Abstract
Une poche de dioxyde de chlore à libération contrôlée (ClO 2) a été développé par scellement d' une forme de suspension de ClO 2 dans le film de polymère semi - perméable; les propriétés de libération de la poche ont été surveillées dans des récipients avec ou sans fruits. Le sachet a été fixé à l'intérieur d'une coquille perforée contenant des tomates de raisin, et l'effet sur la population microbienne, la fermeté et la perte de poids a été évalué au cours d'une période de stockage de 14 jours à 20 ° C. Dans les 3 jours, la concentration de ClO 2 dans les coquilles atteint 3,5 ppm et reste constante jusqu'à ce jour 10. Par la suite, il a diminué de 2 ppm par jour 14. La poche ClO 2 présentait une forte activité anti - microbienne, la réduction des populations d ' Escherichia coli par 3,08 log UFC / g et Alternaria populations alternata par 2,85 log UFC / g après 14 jours de stockage. Le traitement ClO 2 a également réduit la perte de poids et de ramollissement et a prolongé la durée de vie globale des tomates. nos résultatssuggèrent que le traitement ClO 2 est utile pour prolonger la durée de vie et l' amélioration de la sécurité microbienne des tomates pendant le stockage sans nuire à leur qualité.
Introduction
Une alimentation riche en fruits et légumes frais peut aider à réduire le risque de nombreuses maladies, y compris les maladies coronariennes et certains types de cancers 1. Cependant, il y a un certain nombre de micro - organismes pathogènes d' origine alimentaire, tels que Escherichia coli, Salmonella enterica et Listeria monocytogenes, associés à la consommation de fruits et légumes frais qui peuvent causer la maladie ou même la mort chez les consommateurs qui mangent des produits contaminés 2. Par exemple, E. coli O157: H7 ont été associés avec des raisins, les tomates, les fraises et les 3, 4, et des épidémies d' hépatite A ont été associés à des bleuets frais 5. En outre, la contamination microbienne peut entraîner une perte de produit importante par la décomposition post - récolte 6. Alternaria alternata est une plante importante champignon pathogène t chapeau est connu pour provoquer des taches de feuilles et d' autres maladies dans plus de 380 espèces de plantes hôtes 7. Il a été démontré que la cause d'une tache noire Alternaria 8, une maladie du chancre de la tige et une brûlure des feuilles de tomates 9. Par conséquent, un traitement de décontamination post-récolte sûr et efficace est nécessaire pour les deux agents pathogènes d'origine alimentaire et de contrôle pour prévenir la carie post-récolte des produits frais.
technologies peu polluantes et sans résidus sont les nouvelles tendances pour assainisseurs alternatives. Une variété de fongicides post-récolte ont été utilisés pour réduire les organismes d'altération et de prévenir les maladies d'origine alimentaire. L' ozone, un puissant agent anti - microbien, a été montré pour préserver la qualité et la fraîcheur des fraises et les bleuets 10, 11. Cependant, l'ozone peut provoquer l'oxydation des tissus de surface de fruits et peut entraîner une décoloration et la détérioration de la qualité de saveurs = "xref"> 12. Le chlore a été utilisé pour désinfecter les fruits et légumes frais, tels que les myrtilles et les pommes 13. Bien qu'efficace, le chlore peut réagir avec des composés contenant de l' azote ou de l' ammoniac, ce qui entraîne des sous - produits cancérogènes 14, en particulier lorsqu'il est utilisé pour la désinfection de fruits frais 15.
Le dioxyde de chlore (ClO 2), une solution de rechange désinfectant pour les mains, a été approuvé par la Chine et les Etats - Unis pour le traitement post - récolte des fruits et légumes 16. ClO 2 est un agent oxydant soluble dans l'eau ayant une capacité d'oxydation de 2,5 fois supérieure à celle du chlore libre 17. ClO 2 est très efficace à de faibles concentrations et avec un court temps de contact 18. ClO 2 a une faible toxicité et corrosivité minimale aux concentrations utilisées pour la désinfection, et il est reconnu comme l' un des plus efficaces bactéricideet des agents fongicides utilisés dans une variété de paramètres 19, 20, 21.
De nombreux résultats de recherche ont montré que CIO2 peut contrôler les agents pathogènes d'origine alimentaire et la carie post - récolte 16. Par exemple, le gaz ClO 2 a été utilisé pour inactiver les L. monocytogenes, Salmonella et E. coli O157: H7 et pour empêcher la détérioration du bleuet et la fraise 22, 23. Gaz ClO 2 réduit le risque de contamination microbienne , tout en maintenant les caractéristiques de fruits frais, et il était efficace pour contrôler la désintégration post - récolte de fraises 24. Cependant, il est instable à des concentrations élevées et non transportable, nécessitant traditionnellement générateurs coûteux sur le site ou inefficace mélange de poudres en deux parties.
