野菜洗淨、殺菌的最新技術與容易忽略的盲點
State of the Art of Cleaning and Disinfection Techniques for Vegetables and the Blind Spots That Tend to Be Overlooked
Satoshi Fukuzaki
（三重大學生物資源研究科）
1. 前言
蔬菜的洗淨，傳統上是以清水為主，用來去除附著於表面的土壤、微生物，以及由切斷面滲出的組織液等。僅使用清水洗淨，不需擔心因藥劑殘留而造成污染，因此特別適合用於生鮮食品等食品原料的洗淨。
一般而言，蔬菜洗淨會使用約5℃的冷水（chiller water），兼具保持蔬菜鮮度與抑制微生物增殖的作用。水洗淨同時利用水本身的溶解、分散能力，以及各種物理作用（界面流動、噴淋、摩擦等），然而其整體去污能力不足，微生物去除率也偏低，更無法期待水本身具有殺菌效果。因此，實際上經常會在容許一定程度吸附殘留的前提下，使用具有洗淨力或殺菌力的食品添加物與洗劑。
此外，非加熱蔬菜的微生物污染，不僅來自原料蔬菜本身的微生物叢，也可能因製造設備造成交叉污染，或混入食物中毒菌。因此，必須從原料到產品的整體製程，全面考慮蔬菜與製造設備的污染防止及有效洗淨方法。
目前，以控制蔬菜與加工線微生物為目的，次氯酸水溶液的使用已逐漸普及。其種類包括：次氯酸鈉稀釋液、以電解法製備的次氯酸水（強酸性、弱酸性、微酸性）與電解次氯水，以及在次氯酸鈉水溶液中混合酸性溶液或二氧化碳所調製的弱酸性次氯水。這些水溶液的主要洗淨或殺菌成分皆為次氯酸（HOCl），但因各水溶液pH不同，其洗淨與殺菌效力也有極大差異。
本文將概述蔬菜加工場所採用的批次式浸漬洗淨系統，以及使用次氯酸水溶液的洗淨與殺菌技術原理，並整理實際現場所容易忽略的盲點（注意事項）。
2. 批次式浸漬洗淨系統
蔬菜洗淨基本上是將蔬菜浸漬於一定量洗淨液中進行洗淨後，再從洗淨液中取出的批次洗淨法。在洗淨槽內，會利用洗淨液攪拌所產生的流動、氣泡作用、蔬菜搖動與噴淋等物理作用力。
這種批次洗淨，常會依需求重複多次，或將洗淨、殺菌工程與水洗工程分開，因此多半採用多段式操作。
圖1顯示多段式批次洗淨中污垢脫離與殘留的概念圖。(a)表示在適當洗淨液條件下，附著污垢全部脫離後所達到的平衡狀態。在此狀態下將蔬菜取出時，部分受污染的洗淨液仍會附著於蔬菜表面而被帶出。若將此蔬菜直接乾燥，帶出的洗淨液中的污垢將再度附著並殘留。因此，為了去除這些帶出污垢，必須將蔬菜浸漬於新的洗淨液(b)中。重複此工程(c)後，殘存污垢會逐漸減少。
此時，若初始總殘留污垢量為Γ₀，各洗淨槽洗淨液量為x，蔬菜附著並帶出的液量為y（但x≫y），則洗淨n次後的殘留污垢量Γ可由下式表示：
Γ=Γ0×(y/x)n\Gamma = \Gamma_0 \times (y/x)^nΓ=Γ0×(y/x)n
在式(1)中，若要降低Γ，則需盡可能降低Γ₀，其後再透過以下任一方式：
① 增加x
② 減少y
③ 增加n
其中，①與②從經濟性、設備大型化及勞力觀點而言並非理想方法。最有效的方法是減少②中的帶出液量y。
實際現場中，降低帶出液量(y)的方法主要有以下三種：
