Abstract
Un dióxido de cloro de liberación controlada (ClO 2) bolsa fue desarrollado por el sellado de una forma de suspensión de ClO 2 en película de polímero semipermeable; las propiedades de liberación de la bolsa se monitorizaron en recipientes con o sin fruta. La bolsa se fija al interior de una concha de almeja perforado que contiene tomates de la uva, y el efecto sobre la población microbiana, firmeza, y se evaluó la pérdida de peso durante un período de almacenamiento 14 días a 20 ° C. Dentro de los 3 días, la concentración de ClO 2 en las conchas de almeja alcanzó 3,5 ppm y se mantuvo constante hasta el día 10. A partir de entonces, se redujo a 2 ppm por día 14. El ClO 2 bolsa exhibió fuerte actividad antimicrobiana, reducción de las poblaciones de Escherichia coli por 3,08 log UFC / g y Alternaria alternata poblaciones de 2,85 log UFC / g después de 14 días de almacenamiento. El tratamiento ClO 2 también redujo la pérdida de reblandecimiento y peso y extendió la vida total útil de los tomates. Nuestros resultadossugieren que el tratamiento ClO 2 es útil para extender la vida útil y mejora de la seguridad microbiana de los tomates durante el almacenamiento, sin perjudicar su calidad.
Introduction
Una dieta rica en frutas y verduras frescas puede ayudar a reducir el riesgo de muchas enfermedades, incluyendo las enfermedades coronarias y ciertos tipos de cánceres 1. Sin embargo, hay una serie de microbios patógenos transmitidos por los alimentos, tales como Escherichia coli, Salmonella enterica, y Listeria monocytogenes, asociados con el consumo de frutas y verduras frescas que pueden causar enfermedades o incluso la muerte entre los consumidores que comer productos contaminados 2. Por ejemplo, E. coli O157: H7 se han asociado con las uvas, tomates y fresas 3, 4, y los brotes de la hepatitis A se han asociado con arándanos frescos 5. Además, la contaminación microbiana puede causar pérdida de producto sustancial a través de la descomposición postcosecha 6. Alternaria alternata es una importante planta de hongo patógeno t sombrero se sabe que causa manchas en las hojas y otras enfermedades en más de 380 especies de huéspedes de plantas 7. Se ha demostrado ser la causa de un punto de Alternaria negro 8, una enfermedad cancro del tallo y un tizón de la hoja de tomates 9. Por lo tanto, es necesario un tratamiento poscosecha de descontaminación segura y eficaz para ambos patógenos transmitidos por los alimentos de control y para prevenir la caries postcosecha en productos frescos.
tecnologías de bajos y no de residuos son las nuevas tendencias de los desinfectantes alternativos. Una variedad de fungicidas postcosecha se han utilizado para reducir los organismos de descomposición y para prevenir las enfermedades transmitidas por los alimentos. El ozono, un agente antimicrobiano fuerte, se ha demostrado para preservar la calidad y la frescura de fresas y arándanos 10, 11. Sin embargo, el ozono puede causar la oxidación de tejido de la superficie de la fruta y puede resultar en la decoloración y el deterioro de la calidad del sabors = "xref"> 12. El cloro se ha usado para desinfectar productos frescos, tales como arándanos y manzanas 13. Aunque eficaz, el cloro puede reaccionar con compuestos o amoníaco que contienen nitrógeno, dando como resultado subproductos cancerígenos 14, especialmente cuando se usa para la sanitización de fruta fresca 15.
El dióxido de cloro (ClO 2), una alternativa desinfectante, fue aprobado por ambas China y los EE.UU. para el tratamiento poscosecha de frutas y verduras 16. ClO 2 es un agente oxidante soluble en agua con una capacidad de oxidación de 2,5 veces mayor que la de cloro libre 17. ClO 2 es altamente eficaz a bajas concentraciones y con un tiempo de contacto corto 18. ClO 2 tiene baja toxicidad y corrosividad mínimo a las concentraciones utilizadas para la desinfección, y se reconoce como uno de los bactericida más eficazy agentes fungicidas para uso en una variedad de configuraciones 19, 20, 21.