Cependant, une nouvelle ClO2 produit avec un ready-made, la formulation à libération contrôlée (elle ne nécessite pas un générateur ou pré - mélange d'ingrédients) a été montré très efficace pour lutter contre les organismes responsables de la détérioration des aliments et des agents pathogènes dans des expériences préliminaires 25. Il est un coffre - fort, rentable, non corrosif, facilement transportable et forme à libération contrôlée de ClO 2, sans effets négatifs sur l'environnement. Des expériences antérieures ont démontré que cette libération lente poudre ClO 2 enveloppé dans un matériau de filtration et placé dans un emballage double coque réduit de manière significative la décomposition de myrtilles fraîches et des fraises, une diminution de la perte d'eau de la baie, et maintient la fermeté des fruits au cours du stockage après récolte 25, 26. Récemment, on a élaboré un paquet à libération contrôlée ClO 2 par scellement d' une forme de suspension de ClO 2 dans un film de polymère semi - perméable. Les objectifs de ce travail étaient: 1) de contrôler les propriétés de libération de gaz ClO 2 à la fois dans un récipient fermé et en coquilles perforées, 2) examiner l'effet d'une libération contrôlée poche ClO 2 enfermé dans un récipient sur les agents pathogènes d'origine alimentaire et la décomposition des tomates en grappe, et 3) évaluer les effets de la libération contrôlée ClO 2 sur la qualité de stockage des tomates raisins.
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Protocol
1. Mesure de CIO2 Gazeuse dans l'espace vide d'une chambre fermée
- Obtenir les matériaux: ClO 2 sachet (0,5 g de suspension ClO 2 (9,5% de matière active) dans un film de polymère choisi pour son taux de libération (surface totale de 6 cm 2), les composants exacts sont exclusifs), une chambre de verre (19,14 L), et un couvercle avec entrée de gaz et la sortie commutable.
- Attacher la poche ClO 2 au couvercle en utilisant un adhésif double face.
- Fermer la chambre en scellant le couvercle avec de la vaseline.
- Connecter l'entrée et la sortie d'un détecteur de gaz ClO 2 à la chambre.
NOTE: Ce système de circulation de gaz, et aucune perte de gaz a eu lieu lors de la prise des mesures. - Mettre en marche l'écoulement d' entrée et de sortie de gaz et de mesurer la concentration de ClO 2 dans la chambre après une incubation de 0, 1, 2, 3, 4, 24, 26, 28 et 48 h.
- Surveiller la température et l'humidité relative (RH) dans la chambre de trempedonnées ature et RH enregistreurs.
2. Préparation de fruits et de stockage
- Obtenir 15 kg de tomates raisins frais (Solanum lycopersicum var. De cerasiforme) auprès d' un détaillant local. Assurez-vous que les fruits sont en bonne santé et ont pas de défauts visuels.
- Préparation de l' inoculum
- Utiliser des souches de E. coli (type sauvage) et A. alternata de surfaces d'agrumes 27 pour l' inoculation.
- Culture de E. coli sur gélose de E. coli (ECA) à 35 ° C pendant 1 jour 27, puis re-culture des organismes sur une nouvelle plaque pendant 1 jour. Confirmer les organismes en échantillonnant les plaques ECA avec une boucle de bac, strie les bactéries sur Levine éosine bleu de méthylène (EMB) la gélose, et l'incubation pendant 24 h à 35 ° C; cultures qui se transforment réfléchissant, vert métallique sont positifs pour E. coli.
- Culture A. alternata sur gélose au dextrose de pomme de terre (PDA) à 25 ° C; C jusqu'à l'apparition de spores.
- Racler les cellules de E. coli à partir de la plaque de gélose dans 50 ml d'eau distillée stérile jusqu'à ce que la concentration estimée atteint 9 log CFU / ml en utilisant une comparaison avec des étalons de turbidité McFarland d'équivalence. Ajouter 1,950 ml d'eau stérile contenant 0,1% de Tween-20 pour faire 2 L totale de l'inoculum final.
- Vérifier la concentration cellulaire par dépôt de dilution sur des plaques d'agar CE. Racler les spores de A. alternata de partir du milieu de culture et de les suspendre dans 2 litres d'eau distillée stérile contenant 0,1% de Tween-20.