① 在移動洗淨槽時，以噴淋方式沖洗附著於蔬菜表面的洗淨液，或以潔淨空氣吹除。
② 將自最終洗淨槽(c)取出的蔬菜進行離心脫水，以甩除附著洗淨液。
③ 採用逆流式供液（與蔬菜移動方向相反[c→b→a]），以維持最終洗淨槽洗淨液的新鮮度。
在切菜洗淨中，由於用水量極大，因此水與冷卻所需費用相當高昂。因此，目前逐漸傾向採用節水型洗淨系統，例如回收污染較少的二次洗淨液，經膜處理等淨化後，再作為一次洗淨液重新利用。[中午 11:14]3. 次氯酸水溶液的殺菌作用
(1) 次氯酸（HOCl）的殺菌效果
低濃度次氯酸水溶液的殺菌效果，並非取決於水溶液中的總有效氯濃度，而是強烈依賴於非解離型次氯酸（HOCl）的濃度。這與HOCl對微生物細胞內部的穿透性有密切關係。
因此，HOCl比例較高的弱酸性次氯酸水溶液，其殺菌效果極大，從營養細胞到芽胞皆具有廣泛效果。此外，以弱酸性次氯酸水溶液處理蔬菜時，所生成的氯仿量，也可大幅低於使用鹼性次氯酸鈉水溶液時的情況。
一般而言，利用殺菌劑使微生物失活時，決定處理效果的主要變數為殺菌劑濃度(C)與作用時間(T)的濃度時間積（CT值）。在殺菌處理中，生存率的對數降低（生存曲線）多半可對CT值呈現擬一次反應。
(2) 浮游菌與附著菌
使用殺菌劑控制蔬菜微生物時，必須注意微生物處於水溶液中浮游狀態與附著於固體表面狀態時，其實際殺菌效果並不相同。
圖2顯示將浮游狀態與附著狀態之Pseudomonas fluorescens，以弱酸性次氯酸水溶液（pH 5.7；2.5～25 ppm）進行殺菌處理時的生存曲線。
在浮游菌情況下，生存曲線對CT值呈一次反應，可知P. fluorescens會迅速死亡。另一方面，附著菌即使與次氯酸水溶液充分接觸，但與浮游菌相比，次氯酸的殺菌效果顯著降低。
此時，要使附著菌的活菌數降低3個對數（99.9%）所需的CT值，約為浮游菌所需值的20倍。
(3) 界面活性劑的併用效果
次氯酸水溶液於洗淨操作中的缺點，在於其表面張力大，因此對蔬菜表面的濕潤能力，以及對氣孔等細部的滲透能力較差。這其實也是作為媒介之水本身的缺點。
例如，某些蔬菜表面被疏水性角質層所覆蓋，並存在比細菌更大的氣孔等植物器官，因此為附著細菌提供了良好的自我防禦環境。
作為對策，有研究報告指出，併用乳化劑將次氯酸水溶液的表面張力降低至約30 mN/m附近後，可大幅改善對小黃瓜與青蔥的洗淨與殺菌效果。
(4) 熱的併用效果
一般而言，化學反應（包含氧化反應）會因熱而加速進行。基於次氯酸氧化能力的殺菌力，也會隨溫度而顯著增加。
圖3顯示使用弱酸性次氯酸水溶液（pH 6，2.5 ppm），於15～40℃下對P. fluorescens進行殺菌處理時的生存曲線。
隨著溫度上升，P. fluorescens的死亡速度顯著增加。其死亡速度呈現Arrhenius型溫度依存性，概算上溫度每上升10℃，死亡速度約增加2倍。
如前所述，使用水洗淨時，為了抑制微生物增殖，必須將水溫設定較低。然而，若工程目的為殺菌，則提高弱酸性次氯酸水溫度，對於增加殺菌效果與縮短處理時間會更加有效。
應依蔬菜種類，在可容許範圍內重新檢討溫度設定。
