低温等离子体技术在食品中的应用研究进展

低温等离子体（Cold Plasma，CP）技术是一种非热杀菌技术，以其快速杀菌、无残留、操作简单、不产生明显温升等特点而备受青睐。该技术广泛应用于医疗、农业、食品以及水资源等众多领域。等离子体是一种由电子、正负离子、自由基、基态或激发态分子和原子等组成的整体呈电中性的导电性流体，具有能量高，活性成分丰富等优点。

等离子体是除固态、液态和气态的第四种形态。随着能量的递增，固体分子将自由移动并逐渐形成液态；随着能量进一步升高，自由分子在更大的空间分散开，从而转变为气态；最终，如果进一步增加能量，气体能够发生部分或者完全电离，从而形成物质的第四种状态，即等离子体。低温等离子体在作用过程中能使整个体系维持较低的温度，不会对样品产生不良影响，适用于热敏型食品的杀菌。

低温等离子体在食品保鲜中的应用

低温等离子体作为一种新兴的非热处理技术，在食品领域中展现出诸多优势。它能够高效杀灭多种微生物，包括常见的食源性致病菌，同时保持食品的质地、风味和营养成分，避免传统热处理带来的品质劣变。此外，低温等离子体适用范围广，可在多种食品加工和保鲜场景中发挥作用，显著延长食品的货架期，是一种绿色、安全且高效的食品保鲜技术。

1、肉制品保鲜

在降低氧、增加二氧化碳含量改变包装环境后，鸡胸肉在60kV下进行60s的CP处理，最终冷藏温度下保质期可延长至5d。在研究CP处理和迷迭香对袋装鸡胸肉的保鲜效果，结果表明在食品中加入迷迭香等食品添加剂，可以在CP保鲜基础上起到抑制脂质氧化的作用。

在研究CP和精油对鸡胸片保质期的联合影响中结果显示，在鸡胸肉中使用精油和CP处理可以减少脂质的氧化，但效果不显著。这是因为禽肉的脂质含量明显低于大型动物的肉，CP技术对鸡肉的脂质氧化水平没有明显的影响。

2、水产品保鲜

研究报道，利用介质阻挡放电（DBD）等离子体处理罗非鱼片，探究其对保鲜效果及贮藏品质影响，结果表明等离子体处理可延缓弹性骤变、酸碱度上升速度及挥发性盐基氮的快速增长，在一定程度上促进了鱼片的氧化反应，但同时抑制了微生物的生长，货架期可达12d以上。DBD等离子体处理即食酒渍泥螺抑菌率达到了69.52%，货架期可延长到12d。CP处理电压为60kV，时间45s，与对照组相比，经CP处理的冰鲜鱿鱼货架期延长2～3d。

3、果蔬保鲜

在研究常压低温等离子体预处理延长蓝莓保质期中的作用中发现，CP处理10 min后，真菌和细菌数量分别减少了25.8%和93.0%；CP预处理6、8、10 min后的蓝莓贮藏20 d，腐烂率分别下降了17.7%、14.3%和5.2%，糖、维生素C和总花青素含量分别比对照组增加了1.5倍、1.5倍和2.2倍。利用CP处理新鲜草莓，能维持草莓的质构特性，抑制草莓的微生物生长。

除了微生物感染外，内源性酶促褐变是另一个容易导致农产品腐烂的主要因素，果胶甲基酯酶、多酚氧化酶（polyphenol oxidase, PPO）、过氧化物酶（peroxidase, POD）和超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）是生鲜农产品中研究最广泛的4种酶。CP诱导酶失活的机制主要是活性物质导致特定键的破坏或侧链的化学修饰，从而导致酶活性的降低和二级结构的展开。研究报道，CP处理能抑制鲜切苹果和马铃薯的PPO和POD活性，并可将样品的储存时间延长19 d。

不过，并不是所有食物系统中的内源性酶都能被CP处理灭活。研究报道，短波紫外线（ultraviolet C, UV-C）和臭氧水处理以及CP处理均能提高蓝莓中SOD和CAT的活性，但在处理后储存几天便逐渐下降，与UV-C和臭氧水处理相比，CP处理对蓝莓的保存效果更好。

低温等离子体在食品改性中的应用

1、对碳水化合物的改性

CP是一种可以帮助修饰蛋白质的非热处理方法，也可以用于碳水化合物和脂质方面的改性方面。淀粉的功能化主要是通过淀粉聚合物和等离子体之间的化学反应实现，主要是含氧基团，如羟基、羧基和羰基，将光滑的疏水表面转化为粗糙的亲水表面。据报道，CP可能导致淀粉改性，发生交联、解聚和功能化。

CP处理还可以诱导淀粉糊化和结晶度的变化，这是由于表面能、亲水性和直链淀粉侧链分解的增加。CP处理面粉的流变学特性表明，无论是强筋面粉还是弱筋面粉，CP处理的面粉其面团强度和较佳搅拌时间均有所改善。强筋小麦粉的弹性模量和黏性模量随着施加电压和处理时间的增加而逐渐增加。