NOTE: La population E. coli finale était de 7,5 log UFC / g, et la population Alternaria A. était de 5,5 log UFC / g.
- Placer 7 kg de tomates dans une casserole en acier inoxydable de 10 L qui est complètement couvert par un sac autoclavable. Placez le sac et le bac dans une hotte de sécurité. Appliquer la solution d'inoculum (2 L) pour les fruits à l' aide d' un pulvérisateur à gâchette appliqué à partir du haut , tout en agitant doucement lefruits avec une main gantée.
- Après 5 min, placer les tomates en une seule couche sur des plaques stériles et de les sécher à l'air pendant 2 h. Mettre environ 200 g de fruits dans chaque Twent-quatre 1 lb (~ 1,14 L) clamshells perforées.
- Incorporer délicatement les feuilles contaminées et les placer dans la casserole en acier. Retirez les gants et les mettre dans la casserole. Envelopper le sac autoclavable et l'autoclave toutes les fournitures contaminées à 121 ° C pendant 25 min.
- Fixer ClO 2 poches aux paupières de 12 clamshells. Utilisez les autres 12 clamshells comme témoins. Peser chaque double coque entière. Conservez les fruits à 20 ° C pendant 14 jours.
- Prélever des échantillons sur les jours 3, 7, 10 et 14. Exemples trois clamshells, ce qui représente 3 répétitions, par traitement par jour.
3. Suivi de ClO 2 Concentration dans les Clamshells
- Introduire le tuyau d'entrée et de sortie du détecteur de gaz ClO 2 dans le centre des coquilles, with une distance de 2 cm entre les deux extrémités, et prendre la mesure ClO 2 jours 3, 7, 10 et 14.
4. Détermination de la flore microbienne et des fruits Attributs de qualité
- Agiter 5 fruits (environ 60 g) à partir de chaque répétition à 100 tpm pendant 1 h dans un sac de prélèvement stérilisé ainsi que 99 ml de tampon phosphate de potassium stérile (0,01 M, pH 7,2) sur un agitateur orbital.
- Plaque des dilutions en série (1, 10, et 100 fois) du lavage de la mémoire tampon, 50 ul chacune, CEA (pour E. coli) et PDA (pour A. alternata) en utilisant un ensemenceur spirale.
- Incuber les plaques CEA à 35 ° C pendant 24 h et les plaques de PDA à 25 ° C pendant 3 jours. Lire le nombre de colonies microbiennes en utilisant un lecteur de plaque optique. Désinfectez tout le matériel qui a contacté le fruit contaminé après utilisation.
- Mesurer la fermeté des fruits avec un testeur de la fermeté des fruits en utilisant le protocole du fabricant. Calibrer le testeur avantchaque utilisation. Mesurer pour chaque fruit 20 répliquer et exprimer les résultats sous la force de pression, Newton (N), nécessaire pour comprimer le fruit de 1 mm (converti en N · m - 1).
- Peser la double coque entière avec le fruit au début et pendant le stockage et le calcul de la perte de poids par rapport au poids initial.
5. Analyse statistique
- Répliquer toutes les expériences en triple exemplaire. Analyser les données en utilisant une analyse de variance (Anova). Déterminer la séparation moyenne par le test de gamme multiple de Duncan; la valeur qui est définie à p <0,05.
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Representative Results
La libération de ClO 2 présentait un motif linéaire au cours des premières heures. La concentration a augmenté d'environ 2,38 ppm / h au cours de la première 4 h. La vitesse de libération est ralentie après 24 h d'incubation, et la concentration de ClO 2 a atteint 25,4 ppm. Cependant, la concentration tend à être stable après 24 heures d'incubation (figure 1).
La concentration de ClO 2 dans l' espace de tête du clapet de tomates de raisin était d' environ 4 ppm entre le jour 3 et le jour 10, il a diminué après 10 jours de stockage, et il était d' environ 2 ppm au jour 14 (Figure 2). Les populations initiales de E. coli et A. alternata dans le fruit après l' inoculation étaient de 4,3 et 3,4 log UFC / g, respectivement (Figure 3). Le traitement par ClO 2 sachets réduit les populations de E. coli et A. alternata par 3,08 et2,85 log UFC / g, respectivement, après 14 jours de stockage (figure 3).
Les effets du traitement ClO 2 sur la fermeté des fruits et la perte de poids sont présentés sur les figures 4 et 5. ClO 2 a empêché la perte de fermeté et de poids dans le fruit, et ces effets a augmenté avec la durée de stockage prolongée (figures 4 et 5).