Numerosos resultados de la investigación han demostrado que el ClO 2 puede controlar los patógenos transmitidos por los alimentos y el deterioro postcosecha 16. Por ejemplo, ClO 2 de gas se ha usado para inactivar L. monocytogenes, Salmonella y E. coli O157: H7 y para prevenir arándano y fresa deterioro 22, 23. ClO 2 gas reduce el riesgo de contaminación microbiana manteniendo al mismo tiempo los atributos de fruta fresca, y que era eficaz en el control de la caries postcosecha de fresas 24. Sin embargo, es inestable a altas concentraciones y no transportable, lo que requiere históricamente generadores costosas en el lugar o ineficiente de mezcla en polvo de dos partes.
Sin embargo, un nuevo ClO2 producto con una formulación de liberación controlada ya preparado (es decir, que no requiere un generador o la premezcla de los ingredientes) ha demostrado ser muy eficaz en el control de los organismos de descomposición de alimentos y agentes patógenos en experimentos preliminares 25. Es un no corrosivo, y forma segura, rentable, fácilmente transportable de liberación controlada de ClO 2, sin efectos adversos sobre el medio ambiente. Experimentos previos han demostrado que este de liberación lenta ClO 2 polvo envuelto en material de filtración y se coloca en empaquetado de la cubierta reduce significativamente la descomposición de arándanos frescos y fresas, disminución de la pérdida de agua de la baya, y se mantiene la firmeza de la fruta durante el almacenamiento postcosecha 25, 26. Recientemente, un ClO 2 paquete de liberación controlada fue desarrollado por el sellado de una forma de suspensión de ClO 2 en una película de polímero semipermeable. Los objetivos de este trabajo fuerona: 1) controlar ClO propiedades de liberación 2 de gas, tanto en un recipiente cerrado y en clamshells perforadas, 2) investigar el efecto de una liberación controlada ClO 2 bolsa encerrada en un contenedor sobre los patógenos transmitidos por los alimentos y la decadencia de tomates de la uva, y 3) evaluar los efectos de la liberación controlada ClO 2 en la calidad de almacenamiento de tomates de la uva.
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Protocol
1. Medición de ClO2 gaseoso en el espacio de cabeza de una cámara cerrada
- Obtener los materiales: ClO 2 bolsa (0,5 g de ClO 2 suspensión (9,5% ai) en una película de polímero seleccionado por su velocidad de liberación (área de superficie total de 6 cm 2); los componentes exactos son de propiedad), una cámara de vidrio (19,14 L), y una tapa con entrada de gas conmutable y de salida.
- Coloque la bolsa de ClO 2 a la tapa con cinta adhesiva de doble cara.
- Cerrar la cámara mediante el sellado de la tapa con vaselina.
- Conectar la entrada y salida de un detector de gas ClO 2 a la cámara.
NOTA: Este es un sistema de circulación de gas, y no se produjo ninguna pérdida de gas al realizar las mediciones. - Encender el flujo de entrada y de salida del gas y medir la concentración de ClO 2 en la cámara después de incubar durante 0, 1, 2, 3, 4, 24, 26, 28, y 48 h.
- Controlar la temperatura y la humedad relativa (RH) en la cámara con los estribosAture y RH registradores de datos.
2. Preparación de la fruta y de almacenamiento
- Obtener 15 kg de tomates de la uva frescas (Solanum lycopersicum var. Cerasiforme) de un minorista local. Asegurar que los frutos están sanos y no tienen defectos visuales.
- Preparación del inóculo
- Utilice cepas de E. coli (tipo salvaje) y A. alternata de las superficies de cítricos 27 para la inoculación.
- Cultivo de E. coli en E. coli agar (ECA) a 35 ° C durante 1 día 27 y luego volver a cultivar los organismos en una nueva placa durante 1 día. Confirmar los organismos mediante el muestreo de las placas de ECA con un bac-loop, rayar las bacterias en Levine eosina azul de metileno agar (EMB), e incubando durante 24 h a 35 ° C; culturas que convierten reflectante, de color verde metálico son positivos para E. coli.