但在併用加熱時，仍須考慮HOCl的飛散（後述），以及後段使用冷水進行漂洗與再冷卻等問題。[中午 11:15]4. 微生物控制的意義
微生物控制並非將食品完全無菌化。
而是在維持食品品質的前提下，於不會對人體健康造成危害的範圍內，降低微生物的絕對數量並控制其增殖。
構成蔬菜細菌叢的腐敗菌，也大量存在於水溶液無法接觸到的內部組織中。
換言之，能以次氯酸水溶液殺菌的微生物，僅限於水溶液可接觸的範圍，因此若能使活菌數降低2～3個對數值，即可視為具有充分處理效果。不應追求完全無菌化。
此外，也有研究指出，殘存的特定細菌可能抑制二次污染細菌的增殖。
另外，對腐敗菌而言，次氯酸水溶液的處理效果，不僅應評估其活菌數降低效果，也應正確評估其造成菌體損傷、降低增殖活性的效果。
若在對腐敗菌造成損傷後，再結合低溫保存，便可達到充分控制。
5. 次氯酸水溶液的洗淨效果
(1) 表面附著污垢
對於不可逆附著於不鏽鋼等硬質表面的有機物與微生物而言，次氯酸的洗淨力取決於解離型次氯酸離子（OCl⁻）的濃度。
圖4顯示水洗後仍殘留蛋白質（牛血清白蛋白）的不鏽鋼，以不同pH（4～11）與有效氯濃度（100～1,000 ppm）調整之次氯酸水溶液洗淨時的去除率。
僅使用氫氧化鈉溶液（OH⁻作用）洗淨時，在pH 11以上區域，隨pH增加去除率會提升。
另一方面，當洗淨液中存在次氯酸時，即使在較低鹼性pH區域，也能獲得高去除率（圖4a）。
次氯酸效果在有效氯濃度越高、pH越高時越顯著。
相反地，即使有效氯濃度高達1,000 ppm，若處於弱酸性pH區域，則無法期待次氯酸具有洗淨效果，其效果僅與水洗相當。
圖4b則將各pH 4～10水溶液中的解離型OCl⁻濃度計算後，重新整理蛋白質去除率與OCl⁻濃度之關係。
不同pH與有效氯濃度所得之蛋白質去除率，可整合於同一條線上。
此關係顯示：
次氯酸水溶液的洗淨力，強烈依賴於解離型OCl⁻濃度。
如此可知，針對設備洗淨時，鹼性水溶液中的OCl⁻會發揮洗淨能力。
此外，使用高濃度（>100 ppm）鹼性次氯酸水溶液時，OCl⁻亦會與OH⁻產生加成與協同洗淨作用，在降低固體表面附著菌數的同時發揮殺菌作用。
然而，若直接以高濃度鹼性次氯酸水溶液處理蔬菜，則容易產生並殘留氯臭，同時造成維生素與礦物質減少，以及色調變化，因此必須注意操作條件設定。
(2) 收著污垢
對於吸附與吸收於塑膠或橡膠中的蔬菜、果實香氣成分與疏水性色素，具有洗淨效果的並非OCl⁻，而是非解離型HOCl。
圖5顯示將吸附柑橘類香料成分limonene的聚酯板，以不同pH之次氯酸水溶液（1,000 ppm）洗淨時的去除率。
在次氯酸以OCl⁻存在之鹼性區域（pH10～12）中，limonene幾乎未被去除。
當pH由鹼性降低至中性與弱酸性區域時，limonene去除率逐漸增加，而在次氯酸以HOCl存在之酸性區域（pH4～6）中，去除率幾乎達100%。
圖5插圖顯示將聚酯板浸漬於pH5與pH10次氯酸水溶液一定時間後，其截面中Cl分布情形。
圖中虛線表示聚酯板表面位置，越往右表示越深入內部。Cl濃度越高則顯示越亮。
在pH5條件下，可明顯觀察到Cl向聚酯板內部滲透與擴散。