Figure 1: ClO 2 profil de libération d'une poche ClO 0,5-g 2 dans un récipient scellé, vide récipient en verre 19,14-L à 20 ° C et une humidité relative de 91%.
Figure 2: La concentration de ClO 2 dans l' emballage à clapet perforé 1 lb avec200 g de tomates raisins à 20 ° C. Les valeurs sont la moyenne ± écart-type.
Figure 3: Effet du traitement ClO 2 sur E. coli et A. alternata populations sur les surfaces des tomates raisins inoculés stockées pendant 14 jours à 20 ° C. Les valeurs sont la moyenne ± écart-type.
Figure 4: Effet du traitement ClO 2 sur la fermeté des tomates en grappe stockées pendant 14 jours à 20 ° C. Les valeurs sont la moyenne ± écart-type.
Figure 5: Effet du ClO 2 traitement sur la perte de poids de la tomate de raisines stockées pendant 14 jours à 20 ° C. Les valeurs sont la moyenne ± écart-type.
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Discussion
Le dioxyde de chlore est un biocide idéal pour prévenir la carie alimentaire. Cependant, il est instable à des concentrations élevées et non transportable, ce qui nécessite des générateurs coûteux ou inefficaces mélange de poudres en deux parties. Cette étude a examiné l'application d'une écurie, forme prête à l'emploi de dioxyde de chlore pour réduire la détérioration des aliments et l'incidence des maladies d'origine alimentaire. Contrairement aux autres technologies d'application de dioxyde de chlore actuellement utilisé, le ClO commercial 2 utilisé ici est rentable, a une longue durée de vie, et ne nécessite pas de grands générateurs ou pré - mélange. Cependant, en raison des propriétés oxydantes fortes de ClO 2, les propriétés de libération de gaz de ClO 2 sont difficiles à mesurer et par conséquent sont rarement signalés. Dans une précédente étude, une méthode de titrage a été utilisé pour mesurer la vitesse de libération 28. Cependant, cette méthode est moins précise et plus compliquée. Certains travaux de recherche a évalué la concentration de ClO 2 en absorbantdans de l' eau et ensuite mesurée à l'aide de Chromatographie en phase gazeuse avec détection par spectrométrie de masse (GC-MS) 29. Toutefois, cet instrument GC-MS est compliquée et coûteuse 30. Dans nos recherches, un détecteur de gaz ClO 2 a été utilisé pour mesurer la concentration de ClO 2. Ce détecteur comporte plusieurs capteurs qui fournissent des résultats plus précis en un temps plus court.
Dans notre protocole, pour la préparation de l'inoculum, l'utilisation d'un plat profond face, en acier de 10 L en tant que bassin pour l'application de l'inoculum, lui-même placé dans un sac autoclavable, ainsi qu'une feuille stérile sur lequel pour sécher le fruit , permet un nettoyage rapide et aide à éviter l'exposition humaine aux organismes pathogènes éventuellement par contact accidentel. La pulvérisation du fruit dans les limites du sachet autoclavable réduit la dispersion des aérosols microbiens. Le séchage du fruit sur une feuille a permis l'élimination complète et la stérilisation ultérieure de toutes les surfacesavec laquelle le fruit contaminé était entré en contact.
Le dioxyde de chlore présentait une forte activité antimicrobienne contre E. coli et A. alternata dans les tomates de raisin (Figure 3). Solution ClO 2 a été utilisé pour laver les fruits et les légumes. Le traitement avec le gaz ClO 2 à 4,1 mg / L (1484 ppm) pendant 20 min à 23 ° C réduit de manière significative la population de Salmonella, E. coli O157: H7, et L. monocytogenes sur la laitue fraîchement coupées, les choux, les carottes, sans causer des effets néfastes sur les propriétés sensorielles 31. Plus élevé que la réduction de 3 log de E. coli O157: H7 ont été obtenus au bout de 4 mg / L (1448 ppm) de traitement de gaz ClO 2 pendant 10 min à 21 ° C et 90% d' humidité relative sur les surfaces 32 pomme. Les effets du traitement ClO 2 sur la fermeté des fruits et la perte de poids sont présentés sur les figures 4 et 5. la fermetéde ClO 2 tomates imprégnées augmenté par rapport au fruit de commande (Figure 4). ClO 2 traité à fruit a démontré une activité enzymatique inhibée, y compris dans l' oxydase de polyphénol et la peroxydase, qui a été attribuée à un rôle important dans le processus de ramollissement 33, ou les taux de respiration a inhibé la production d'éthylène et 34, 35. Une relation linéaire entre la perte de ramollissement et le poids a été démontrée dans les bleuets 36. Il a été suggéré que ClO 2 pourrait réduire le métabolisme des fruits en plus de prévenir la perte de poids et le maintien de fermeté 37. Il a été conclu que la poche ClO 2 était prometteur, technique non thermique, réduction des agents pathogènes pour les fruits et légumes frais. Elle a maintenu la fermeté et réduit la perte de poids de tomates raisins.
