水培蔬菜营养液微生物变化对蔬菜微生物污染风险的影响.pdf

收稿日期 2022 04 17 基金项目 上海市科技兴农项目 2019 02 08 00 02 F01153 作者简介 宋春宏 1990 男 硕士 工程师 主要从事食品微生物研究 E mail 13262800205 163 com 共同第一作者 E mail guwj sqi org cn 通信作者 E mail geyu sqi org cn 上海农业学报 2022 38 5 107 112 http www nyxb sh cn Acta Agriculturae Shanghai DOI 10 15955 j issn1000 3924 2022 05 18 宋春宏 顾文佳 葛宇 水培蔬菜营养液微生物变化对蔬菜微生物污染风险的影响 J 上海农业学报 2022 38 5 107 112 水培蔬菜营养液微生物变化对蔬菜微生物污染风险的影响 宋春宏 顾文佳 葛 宇 上海市质量监督检验技术研究院 上海200233 摘 要 为了探究水培蔬菜营养液微生物变化对蔬菜微生物污染风险的影响 对营养液和水培蔬菜的指示 菌和致病菌进行了检测和菌种鉴定 通过数据对比和菌相的变化 分析营养液杀菌对蔬菜微生物污染风险的影 响 结果表明 使用臭氧对营养液进行杀菌 营养液中微生物菌落总数始终保持相对稳定 大肠菌群数量有下降 趋势 常见致病菌均未检出 回液端营养液杀菌后 细菌种类明显减少 腐败菌占比明显下降 蔬菜成熟后及时去 根加工 能够有效减少叶片中致病性微生物种类增长的风险 本试验结果可为水培蔬菜微生物污染风险的后续 研究提供参考 关键词 水培蔬菜 营养液 微生物污染 中图分类号 TS201 3 文献标志码 A 文章编号 1000 3924 2022 05 107 06 Effects of microbial changes in hydroponic vegetable nutrient solution on the risk of microbial contamination of vegetables SONG Chunhong GU Wenjia GE Yu Shanghai Institute of Quality Inspection and Technical Research Shanghai 200233 China Abstract In order to explore the influence of microbial changes in the nutrient solution of hydroponic vegetables on the risk of vegetable microbial contamination the indicator bacteria and pathogenic bacteria of the nutrient solution and hydroponic vegetables were detected and identified Through data comparison and bacterial phase changes the influence of nutrient solution sterilization on the risk of microbial contamination of vegetables was analyzed The results showed that using ozone to sterilize the nutrient solution the total number of microbial colonies in the nutrient solution remained relatively stable and the number of coliforms had a downward trend No common pathogenic bacteria was detected After the nutrient solution at the liquid return end sterilized the bacterial species decreased significantly and the proportion of spoilage bacteria decreased significantly Timely root removal and processing of vegetables after maturity could effectively reduce the risk of the growth of pathogenic microbial species in leaves The results of this experiment could provide a reference for the follow up study on microbial contamination risk of hydroponic vegetables Key words Hydroponic vegetables Nutrient solution Microbial contamination 新鲜蔬菜富含维生素 纤维素 矿物质和其他营养元素 是人们膳食中不可缺少的组成部分 1 2 人类 身体所需的维生素C和维生素A大部分来自于蔬菜 3 许多研究表明 经常规律性地进食蔬菜可以减少 癌症 心血管疾病和肥胖症的发病风险 4 8 无土栽培是现代农业中的高新技术 近年来 营养液栽培的 蔬菜面积在我国不断增加 利用营养液代替土壤直接向植物根系提供生长发育所必需的营养元素的栽培 方式 具有产量高 品质好 病虫害轻 不受土壤资源限制 易于工业化生产的优点 9 营养液是无土栽培中植物生长的主要营养来源 