低溫等離子體（Cold Plasma，CP）技術(shù)是一種非熱殺菌技術(shù)，以其快速殺菌、無(wú)殘留、操作簡(jiǎn)單、不產(chǎn)生明顯溫升等特點(diǎn)而備受青睞。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、食品以及水資源等眾多領(lǐng)域。等離子體是一種由電子、正負(fù)離子、自由基、基態(tài)或激發(fā)態(tài)分子和原子等組成的整體呈電中性的導(dǎo)電性流體，具有能量高，活性成分豐富等優(yōu)點(diǎn)。

等離子體是除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的第四種形態(tài)。隨著能量的遞增，固體分子將自由移動(dòng)并逐漸形成液態(tài)；隨著能量進(jìn)一步升高，自由分子在更大的空間分散開(kāi)，從而轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)；最終，如果進(jìn)一步增加能量，氣體能夠發(fā)生部分或者完全電離，從而形成物質(zhì)的第四種狀態(tài)，即等離子體。低溫等離子體在作用過(guò)程中能使整個(gè)體系維持較低的溫度，不會(huì)對(duì)樣品產(chǎn)生不良影響，適用于熱敏型食品的殺菌。

低溫等離子體在食品保鮮中的應(yīng)用

低溫等離子體作為一種新興的非熱處理技術(shù)，在食品領(lǐng)域中展現(xiàn)出諸多優(yōu)勢(shì)。它能夠高效殺滅多種微生物，包括常見(jiàn)的食源性致病菌，同時(shí)保持食品的質(zhì)地、風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)成分，避免傳統(tǒng)熱處理帶來(lái)的品質(zhì)劣變。此外，低溫等離子體適用范圍廣，可在多種食品加工和保鮮場(chǎng)景中發(fā)揮作用，顯著延長(zhǎng)食品的貨架期，是一種綠色、安全且高效的食品保鮮技術(shù)。

1、肉制品保鮮

在降低氧、增加二氧化碳含量改變包裝環(huán)境后，雞胸肉在60kV下進(jìn)行60s的CP處理，最終冷藏溫度下保質(zhì)期可延長(zhǎng)至5d。在研究CP處理和迷迭香對(duì)袋裝雞胸肉的保鮮效果，結(jié)果表明在食品中加入迷迭香等食品添加劑，可以在CP保鮮基礎(chǔ)上起到抑制脂質(zhì)氧化的作用。

在研究CP和精油對(duì)雞胸片保質(zhì)期的聯(lián)合影響中結(jié)果顯示，在雞胸肉中使用精油和CP處理可以減少脂質(zhì)的氧化，但效果不顯著。這是因?yàn)榍萑獾闹|(zhì)含量明顯低于大型動(dòng)物的肉，CP技術(shù)對(duì)雞肉的脂質(zhì)氧化水平?jīng)]有明顯的影響。

2、水產(chǎn)品保鮮

研究報(bào)道，利用介質(zhì)阻擋放電（DBD）等離子體處理羅非魚片，探究其對(duì)保鮮效果及貯藏品質(zhì)影響，結(jié)果表明等離子體處理可延緩彈性驟變、酸堿度上升速度及揮發(fā)性鹽基氮的快速增長(zhǎng)，在一定程度上促進(jìn)了魚片的氧化反應(yīng)，但同時(shí)抑制了微生物的生長(zhǎng)，貨架期可達(dá)12d以上。DBD等離子體處理即食酒漬泥螺抑菌率達(dá)到了69.52%，貨架期可延長(zhǎng)到12d。CP處理電壓為60kV，時(shí)間45s，與對(duì)照組相比，經(jīng)CP處理的冰鮮魷魚貨架期延長(zhǎng)2～3d。

3、果蔬保鮮

在研究常壓低溫等離子體預(yù)處理延長(zhǎng)藍(lán)莓保質(zhì)期中的作用中發(fā)現(xiàn)，CP處理10 min后，真菌和細(xì)菌數(shù)量分別減少了25.8%和93.0%；CP預(yù)處理6、8、10 min后的藍(lán)莓貯藏20 d，腐爛率分別下降了17.7%、14.3%和5.2%，糖、維生素C和總花青素含量分別比對(duì)照組增加了1.5倍、1.5倍和2.2倍。利用CP處理新鮮草莓，能維持草莓的質(zhì)構(gòu)特性，抑制草莓的微生物生長(zhǎng)。

