仿真分析确保新鲜农产品的食品安全

canyiyuan

　　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?

　　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。


　　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。


　　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。


　　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