因此营养液的日常管理是无土栽培管理的核心环 宋春宏等 水培蔬菜营养液微生物变化对蔬菜微生物污染风险的影响 节 10 由于长期循环使用 营养液会滋生大量的微生物 使用寿命缩短 增加生产成本 目前 国内外关 于营养液废液的处理方式包括循环重复利用和不循环排出方式 营养液废液循环重复利用是指已经使 用过的营养液废液经消毒过滤和营养复配等一系列措施 重新回流到原栽培系统循环中再被植物吸收利 用 该方式已被欧盟等发达国家广泛应用 11 不循环利用是由于受到技术和成本等因素限制只能将利用 一次后的废液直接排入环境 这种方式造成了大量未被植物吸收利用的氮 磷 钾 NO2 3和其他化学物质 的浪费 同时也会造成河流等水体的富营养化问题 对地表和地下水造成污染 未经处理的营养液废液 二次利用时容易造成病虫害在栽培体系中广泛传播 会造成不可估量的损失 因此 科学的营养液废液 循环利用成为目前无土栽培研究中的一个热点问题 12 15 目前 臭氧 紫外线已广泛应用于营养液的杀菌消毒 具有低毒 无残留 环保的特点 但对其在无土 栽培过程中微生物变化影响的研究较少 本试验在水培菠菜培育至成熟的过程中 对其营养液供液端和 回液端的菌落总数 大肠菌群等指示菌数据进行跟踪和对比 并对这一过程中营养液及成熟蔬菜的菜叶 和菜根所含的菌落进行初步鉴定 以期为后续水培蔬菜微生物风险的评估奠定基础 1 材料与方法 1 1 试验材料 1 1 1 水培菠菜 菠菜品种 绿冠三号 由上海绿立方农业发展有限公司提供 1 1 2 培养基与仪器 平板计数琼脂培养基 结晶紫中性红胆盐琼脂 煌绿乳糖胆盐肉汤 胰蛋白胨大豆琼脂培养基 三糖 铁琼脂 李斯特菌选择性添加剂琼脂 李斯特氏菌显色培养基 改良EC肉汤培养基 改良山梨醇麦康凯琼 脂 大肠埃希氏菌O157显色培养基 尿素琼脂 以上培养基和试剂均由北京陆桥技术股份有限公司提 供 缓冲蛋白胨水 亚硒酸盐胱氨酸增菌液 四硫磺酸钠煌绿 亚硫酸铋琼脂 木糖赖氨酸脱氧胆盐琼脂 李氏菌增菌肉汤 以上培养基和试剂均由无锡赛微生物技术有限公司提供 BP琼脂平板 广东环凯微生 物科技有限公司 SMI12生化培养箱 美国Shellab公司 均质机 法国Interscience公司 AUTOF MS2000e MALDI TOF MS 郑州安图生物工程股份有限公司 全自动细菌鉴定药敏分析系统 法国生物梅里埃公司 1 2 试验方法 1 2 1 菠菜生长过程中营养液和蔬菜的微生物监测 将菠菜小苗在基质中培植一周后定植到栽培床上 根据外界气候与作物特点 通过备风机 湿帘 天 窗等环境管控设施对棚内温湿度及光照环境进行控制 以维持相对稳定的最佳生长环境条件 对于营养 液 使用紫外强度100 W cm2的紫外线对混入施肥机之前的水源进行消毒 每日18 00至次日5 00每 小时开启20 min 在回液端通过滤棉先把营养液里的杂质过滤掉 再通过4 5 mg L的臭氧对回流到封 闭水箱的营养液进行消毒 每日18 00至次日5 00每小时开启20 min 之后营养液循环到供液端 以维 持菠菜生长环境的相对洁净 分别于菠菜移栽到栽培床后的1 7周每周对供液端和回液端的营养液进行无菌采样 用无菌袋直 接接取100 mL营养液 封好无菌袋 防止污染 对营养液进行菌落总数和大肠菌群计数 并于培育的第1 周和第7周对营养液和水培菠菜的沙门氏菌 金黄色葡萄球菌 单核细胞增生李斯特氏菌 大肠埃希氏菌 O157 H7 NM等致病菌进行检测 菌落总数检测按照GB 4789 2 2016 食品安全国家标准食品微生物 学检验菌落总数测定 16 大肠菌群检测按照GB 4789 3 2016 食品安全国家标准食品微生物学检验 大肠菌群计数 17 沙门氏菌检测按照GB 4789 4 2016 食品安全国家标准食品微生物学检验沙门氏 菌检验 18 金黄色葡萄球菌检测按照GB 4789 10 2016 食品安全国家标准食品微生物学检验金黄 色葡萄球菌检验 19 单核细胞增生李斯特氏菌检测按照GB 4789 30 2016 食品安全国家标准食品微 生物学检验单核细胞增生李斯特氏菌检验 20 大肠埃希氏菌O157 H7 NM检测按照GB 4789 36 2016 食品安全国家标准食品微生物学检验大肠埃希氏菌O157 H7 NM检验 21 1 2 2 营养液和成品蔬菜中菌相鉴定 将第7周供液端营养液 回液端营养液稀释至适宜浓度 涂布至平板计数琼脂培养基平板上 将成品 801 上 海 农 业 学 报 蔬菜的菜根和菜叶分别均质后稀释至适宜浓度 涂布至平板计数琼脂培养基平板上 将上述涂布平板置 于36 培养箱培养48 h 从供液端营养液平板 回液端营养液平板 菜根平板 菜叶平板上分别随机挑取 不同形态的菌落 接种于胰蛋白胨大豆琼脂培养基上 36 培养24 h 用1 L无菌接种环蘸取少量菌 落直接涂抹于飞行质谱靶板样本孔位上 取1 L 70 甲酸涂敷于样本孔位上 彻底干燥后再滴加1 L 氰基 4 羟基肉桂酸 HCCA 基质液 室温干燥后 进行基质辅助激光解析电离飞行时间质谱 MALDI TOF MS 鉴定 22 对鉴定结果9 0 种水平置信 以下的菌落 辅助以全自动细菌鉴定药敏分析系统进行 鉴定 1 3 数据分析 1 3 1 七周内营养液中菌落总数和大肠菌群的变化 使用线性回归法对营养液中菌落总数和大肠菌群的变化进行统计学分析 观察其变化是否有统计学 意义 分别将菌落总数 logCFU mL 大肠菌群 logCFU mL 与各个时间点拟合直线 进行线性回归分析 通过t检验法进行判断 1 3 2 供液端和回液端中菌落总数和大肠菌群的变化 采用独立样本student t检验比较每个时间点两组间菌落总数 大肠菌群数的差异是否有统计学意义 2 结果与分析 2 1 菠菜生长过程中营养液菌落总数 大肠菌群的动态变化 由图1可以看出 无论是供液端还是回液端 其营养液在菠菜成熟的7周过程中菌落总数始终保持稳 定 P 0 862 P 0 