- Cultura A. alternata en agar de dextrosa de patata (PDA) a 25 °; C hasta esporas aparece.
- Raspar las células de E. coli de la placa de agar en 50 ml de agua destilada estéril hasta que la concentración estimada alcanza 9 log CFU / mL usando una comparación con estándares de equivalencia de turbidez McFarland. Añadir 1,950 ml de agua estéril que contiene 0,1% de Tween-20 para hacer 2 L total del inóculo final.
- Verificar la concentración de células por dilución en placas en placas de agar de la CE. Raspar las esporas A. alternata del medio de cultivo y suspenderlas en 2 L de agua destilada estéril que contiene 0,1% de Tween-20.
NOTA: La población final E. coli fue de 7,5 log UFC / g, y la población A. alternata fue de 5,5 log UFC / g.
- Coloque 7 kg de los tomates en un plato de acero inoxidable 10 L que está completamente cubierto por una bolsa autoclavable. Coloque la bolsa y la bandeja en una campana de seguridad. Aplicar la solución de inóculo (2 L) a los frutos usando un pulverizador de disparo aplicada desde la parte superior mientras se agita suavemente elfrutas con una mano enguantada.
- Después de 5 min, colocar los tomates en una sola capa en las hojas esterilizadas y permitir que se sequen al aire durante 2 h. Ponga sobre 200 g de fruta cada uno en clamshells perforadas twent y cuatro 1 lb (~ 1,14 l).
- Cuidadosamente doblar las láminas contaminados y colocarlos en la bandeja de acero. Quitarse los guantes y ponerlos en la sartén. Envolver la bolsa autoclavable y autoclave todos los suministros contaminados a 121 ° C durante 25 min.
- Adjuntar ClO 2 bolsas de los párpados de 12 conchas de almeja. Usa los otros 12 clamshells como controles. Pesar todo cada hoja abatible. Almacenar la fruta a 20 ° C durante 14 días.
- Tomar muestras en los días 3, 7, 10, y 14. Ejemplo de tres clamshells, representando 3 repeticiones, por tratamiento por día.
3. Seguimiento de ClO 2 Concentración en los Clamshells
- Introduzca el tubo de entrada y la salida del detector de gas ClO 2 en el centro de las conchas de almeja, with una distancia de 2 cm entre los dos extremos, y tomar la medición de ClO 2 en los días 3, 7, 10 y 14.
4. Determinación de la población microbiana de frutas y Atributos de Calidad
- Agitar 5 frutas (aproximadamente 60 g) de cada replicar a 100 rpm durante 1 h en una bolsa de muestreo esterilizado junto con 99 ml de tampón de fosfato potásico estéril (0,01 M, pH 7,2) en un agitador orbital.
- Diluciones en serie de placas (1-, 10- y 100 veces) de la Tampón de Lavado, 50! L cada uno, en ECA (para E. coli) y PDA (para A. alternata), utilizando un dispensador en espiral.
- Incubar las placas de ECA a 35 ° C durante 24 h y las placas de PDA a 25 ° C durante 3 días. Leer el recuento de colonias microbiana usando un lector de placa óptica. Desinfectar todo el equipo, que en contacto con la fruta contaminada después de su uso.
- Medir la firmeza de la fruta con un probador de firmeza de la fruta utilizando el protocolo del fabricante. Calibrar el probador antesde cada uso. Medir 20 fruta para cada replicar y expresar los resultados como la fuerza de presión, Newton (N), requerida para comprimir la fruta por 1 mm (convertido en N · m - 1).
- Pesar toda la concha con la fruta al comienzo de y durante el almacenamiento y el cálculo de la pérdida de peso en comparación con el peso inicial.
5. Análisis estadístico
- Replicar todos los experimentos por triplicado. Analizar los datos mediante análisis de varianza (ANOVA). Determinar la separación media mediante la prueba de rangos múltiples de Duncan; el significado se define a p <0,05.
