Microbial Sterilization and Shelf-Life Extension of Fresh Cut Vegetables Using Intense Pulsed Light

Abstract

Intense pulsed light (IPL) technology is a non-thermal sterilization method that intensely emits a wide range of light, from ultraviolet to near-infrared, to control microorganisms. This study evaluated the effect of IPL treatment on reducing indigenous microorganisms and its impact on the quality characteristics of fresh-cut vegetables. The initial contamination levels of aerobic bacteria in lettuce (Lactuca sativa), perilla leaves (Perilla frutescens), napa cabbage (Brassica rapa) stems, and leaves were 5.49–6.03 log10 CFU/g, and yeast and mold levels were 4.42–5.50 log10 CFU/g. Total energy fluence ranged from 1.37 to 10.51 J/cm², with higher fluence levels improving sterilization efficiency. Reductions in aerobic bacteria were 1.74–2.27 log, while yeast and mold reductions ranged from 1.19 to 1.46 log, depending on the sample. No significant differences in pH or moisture content were observed between treated and untreated samples. However, total phenolic content showed varying trends, with some samples exhibiting increases or decreases depending on IPL conditions and sample characteristics. After 10 days of storage following IPL treatment, quality analysis revealed that under low voltage conditions (Treatment 1, 800V), quality characteristics such as color change and weight loss improved or were maintained by up to 33% compared to the control group. In contrast, under high voltage conditions (Treatment 2, 2000V), quality deterioration, including chlorophyll degradation, increased pigment biosynthesis, and cell wall damage, was observed to worsen by up to 38%. These results suggest that excessive IPL intensity can lead to quality degradation. In conclusion, IPL treatment demonstrated its potential as a non-thermal sterilization technology capable of simultaneously preserving the quality and achieving microbial inactivation in leafy vegetables. However, optimizing IPL treatment conditions (voltage, time, and energy fluence) is essential to prevent quality deterioration.;광펄스 기술(Intense pulsed light, IPL)은 자외선부터 근 적외선 영역을 포함하는 넓은 범위의 빛을 강하고 빠르게 방출하여 미생물을 제어하는 비가열 살균 방식이다. 본 연구는 광펄스 처리가 엽채류의 토착미생물 저감 효과를 확인하고 품질 특성에 미치는 영향을 평가했다. 상추(Lactuca sativa), 들깻잎(Perilla frutescent), 배추(Brassica rapa) 줄기 및 잎의 초기 호기성 세균 오염 수준은 5.49–6.03 log10CFU/g, 효모 및 곰팡이는 4.42–5.50 log10CFU/g로 나타났다. 총 에너지 유량은 1.37–10.51 J/cm² 범위로 설정되었으며, 에너지 유량이 증가할수록 살균 효율이 향상되었다. 호기성 세균은 1.74–2.27 log 감소하였으며, 효모와 곰팡이는 1.19–1.46 log 감소했다. IPL 처리군과 대조군 간에 pH와 수분 함량에서 유의미한 차이는 관찰되지 않았다. 그러나 총 페놀 함량(TPC)의 경우 일부 시료에서 증가 또는 감소가 관찰되어 IPL 조건 및 시료 특성에 따라 달라질 수 있음을 확인하였다. IPL처리 후 10일간 보관하며 품질 특성을 확인한 결과, 낮은 전압(처리1, 800V) 에서는 대조군에 비해 품질 특성(색도 변화, 무게 감소 등)이 최대 33% 정도 개선되거나 유지되는 경향을 보였다. 반면, 높은 전압(처리2, 2000V) 에서는 엽록소 파괴, 색소 생합성 증가, 세포벽 손상으로 인해 색도 변화와 품질 저하가 최대 38% 정도 심하게 나타났다. 이러한 결과는 너무 높은 강도의 IPL 치료가 품질 저하로 이어질 수 있음을 시사한다. 결론적으로 IPL 처리는 엽채류의 품질 유지와 살균 효과를 동시에 얻을 수 있는 비열 살균 기술로서 가능성을 보여주었다. 그러나 품질 저하를 방지하기 위해 IPL 처리 조건(전압, 시간, 에너지 유량)을 최적화하는 것이 필수적이다.