802 从图2可以看出 大肠菌群数值第1周到第7周的下降趋势经t检验分析有统 计学意义 P 0 002 P 0 01 随着菠菜生长时间延长 营养液经反复循环杀菌后 菌落总数没有显著 增长 大肠菌群的数量反而下降 说明在菠菜生长过程中营养液的微生物增殖情况得到了有效控制 菌 落 总 数 供 液 端 菌 落 总 数 回 液 端 线 性 菌 落 总 数 供 液 端 线 性 菌 落 总 数 回 液 端 5 0 4 0 3 0 2 5 1 0 0 培 育 时 间 l g 菌 落 总 数 C F U m L 1 第 1周 第 2周 第 3周 第 4周 第 5周 第 6周 第 7周 null null 菌 落 总 数 null null null null null null null null null 代表供液端和回液端数据有显著性差异 P 0 05 图1 1 7周营养液的菌落总数 Fig 1 Total number of colonies of nutrient solution in 1 7 weeks 大 肠 菌 群 供 液 端 大 肠 菌 群 回 液 端 线 性 大 肠 菌 群 供 液 端 线 性 大 肠 菌 群 回 液 端 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0 0 5 0 培 育 时 间 l g 大 肠 菌 群 C F U m L 1 第 1周 第 2周 第 3周 第 4周 第 5周 第 6周 第 7周 null null 大 肠 菌 群 null null null null null null null null null 代表供液端和回液端数据有显著性差异 P 0 05 图2 1 7周营养液的大肠菌群数量 Fig 2 Number of coliforms of nutrient solution in 1 7 weeks 营养液杀菌消毒前后各个时间段供液端和回液端的菌落总数和大肠菌群数量均出现显著性下降 P 碳化稻壳 稻 壳 珍珠岩 营养液 27 这些研究都说明水培方式相对于其他栽培方式更加安全可控 臭氧是一种非常 强的氧化剂 具有很强的氧化力 如果有足够的曝气时间和浓度 可以杀死水中的所有生物 因此可以用 来对营养液进行消毒 28 本研究显示 在菠菜生长第1周至第7周成熟过程中 使用臭氧对营养液进行 杀菌 营养液中微生物菌落总数始终保持相对稳定 大肠菌群数量有明显下降趋势 常见致病菌的检测均 未检出 回液端的营养液经臭氧杀菌后 细菌种类明显减少 腐败菌占比明显下降 以上均说明水培蔬菜 可以通过臭氧杀菌环节杀灭部分有害细菌 较好地控制种植环境 降低成品蔬菜的微生物污染风险 蔬 菜成熟后及时去根加工 能够有效减少叶片中致病性微生物种类增长的风险 在一定程度上预防了交叉 污染的可能性 建议企业在运输 贮存 加工蔬菜之前及时去根 以降低成品蔬菜的微生物污染风险 本试验从水培蔬菜的营养液种植环境控制和成品菜去根加工两个关键环节对微生物污染风险进行 了研究分析 为水培蔬菜微生物污染风险的后续研究提供了参考数据 111 宋春宏等 水培蔬菜营养液微生物变化对蔬菜微生物污染风险的影响 参 考 文 献 1 LEWIS IVEY M L LEJEUNE J T MILLER S A Vegetable producers perceptions of food safety hazards in the Midwestern USA J Food Control 2012 26 2 453 465 2 HUANG Z PAN X D WU P G et al Heavy metals in vegetables and the health risk to population in Zhejiang China J Food Control 2014 36 1 248 252 3 PYKE M Vegetables as food J Nature 1941 147 3730 513 514 4 LIMA F E L LATORRE M R D COSTA M J C et al Diet and cancer in Northeast Brazil evaluation of eating habits and food group consumption in relation to breast cancer J Cadernos de Sa de P blica 2008 24 4 820 828 5 LEGNANI E LEGNANI R F FILHO V C B et al Factors associated with overweight in students from tri border region Argentina Brazil and Paraguay J Archivos Latinoamericanos de Nutricion 2010 60 4 340 347 6 NEUTZLING M B ASSUN AO M C F MALCON M C et al Food habits of adolescent students from Pelotas Brazil J Revista de Nutri o 2010 23 3 379 388 7 PEROZZO G OLINTO M T A DIAS DA COSTA J S et al Association between dietary patterns and body mass index and waist circumference in women living in Southern Brazil J Cadernos de Sa de P blica 2008 24 10 2427 2439 8 CEUPPENS S HESSEL C T DE QUADROS