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Representative Results
La liberación de ClO 2 exhibió un patrón lineal en las primeras horas. La concentración aumentó aproximadamente 2,38 ppm / h sobre el primero 4 h. La velocidad de liberación más lento después de 24 h de incubación, y la concentración de ClO 2 alcanzó 25,4 ppm. Sin embargo, la concentración tiende a ser estable después de 24 h de incubación (Figura 1).
El espacio de cabeza concentración ClO 2 en la concha de almeja con tomates de la uva fue de aproximadamente 4 ppm entre el día 3 y el día 10, disminuyó después de 10 días de almacenamiento, y era de aproximadamente 2 ppm en el día 14 (Figura 2). Las poblaciones iniciales de E. coli y A. alternata en la fruta después de la inoculación fueron de 4,3 y 3,4 log CFU / g, respectivamente (Figura 3). El tratamiento con ClO 2 bolsas reduce las poblaciones de E. coli y A. alternata por 3,08 y2,85 log CFU / g, respectivamente, después de 14 días de almacenamiento (Figura 3).
Los efectos de ClO 2 tratamiento en firmeza de la fruta y la pérdida de peso se presentan en las Figuras 4 y 5. ClO 2 impidió una pérdida de firmeza y de peso en la fruta, y estos efectos creció con el tiempo de almacenamiento prolongado (Figuras 4 y 5).
Figura 1: ClO 2 perfil de liberación de una bolsa de ClO 2 0,5-g en un recipiente de vidrio sellado, vacío 19,14-L a 20 ° C y humedad relativa 91%.
Figura 2: Concentración de ClO 2 en empaquetado de la cubierta perforada 1 lb con200 g de tomates de la uva a 20 ° C. Los valores son la media ± SD.
Figura 3: Efecto del tratamiento ClO 2 en E. coli y A. alternata poblaciones en las superficies de tomates de la uva inoculados almacenados durante 14 días a 20 ° C. Los valores son la media ± SD.
Figura 4: Efecto de ClO 2 tratamiento sobre la firmeza de tomates de la uva almacenado durante 14 días a 20 ° C. Los valores son la media ± SD.
Figura 5: Efecto de ClO 2 tratamiento en la pérdida de peso de tomate uvaES almacenan durante 14 días a 20 ° C. Los valores son la media ± SD.
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Discussion
El dióxido de cloro es un biocida ideal para prevenir la caries alimentos. Sin embargo, es inestable a altas concentraciones y no transportable, que requieren generadores costosos o ineficiente de mezcla en polvo de dos partes. Este estudio examinó la aplicación de una forma estable, lista para el uso de dióxido de cloro para reducir el deterioro del alimento y la incidencia de enfermedades transmitidas por alimentos. A diferencia de otras tecnologías de aplicación de dióxido de cloro que se utilizan actualmente, el ClO 2 comercial utilizado aquí es rentable, tiene una vida útil larga, y no requiere de grandes generadores o premezcla. Sin embargo, debido a las fuertes propiedades oxidativas de ClO2, las propiedades de liberación de gas de ClO2 son difíciles de medir y por lo tanto rara vez son reportados. En un estudio previo, se utilizó un método de valoración para medir la velocidad de liberación 28. Sin embargo, este método es menos preciso y más complicado. Algunas investigaciones evaluó la concentración de ClO2 mediante la absorciónen agua y luego se midió utilizando cromatografía de gases con espectrometría de masas (GC-MS) de detección 29. Sin embargo, este instrumento GC-MS es complicada y costosa 30. En nuestra investigación, un detector de gas ClO 2 se utilizó para medir la concentración de ClO 2. Este detector tiene múltiples sensores que proporcionan resultados más precisos en un tiempo más corto.
En nuestro protocolo, para la preparación del inóculo, el uso de una, 10 L cacerola de acero profunda unilateral como una cuenca para la aplicación de inóculo, en sí coloca dentro de una bolsa esterilizable en autoclave, así como papel de aluminio estéril en la que para secar la fruta , permite una limpieza rápida y ayuda a evitar la exposición humana a los organismos patógenos posiblemente a través de un contacto accidental. Rociar la fruta dentro de los confines de la bolsa autoclavable reduce la dispersión de los aerosoles microbianos. El secado de la fruta en papel de aluminio autorizado para la retirada completa y la subsiguiente esterilización de todas las superficiescon el que la fruta contaminada había entrado en contacto.