另一方面，pH10時Cl僅存在於表面附近。
此結果清楚顯示：
非解離型HOCl可滲透至聚酯板內部。
由上述結果可知，HOCl會滲透至聚酯表面附近，分解並去除被吸附的limonene。
6. 設備的含氯鹼性泡沫（foam）洗淨
食品製造設備為考量：
生產效率
自動化
安全性
而採取複雜且高度設計化的構造。
因此，往往難以將洗淨力傳遞至設備各部位。
對此類設備若應用泡沫（foam）洗淨，則可：
減少洗淨液用量
延長設備與洗淨液接觸時間
表1顯示以次氯酸鈉水溶液（pH10，200 ppm）對容易發生蔬菜二次污染與交叉污染的設備進行泡沫洗淨時的效果。
於泡沫塗布後靜置10分鐘，再以水洗後，利用ATP擦拭檢查將設備清潔度數值化。
一般水洗後，各設備仍殘留相當多污垢，但經含氯泡沫洗淨後，ATP值可降低1～2個數量級。
此外，也確認殘存微生物菌體已完全失活。
對於污垢固著設備，只需提高洗淨液有效氯濃度或pH，或延長接觸時間等，即可適當最佳化洗淨條件。
如此一來，即使不使用高壓清洗等機械作用力，只要利用較高濃度OCl⁻的洗淨作用，也能獲得高潔淨度。
然而，並非單純將起泡洗淨液噴灑即可。
洗淨是在固體與液體界面發生，因此起泡（氣液界面）本身對洗淨的影響較小。
過於穩定的泡沫，反而無法獲得良好洗淨。
適合洗淨的優良泡沫，應同時具有適度保水性與消泡性，並於緩慢消泡過程中，在固液界面發揮洗淨作用。[中午 11:15]7. 手套洗淨、殺菌的必要性
蔬菜表面的微生物與源自細胞組織的有機成分，會附著於作業人員的手套與圍裙上。
特別是，作業人員在繁雜作業流程中，會以接觸過產品（即已附著污垢）的手套操作各種設備，因此常忽略由人員所造成之食品來源污垢會附著於各處並形成殘留污垢。
表2顯示針對作業人員經常以手套接觸之機械與器具所進行ATP擦拭檢查的例子。
手套的ATP值（8,580～17,900 RLU）為作業間以酒精噴霧處理後測得之數值，但仍顯示蔬菜成分大量殘留於手套表面。
必須注意的是，酒精噴霧僅以殺菌為目的，並非將死亡微生物與附著污垢移除至系統外的操作。
作業人員會以附著污垢的手套抓取酒精噴霧瓶或門把。
此外，由於加工過程中會使用清掃工具清除掉落於地面的蔬菜碎片，因此清掃工具握把部分也會附著污垢。
在作業人員接觸的設備中，用於殺菌之酒精噴霧瓶握把殘留大量污垢（28,000～66,200 RLU），是其中一項盲點。
各種握把與操作面板之ATP值皆有一個數量級的差異，且其最大值相對較高為其特徵。
從計量器操作面板的ATP值（25,600～162,000 RLU）可看出，其實際上並未列入日常洗淨對象。
這些擦拭結果清楚顯示：
污垢是透過作業人員手套而傳播。
然而，透過手套附著的污垢，只要洗淨即可容易去除，因此若能於現場將其指定為日常洗淨對象，並納入洗淨手冊的一部分，即可改善。
8. 次氯酸的腐蝕、劣化作用之注意事項
只要將次氯酸鈉作為鹼性溶液（>pH10）使用於洗淨時，OCl⁻對不鏽鋼與橡膠的腐蝕與劣化作用便可大幅減輕。
圖6顯示將不鏽鋼板（SUS304）浸漬於不同pH調整之食鹽水（200 ppm）與次氯酸鈉水溶液（200 ppm）中（60℃，8小時）時的金屬離子溶出量。