Une caractéristique de limitation de cette méthode de Sanitation est que bien que cette technologie ClO 2 peut réduire l'inoculum de surface de tomate de A. alternata, ce qui réduit le risque de nouvelles infections post - récolte par ce champignon, il ne sera pas en mesure de contrôle mis en place, les infections latentes de A. 38 autre. Les infections établies sont généralement produites dans le domaine avant la récolte et sont la principale cause des taches noires de tomates, qui provoquent des post-récolte des pertes économiques importantes pour l'industrie. Une autre caractéristique de limitation est la réaction rapide de ClO 2, ce qui empêche le produit de lutter efficacement contre les micro - organismes qui sont profondément ancrées dans un environnement riche en eau ou une matière organique dense 39. En règle générale, le potentiel désinfectante du produit à des concentrations faibles perd rapidement l'efficacité avant de pouvoir pénétrer suffisamment à l'intérieur des grands fruits. La solution à ce problème, une concentration plus élevée du produit, porte avec elleses propres problèmes, y compris les effets phytopathic et blanchiment des tissus végétaux. Par conséquent, pour chaque application unique de produits de base par rapport à l'agent pathogène, il est nécessaire de trouver une concentration de désinfectant pour les mains qui concilie efficacité anti-microbienne avec des dommages des produits de base acceptable.
En résumé, ClO 2 peut être utilisé comme désinfectant pour les mains pour contrôler les pathogènes d'origine alimentaire, les levures et les moisissures sur les fruits. Les résultats de cette étude suggèrent que CIO2 à de faibles concentrations pour des durées plus longues dans l' emballage actif est utile pour améliorer la sécurité microbienne et réduire la carie pendant le stockage sans altérer les propriétés physiques du fruit. Les applications futures de ce protocole comprennent tester l'efficacité de la libération lente ClO 2 sachets comme un ajout aux éléments existants d' emballages commerciaux contre les agents pathogènes d'origine alimentaire et les organismes responsables de la détérioration d'un nombre quelconque de produits alimentaires frais, y compris les fruits, les légumes, les viandes et pains.
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Acknowledgments
Nous tenons à remercier le soutien financier apporté par Worrell Water Technologies, LLC. La mention d'une marque ou d'un produit exclusif est que pour l'identification et ne signifie pas une garantie ou garantie du produit par le Département américain de l'Agriculture.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Curoxin® chlorine dioxide pouch | Worrell Water Technologies | Slurry, a.i. 9.5% in sealed semi-permeable polymer film | |
| Grape tomato | Santa Sweets, Inc | Santa Sweets Authentic | |
| ClO2 gas detector | Analytical Technology, Inc., Collegeville, PA | PortaSens II | |
| Perforated clamshell | Packaging Plus LLC, Yakima, WA | OSU #1, 1 lb | |
| Escherichia coli | Wild Type (WT) from fruit surface | ||
| Alternaria alternata | from fruit surface | ||
| E. coli agar | EC Broth, Oxoid, UK | EC Broth with 1.5% agar | |
| Potato dextrose agar | BD Difco, Sparks, MD | ||
| Levine eosin methylene blue agar | BD Difco, Sparks, MD | ||
| Trigger spray bottle | Impact Products, LLC., Toledo, OH | ||
| Sterilized sampling bag | Fisherbrand, Fisher Scientific, Pittsburgh, PA | ||
| Orbit shaker | New Brunswick Scientific, New Brunswick, NJ | Innova 2100 | |
| IUL Instruments Neutec Eddy jet spiral plater inoculation plating system | Neutec Group Inc., Farmingdale, NY | ||
| EZ micro optical plate reader | Synoptics, Ltd., Cambridge, UK | ProtoCOL | |
| Fruit firmness tester | Bioworks Inc, Wamego, KS | FirmTech 2 | |
| Tinytag temperature and RH data logger | Gemini Data Loggers, West Sussex, UK | ||
| McFarland equivalence turbidity standard | Fisherbrand, Fisher Scientific, Pittsburgh, PA |
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