2、对蛋白质的改性

CP可以提高分离蛋白的溶解度。对大豆蛋白进行CP处理，与未经处理的蛋白质相比其溶解度增加，CP产生的反应物质引入了某些亲水性基团，改善了水分子与蛋白质表面的相互作用和结合。在较长的CP处理时间内，蛋白质表面与水的相互作用更大，蛋白质胶束会过度拥挤从而减少反应的活性位点，一定时间后降低了溶解度。

蛋白质分子之间的静电斥力是决定球蛋白溶解度大小的关键因素。等离子体的轰击在蛋白质表面产生活性位点，大气中水蒸气的电解可以在表面引入酸性基团，从而降低蛋白质溶液的pH值，进一步增强了表面极性从而对溶解度产生影响。通过短时间CP处理可以使粒径大小均匀，且已被发现能够有效提高溶解度。

还有研究报道，利用CP对鱿鱼蛋白酶进行灭活，能够提高鱿鱼肌原纤维蛋白的凝胶特性。CP能够降低玉米蛋白分散体的表面黏度，使聚集体被分解成更小的小球，表现出较小的流动阻力。

CP在分离蛋白和蛋白膜进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的一些主要优点。CP能够改变酶的二级和三级结构，构象的改变通常导致无序的松散结构，对成膜和包封性能有积极的影响。CP辐照后薄膜力学性能的改善和渗透率的降低是CP产生的活性物质发生交联反应的结果，通常会改变薄膜的表面并增加功能化合物的扩散性。

有学者研究了不同低温等离子体处理对乳清蛋白和谷蛋白薄膜性能的影响，发现50 kW处理10 min后两种蛋白薄膜的氧传输速率降低；乳清蛋白膜和谷蛋白膜的抗拉强度分别从6.902 MPa和1.854 MPa提高到10.772 MPa和2.571 MPa。还有学者利用DBD等离子体对酪蛋白酸钠薄膜进行处理，结果发现在60 kV和70 kV下，薄膜表面粗糙度增加、亲水性增强，且处理后薄膜的玻璃化转变温度降低。

低温等离子体在毒素及农残降解领域的应用

1、对真菌毒素的降解作用

低温等离子体是高效去除真菌毒素且廉价的方法之一。研究报道，利用低温等离子体处理被黄曲霉毒素B1污染的巴旦木，处理5min时，黄曲霉毒素B1降解率达95.03%，且未对巴旦木的品质产生不良影响。对被寄生曲霉和黄曲霉污染的花生进行低温等离子体处理，寄生曲霉和黄曲霉分别降低了97.9%和99.3%，利用电子显微镜观察真菌孢子，发现孢子细胞膜破裂，这可能是导致毒素有效降解的原因之一。

此外，低温等离子体对T-2毒素也有一定的降解作用，其主要污染玉米、燕麦等农作物，利用等离子体处理T-2毒素，处理时间为60s时，降解率达100%。

2、对农药残留的降解作用

低温等离子体在去除农药残留方面也有一定的应用。在探究低温等离子体去番茄中苯胺类农残的同时，对番茄中总酚、黄酮等各项营养指标进行测定，发现低温等离子体在去除农残的同时对番茄中的营养物质无影响。

研究发现，低温等离子体降解毒素及农残的机理主要是低温等离子体产生的高能电子可以对农药残留分子进行分解，低温等离子体还可以产生大量活性物质和羟基自由基，破坏农药中的化学键，将农药分解成无害或危害较小的化合物，此外，低温等离子体发生过程中产生的紫外线也可增加农药降解的速率。与利用酶降解、物理吸附等传统降解农药的方式相比，低温等离子体不易产生二次污染且能量消耗较低。

低温等离子体在食品过敏原控制中的应用

食物过敏原主要是蛋白质，研究表明等离子体处理可能有助于去除食物中与基质紧密结合的蛋白质。研究表明，CP中的活性物质可以诱导与蛋白质的某些相互作用，并改变它们的构象。当蛋白质溶解度降低或蛋白质发生交联时，构象表位可以通过形成不溶性聚集体而改变，而碎片化则改变线性表位。ROS可能会切割肽键，导致氨基酸被氧化，从而对蛋白质的完整性产生严重影响。

有学者利用CP直接处理大豆过敏原，发现对应的蛋白带强度降低，并在50 ku时形成新的蛋白带，处理后形成的不溶性聚集体导致十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）图谱中蛋白带消失。

还有学者研究了暴露在低温氩气等离子体射流下，凡纳滨对虾原肌球蛋白的过敏反应。处理15 min后，免疫球蛋白E（immunoglobulin E, IgE）和免疫球蛋白G结合能力分别下降17.6%和26.87%，处理超过9 min后，表面疏水性和总巯基含量发生变化。这归因于IgE结合区氨基酸的改变，可能通过α-螺旋和β-折叠的改变影响原肌球蛋白的抗体结合能力。

参考资料：

[1]步营,徐愉聪,谭桂芝,等.低温等离子体技术在食品中的应用研究进展[J/OL].渤海大学学报（自然科学版）,2025,（02）:93-103[2025-08-24].

[2]陈林,范美琪,李玉杰,等.低温等离子体技术在食品行业的应用研究进展[J].食品研究与开发,2024,45（13）:196-203.

作者简介：

小泥沙，食品科技工作者，食品科学硕士，现就职于国内某大型药物研发公司，从事营养食品的开发与研究。