金屬溶出量明顯以次氯酸鈉水溶液較多，但在pH8～13範圍內，其金屬溶出量相當輕微（<2.5 μg/plate）。
這是因OH⁻所造成之腐蝕抑制作用。
OH⁻比HOCl極性更強，且比OCl⁻具有更強鹼性。
因此，在強鹼性溶液中，OH⁻會優先吸附於不鏽鋼表面，並競爭性阻礙HOCl/OCl⁻與不鏽鋼接觸。
在設備、機器與熱水、儲水槽中，與次氯酸鈉水溶液均勻接觸的部分，反而較少發生腐蝕。
另一方面，未直接接觸水溶液之設備與配管外面，或儲水槽內氣相部之壁面與蓋子，有時會發生嚴重腐蝕。
這是由於隨水蒸發而飛散之HOCl/OCl⁻附著於外表面與壁面後，在該部位反覆經歷濕潤與乾燥而局部濃縮所致。
非解離型HOCl具有易揮發之特性。
因此，在弱酸性次氯酸水溶液進行：
氣泡處理
噴淋
加溫
高濃度使用
時，容易發生HOCl飛散，也會提高腐蝕發生風險。
然而，即使HOCl飛散並附著於不鏽鋼表面，只要持續維持乾燥狀態，便不會發生腐蝕。
因此，對於Cl飛散濃縮造成之腐蝕，最簡單的對策為：
定期以水充分洗淨對象部位，並保持乾燥狀態。
作為墊圈與密封材料廣泛使用的EPDM（乙烯丙烯橡膠）之氯劣化中，也有報告指出HOCl滲透與劣化進展有關。
圖7顯示將EPDM浸漬於不同pH之次氯酸水溶液（90 ppm）時，Cl於內部擴散之情況。
圖中虛線表示試片表面位置，亮度則反映Cl濃度大小。
隨著次氯酸水溶液pH降低，可清楚觀察到Cl向EPDM內部滲透與擴散的趨勢。
換言之：
能滲透至非極性橡膠EPDM內部之主要有效氯成分為HOCl。
此外，由於HOCl向EPDM內部之滲透，會隨有效氯濃度與溫度而促進，因此認為HOCl滲透乃是以濃度梯度為驅動力的被動擴散。
圖8整理了不同條件下浸漬於次氯酸鈉水溶液中的EPDM試片，其Cl濃化區域深度與拉伸強度之關係。
隨Cl濃化區域深度增加，拉伸強度由30 MPa（未浸漬）大幅下降至9 MPa。
可明顯看出：
HOCl滲透是EPDM劣化原因。
此處需注意的是：
在HOCl滲透造成之EPDM劣化初期，表面外觀不會出現明顯變化。
然而，其拉伸強度卻已大幅下降。
也就是說：
HOCl已滲透擴散之EPDM，其劣化無法由外觀判斷。
另一方面，在使用鹼性次氯酸水溶液之加速試驗中，EPDM表面雖顯著粗化，但由於OCl⁻無法滲透至EPDM內部，因此對EPDM整體力學性質影響較小。
9. 結語
蔬菜洗淨操作的主流，已由傳統僅使用清水之洗淨，逐漸轉變為使用次氯酸水溶液之洗淨與殺菌。
次氯酸在非解離型（HOCl）與解離型（OCl⁻）狀態下，其洗淨與殺菌作用效果不同。
因此，次氯酸水溶液之pH調整，是最佳化洗淨與殺菌操作的重要關鍵之一。
此外，也可在考量對蔬菜品質影響的前提下，檢討是否併用加熱與界面活性劑，以提升處理效果。
另外，「因弱酸性次氯酸水溶液殺菌力較強，因此可降低有效氯濃度，對設備之腐蝕與劣化作用也較小」之認知並不正確。
真正需要注意的是：
Cl之局部濃縮界面中的HOCl滲透作用
有必要重新認識各類次氯酸水溶液使用上的利與弊。
此外，透過擦拭檢查定期測定設備清潔度，掌握污垢殘留原因與洗淨實施重點，也是今後製程改善所必須的。
