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[基础理论] 仿真分析确保新鲜农产品的食品安全

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发表于 2016-8-25 14:35 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  农场上的新鲜蔬菜在摘下来后会先浸在水中冷却,然后被运到菜场销售。但你有没有想过,来自水中的细菌可能会给健康带来新的威胁?本文所展示的研究显示了细菌是如何在水冷处理中渗入食物的,以及如何避免摄入这些细菌。

  新鲜农产品的水冷处理
  农场上的新鲜西红柿还保留着来自太阳的温度,但稍后它们就会在水中冷却,然后被运到您当地的杂货店销售。你有没有想过,用来冷处理的水中其实带着细菌呢?
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  西红柿图片由 A. Warning 及 A.K. Datta 制作,截取自其 COMSOL 用户年会 2014 波士顿站的海报展示。标注按顺时针方向依次为:Placenta:胎盘;Stem scar:茎痕;Core:核;Seeds:种子;Radial pericarp:放射状果皮;Outer pericarp:外果皮;Vascular bundles:维管束;Locule:子房室;Cuticle:表皮。

  预冷却过程
  水冷是一种预冷却形式,常常用于农场的收获地点。预冷却设计可延长农产品的保鲜期;如果没能在收获之后立即冷却,农产品就会老化,并将开始降解。具体来说,水冷工艺是指将新鲜采摘并被太阳晒热的农产品批量投入冷水容器。冷却水随后会对水果或蔬菜进行降温。冷却时间取决于农产品的大小,从几分钟到一小时不等。
  但事实证明,这一用来改进农产品质量的方法其实可能引入新的细菌。

  污染水带来健康威胁
  来自康奈尔大学的 Alexander Warning 与 Ashim K. Datta 共同完成了课题:水冷中新鲜农产品的安全。Warning 解释说,水冷工艺中使用的水可能已经被污染。例如,农民可能先接触了含有肥料的土壤,然后采摘西红柿,并将摘下来的和其他西红柿一起投入冷却水中。这也就变成了细菌的大浴缸。
  根据 Warning 的说法,当你把温暖的农产品投入冷水中时,其内部的水蒸气会冷凝形成负的压差。接下来,会形成真空,并可能从开口处吸水进入。

  西红柿的保护性果皮呢?西红柿生长在植株上时,它的外果皮可以将污染物阻挡在果实外,但从茎上摘下来后,就已经不再完全密封。

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  正进行水冷处理的西红柿。图片截取自 A. Warning 和 A.K. Datta 的海报展示。标注按顺时针方向依次为:Warm produce:温暖的农产品;Cold water:冷水;Infiltration through openings:从开口处渗入;Cooling from exterior:从外部冷却;Water vapor condensing:水蒸气冷凝;Creating a negative pressure differential:形成负压力差;Cold water being driven by pressuregradient:冷水通过压力梯度渗入。

  水冷分析以保证您西红柿的安全
  Warning 和 Datta 决定创建一个工程模型,以测试利用受污染的水冷却时,西红柿将受到怎样的影响。

  首先,研究人员使用磁共振成像 (MRI) 扫描了西红柿块。他们利用这些图像为其多孔介质模型开发了一个对称几何。之后,他们运行仿真分析了不同时间和水温下西红柿中水的渗透。

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  研究人员使用 MRI 扫描了西红柿切块,以创建几何。图片由 A. Warning 和 A.K. Datta 制作,截取自其海报。标注从上到下依次为:A) 西红柿;B) 西红柿 T2 图;C) 分离的薄片;D) 多个分离薄片能组成一个完整的西红柿;E) 演示的子房室组织的整个几何结构被分成 18000 个面;F) 经过平滑处理和减少面数的子房室组织;G) 最终几何结构的切片图,其中不同的演示代表不同的区域;H) 完整的 COMSOL 几何模型;I) 仿真中用到的西红柿部分。

  西红柿的初始温度为 35°C,然后置于 5°C 的水中。15 分钟后,西红柿的外层经历了大幅降温,但内部中心处的温度仍相对较高(称作核和胎座)。30 分钟后,西红柿胎座内及周围的温度为约 15°C,与靠近果皮(果皮和维管束)处的水温相同。

  类似的,西红柿在水里浸泡的时间越长,越多的水会从茎痕上渗入,细菌的浓度也会变得越高。

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  三个不同时间点上的西红柿表面图。 A) 番茄块上随空间变化的温度。B) 孔隙水的饱和度。C) 表压。D) 细菌浓度。图片由 A. Warning 及 A.K. Datta 制作,截取自其海报。

  更加安全地农产品处理
  为了对抗污染问题,水冷用水首先应达到饮用质量。如果这些水不能喝,就不应该用于浸泡我们的农产品。另一项建议措施是向水中加入某些消毒剂,以防止微生物的传播。Warning 提到了氯这种常见的消毒剂。
  使用氯时,控制冷却水 pH 值及浊度水平非常重要。对于水中可以加入多少游离氯,目前存在一些不同的规定,这主要取决于农场是有机农场,还是普通农场。直观上看,普通农场农产品中可用氯的水平要高于有机标准农产品。

  虽然大部分人会因为不平整而切掉西红柿茎痕,但我之前一直懒得这么做。不过,现在我不确定我买的西红柿是如何进行预冷的,所以我不打算再冒险了…


转自:http://mp.weixin.qq.com/s?__biz= ... MagCFRyXQqXElOXt#rd

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