R et al Microbiological quality and safety assessment of lettuce production in Brazil J International Journal of Food Microbiology 2014 181 67 76 9 徐燕 赵春燕 孙军德 臭氧对无土栽培营养液的消毒作用研究 J 微生物学杂志 2004 24 6 60 61 10 杨其长 张成波 植物工厂概论 M 北京 中国农业科学技术出版社 2005 18 20 11 MAGEN H Recirculating nutrient solutions in greenhouse production R 9th IPI ISSAS Regional Workshop Haikou Hainan PRC 1999 12 LEE J G LEE B Y LEE H J Accumulation of phytotoxic organic acids in reused nutrient solution during hydroponic cultivation of lettuce Lactuca sativa L J Scientia Horticulturae 2006 110 2 119 128 13 YU J Q MATSUI Y Phytotoxic substances in root exudates of cucumber Cucumis sativus L J Journal of Chemical Ecology 1994 20 1 21 31 14 KITAZAWA H ASAO T BAN T et al Autotoxicity of root exudates from strawberry in hydroponic culture J The Journal of Horticultural Science and Biotechnology 2005 80 677 680 15 SUNADA K DING X G UTAMI M S et al Detoxification of phytotoxic compounds by TiO2 photocatalysis in a recycling hydroponic cultivation system of Asparagus J Journal of Agricultural and Food Chemistry 2008 56 12 4819 4824 16 国家卫生和计划生育委员会 国家食品药品监督管理总局 食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定 GB 4789 2 2016 S 北 京 中国标准出版社 2017 17 国家卫生和计划生育委员会 国家食品药品监督管理总局 食品安全国家标准食品微生物学检验大肠菌群计数 GB 4789 3 2016 S 北 京 中国标准出版社 2017 18 国家卫生和计划生育委员会 国家食品药品监督管理总局 食品安全国家标准食品微生物学检验沙门氏菌检验 GB 4789 4 2016 S 北 京 中国标准出版社 2017 19 国家卫生和计划生育委员会 国家食品药品监督管理总局 食品安全国家标准食品微生物学检验金黄色葡萄球菌检验 GB 4789 10 2016 S 北京 中国标准出版社 2017 20 国家卫生和计划生育委员会 国家食品药品监督管理总局 食品安全国家标准食品微生物学检验单核细胞增生李斯特氏菌检验 GB 4789 30 2016 S 北京 中国标准出版社 2017 21 国家卫生和计划生育委员会 国家食品药品监督管理总局 食品安全国家标准食品微生物学检验大肠埃希氏菌O157 H7 NM检验 GB 4789 36 2016 S 北京 中国标准出版社 2017 22 安琳 余文 徐颖华 等 婴幼儿配方乳粉菌落总数检测与细菌污染种属分析 J 食品安全质量检测学报 2020 11 17 5891 5896 23 陈亮 刘君丽 张力群 等 农作物重要细菌病害及其化学防治概况 C 中国化工学会农药专业委员会第十四届年会论文集 北京 中 国社会科学出版社 2014 24 ZENG W VORST K BROWN W et al Growth of Escherichia coli O157 H7 and Listeria monocytogenes in packaged fresh cut romaine mix at fluctuating temperatures during commercial transport retail storage and display J Journal of Food Protection 2014 77 2 197 206 25 索玉娟 沈源源 周昌艳 农产品中食源性致病菌风险监测与评估的研究现状 J 上海农业学报 2017 33 2 161 167 26 成黎 新鲜蔬菜中的微生物污染危害 检测和控制方法研究进展 J 食品科学 2015 36 23 347 352 27 GIL M I SELMA M V SUSLOW T et al Pre and postharvest preventive measures and intervention strategies to control microbial food safety hazards of fresh leafy vegetables J Critical Reviews in Food Science and Nutrition 2015 55 4 453 468 28 刘向辉 宋卫堂 周立刚 等 循环营养液的物理消毒 J 中国农学通报 2004 20 5 273 278 责任编辑 闫其涛 211