El dióxido de cloro exhibió una fuerte actividad antimicrobiana frente a E. coli y A. alternata en tomates de la uva (Figura 3). Solución de ClO2 se ha utilizado para lavar las frutas y verduras. El tratamiento con ClO 2 de gas a 4,1 mg / L (1.484 ppm) durante 20 min a 23 ° C redujo significativamente la población de Salmonella, E. coli O157: H7, y L. monocytogenes en recién cortadas de lechuga, col, y las zanahorias, sin causar efectos adversos sobre las propiedades sensoriales 31. Reducciones superiores al 3-log de E. coli O157: H7 se lograron después de 4 mg / L (1.448 ppm) ClO 2 tratamientos de gas durante 10 min a 21 ° C y 90% RH en la manzana superficies 32. Los efectos de ClO 2 tratamiento en firmeza de la fruta y la pérdida de peso se presentan en las Figuras 4 y 5. la firmezade ClO 2 tratado con tomates aumentaron en comparación con el fruto de control (Figura 4). ClO 2 tratados con fruta demostró actividad de la enzima inhibida, incluso en peroxidasa y polifenol oxidasa, que se atribuyó a un papel importante en el proceso de ablandamiento 33, o las tasas de respiración inhibida y la producción de etileno 34, 35. Una relación lineal entre ablandamiento y pérdida de peso se demostró en los arándanos 36. Se sugirió que ClO 2 podría reducir el metabolismo de fruta, además de prevenir la pérdida de peso y la retención de firmeza 37. Se concluyó que la bolsa ClO 2 era una técnica prometedora, no térmica-reducción de patógenos para las frutas y verduras frescas. Se mantiene la firmeza y reduce la pérdida de peso de tomates de la uva.
Una característica de limitación de este método de Sanitation es que aunque esta tecnología ClO 2 puede reducir el inóculo superficie del tomate de A. alternata, reduciendo el riesgo de nuevas infecciones post-cosecha por este hongo, que no será capaz de controlar establecido, las infecciones latentes de A. alternativo 38. infecciones establecidas se producen típicamente en el campo antes de la cosecha y son la principal causa de manchas negras poscosecha de tomate, que causan pérdidas económicas significativas a la industria. Otra característica limitante es la rápida reacción de ClO 2, que evita que el producto a partir de microorganismos lucha eficaz contra la que están incrustados profundamente dentro de un ambiente rico en agua o denso material orgánico 39. Típicamente, el potencial de desinfección del producto a bajas concentraciones pierde rápidamente la efectividad antes de ser capaz de penetrar suficientemente en el interior de frutos grandes. La solución a este problema, una concentración más alta del producto, lleva consigosus propios problemas, incluidos los efectos phytopathic y blanqueo de tejidos vegetales. Por lo tanto, para cada aplicación única de los productos básicos frente a patógenos, es necesario encontrar una concentración desinfectante que equilibra la eficacia antimicrobiana con el daño de los productos básicos aceptable.
En resumen, ClO 2 puede ser utilizado como un desinfectante para controlar los patógenos transmitidos por los alimentos, levaduras y mohos en la fruta. Los resultados de este estudio sugieren que ClO 2 a concentraciones bajas para duraciones de tiempo más largos en envase activo es útil para mejorar la seguridad microbiana y reducción de la caries durante el almacenamiento, sin perjudicar las propiedades físicas de la fruta. Las aplicaciones futuras de este protocolo incluyen la prueba de la eficacia de liberación lenta ClO 2 bolsas como una adición a los envases comerciales contra los patógenos transmitidos por los alimentos y los organismos de descomposición de cualquier número de productos alimenticios frescos, incluyendo frutas, verduras, carnes y panes existente.
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Acknowledgments
Nos gustaría agradecer el apoyo financiero proporcionado por Worrell Water Technologies, LLC. La mención de una marca o producto patentado es sólo para identificación y no implica una garantía o garantía del producto por parte del Departamento de Agricultura de Estados Unidos.
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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