除了微生物感染外，內(nèi)源性酶促褐變是另一個(gè)容易導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品腐爛的主要因素，果膠甲基酯酶、多酚氧化酶（polyphenol oxidase, PPO）、過(guò)氧化物酶（peroxidase, POD）和超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）是生鮮農(nóng)產(chǎn)品中研究最廣泛的4種酶。CP誘導(dǎo)酶失活的機(jī)制主要是活性物質(zhì)導(dǎo)致特定鍵的破壞或側(cè)鏈的化學(xué)修飾，從而導(dǎo)致酶活性的降低和二級(jí)結(jié)構(gòu)的展開(kāi)。研究報(bào)道，CP處理能抑制鮮切蘋果和馬鈴薯的PPO和POD活性，并可將樣品的儲(chǔ)存時(shí)間延長(zhǎng)19 d。

不過(guò)，并不是所有食物系統(tǒng)中的內(nèi)源性酶都能被CP處理滅活。研究報(bào)道，短波紫外線（ultraviolet C, UV-C）和臭氧水處理以及CP處理均能提高藍(lán)莓中SOD和CAT的活性，但在處理后儲(chǔ)存幾天便逐漸下降，與UV-C和臭氧水處理相比，CP處理對(duì)藍(lán)莓的保存效果更好。

低溫等離子體在食品改性中的應(yīng)用

1、對(duì)碳水化合物的改性

CP是一種可以幫助修飾蛋白質(zhì)的非熱處理方法，也可以用于碳水化合物和脂質(zhì)方面的改性方面。淀粉的功能化主要是通過(guò)淀粉聚合物和等離子體之間的化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)，主要是含氧基團(tuán)，如羥基、羧基和羰基，將光滑的疏水表面轉(zhuǎn)化為粗糙的親水表面。據(jù)報(bào)道，CP可能導(dǎo)致淀粉改性，發(fā)生交聯(lián)、解聚和功能化。

CP處理還可以誘導(dǎo)淀粉糊化和結(jié)晶度的變化，這是由于表面能、親水性和直鏈淀粉側(cè)鏈分解的增加。CP處理面粉的流變學(xué)特性表明，無(wú)論是強(qiáng)筋面粉還是弱筋面粉，CP處理的面粉其面團(tuán)強(qiáng)度和較佳攪拌時(shí)間均有所改善。強(qiáng)筋小麥粉的彈性模量和黏性模量隨著施加電壓和處理時(shí)間的增加而逐漸增加。

2、對(duì)蛋白質(zhì)的改性

CP可以提高分離蛋白的溶解度。對(duì)大豆蛋白進(jìn)行CP處理，與未經(jīng)處理的蛋白質(zhì)相比其溶解度增加，CP產(chǎn)生的反應(yīng)物質(zhì)引入了某些親水性基團(tuán)，改善了水分子與蛋白質(zhì)表面的相互作用和結(jié)合。在較長(zhǎng)的CP處理時(shí)間內(nèi)，蛋白質(zhì)表面與水的相互作用更大，蛋白質(zhì)膠束會(huì)過(guò)度擁擠從而減少反應(yīng)的活性位點(diǎn)，一定時(shí)間后降低了溶解度。

蛋白質(zhì)分子之間的靜電斥力是決定球蛋白溶解度大小的關(guān)鍵因素。等離子體的轟擊在蛋白質(zhì)表面產(chǎn)生活性位點(diǎn)，大氣中水蒸氣的電解可以在表面引入酸性基團(tuán)，從而降低蛋白質(zhì)溶液的pH值，進(jìn)一步增強(qiáng)了表面極性從而對(duì)溶解度產(chǎn)生影響。通過(guò)短時(shí)間CP處理可以使粒徑大小均勻，且已被發(fā)現(xiàn)能夠有效提高溶解度。

還有研究報(bào)道，利用CP對(duì)魷魚蛋白酶進(jìn)行滅活，能夠提高魷魚肌原纖維蛋白的凝膠特性。CP能夠降低玉米蛋白分散體的表面黏度，使聚集體被分解成更小的小球，表現(xiàn)出較小的流動(dòng)阻力。

CP在分離蛋白和蛋白膜進(jìn)行物理改性方面有良好的前景，改善溶解度、乳化性和降低致敏性是CP的一些主要優(yōu)點(diǎn)。CP能夠改變酶的二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)，構(gòu)象的改變通常導(dǎo)致無(wú)序的松散結(jié)構(gòu)，對(duì)成膜和包封性能有積極的影響。CP輻照后薄膜力學(xué)性能的改善和滲透率的降低是CP產(chǎn)生的活性物質(zhì)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的結(jié)果，通常會(huì)改變薄膜的表面并增加功能化合物的擴(kuò)散性。

有學(xué)者研究了不同低溫等離子體處理對(duì)乳清蛋白和谷蛋白薄膜性能的影響，發(fā)現(xiàn)50 kW處理10 min后兩種蛋白薄膜的氧傳輸速率降低；乳清蛋白膜和谷蛋白膜的抗拉強(qiáng)度分別從6.902 MPa和1.854 MPa提高到10.772 MPa和2.571 MPa。還有學(xué)者利用DBD等離子體對(duì)酪蛋白酸鈉薄膜進(jìn)行處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在60 kV和70 kV下，薄膜表面粗糙度增加、親水性增強(qiáng)，且處理后薄膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低。

