。

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