低溫等離子體在毒素及農(nóng)殘降解領(lǐng)域的應(yīng)用

1、對(duì)真菌毒素的降解作用

低溫等離子體是高效去除真菌毒素且廉價(jià)的方法之一。研究報(bào)道，利用低溫等離子體處理被黃曲霉毒素B1污染的巴旦木，處理5min時(shí)，黃曲霉毒素B1降解率達(dá)95.03%，且未對(duì)巴旦木的品質(zhì)產(chǎn)生不良影響。對(duì)被寄生曲霉和黃曲霉污染的花生進(jìn)行低溫等離子體處理，寄生曲霉和黃曲霉分別降低了97.9%和99.3%，利用電子顯微鏡觀察真菌孢子，發(fā)現(xiàn)孢子細(xì)胞膜破裂，這可能是導(dǎo)致毒素有效降解的原因之一。

此外，低溫等離子體對(duì)T-2毒素也有一定的降解作用，其主要污染玉米、燕麥等農(nóng)作物，利用等離子體處理T-2毒素，處理時(shí)間為60s時(shí)，降解率達(dá)100%。

2、對(duì)農(nóng)藥殘留的降解作用

低溫等離子體在去除農(nóng)藥殘留方面也有一定的應(yīng)用。在探究低溫等離子體去番茄中苯胺類農(nóng)殘的同時(shí)，對(duì)番茄中總酚、黃酮等各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)低溫等離子體在去除農(nóng)殘的同時(shí)對(duì)番茄中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)無(wú)影響。

研究發(fā)現(xiàn)，低溫等離子體降解毒素及農(nóng)殘的機(jī)理主要是低溫等離子體產(chǎn)生的高能電子可以對(duì)農(nóng)藥殘留分子進(jìn)行分解，低溫等離子體還可以產(chǎn)生大量活性物質(zhì)和羥基自由基，破壞農(nóng)藥中的化學(xué)鍵，將農(nóng)藥分解成無(wú)害或危害較小的化合物，此外，低溫等離子體發(fā)生過(guò)程中產(chǎn)生的紫外線也可增加農(nóng)藥降解的速率。與利用酶降解、物理吸附等傳統(tǒng)降解農(nóng)藥的方式相比，低溫等離子體不易產(chǎn)生二次污染且能量消耗較低。

低溫等離子體在食品過(guò)敏原控制中的應(yīng)用

食物過(guò)敏原主要是蛋白質(zhì)，研究表明等離子體處理可能有助于去除食物中與基質(zhì)緊密結(jié)合的蛋白質(zhì)。研究表明，CP中的活性物質(zhì)可以誘導(dǎo)與蛋白質(zhì)的某些相互作用，并改變它們的構(gòu)象。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶解度降低或蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)時(shí)，構(gòu)象表位可以通過(guò)形成不溶性聚集體而改變，而碎片化則改變線性表位。ROS可能會(huì)切割肽鍵，導(dǎo)致氨基酸被氧化，從而對(duì)蛋白質(zhì)的完整性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

有學(xué)者利用CP直接處理大豆過(guò)敏原，發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的蛋白帶強(qiáng)度降低，并在50 ku時(shí)形成新的蛋白帶，處理后形成的不溶性聚集體導(dǎo)致十二烷基磺酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS-PAGE）圖譜中蛋白帶消失。

還有學(xué)者研究了暴露在低溫氬氣等離子體射流下，凡納濱對(duì)蝦原肌球蛋白的過(guò)敏反應(yīng)。處理15 min后，免疫球蛋白E（immunoglobulin E, IgE）和免疫球蛋白G結(jié)合能力分別下降17.6%和26.87%，處理超過(guò)9 min后，表面疏水性和總巰基含量發(fā)生變化。這歸因于IgE結(jié)合區(qū)氨基酸的改變，可能通過(guò)α-螺旋和β-折疊的改變影響原肌球蛋白的抗體結(jié)合能力。

參考資料：

[1]步營(yíng),徐愉聰,譚桂芝,等.低溫等離子體技術(shù)在食品中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J/OL].渤海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2025,（02）:93-103[2025-08-24].

[2]陳林,范美琪,李玉杰,等.低溫等離子體技術(shù)在食品行業(yè)的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].食品研究與開(kāi)發(fā),2024,45（13）:196-203.

作者簡(jiǎn)介：

小泥沙，食品科技工作者，食品科學(xué)碩士，現(xiàn)就職于國(guó)內(nèi)某大型藥物研發(fā)公司，從事?tīng)I(yíng)養(yǎng)食品的開(kāi)發(fā)與研究。