等离子杀菌原理（低温等离子体技术等4种食品杀菌技术的最新研究）

为了提高食品的安全性，通常采用热杀菌，但热杀菌会影响食品的营养及感官品质，甚至可能产生丙烯酰胺、呋喃等有毒有害物质。超高压、辐照、超声波、紫外线、臭氧、低温等离子体（lowtemperature plasma，LTP）等非热杀菌技术避免了热杀菌的局限，逐渐受到人们的重视。不过，紫外线、超声波、臭氧等非热杀菌技术通常需要处理20－60min才能有效降低微生物的数量，耗时耗力，而超高压杀菌只能采用软包装材料，限制了包装形式。

01、低温等离子体技术（LTP）对食品表面进行杀菌

作为一种新型的非热杀菌技术，LTP具有省时高效、适用范围广、环境友好等优点，能更好地保持食品的品质，有效地解决了热敏性食品的杀菌难题。

食品在加工和贮藏过程中易受金黄色葡萄球菌、单增李斯特菌、大肠杆菌和沙门氏菌等微生物的污染。LTP被证明对上述微生物有杀灭作用，可用于热敏性食品杀菌，能够最大限度的维持食品的品质特性，且省时效率高，不产生残留物，具有广泛的应用前景。

一、在果蔬制品杀菌中的应用

微生物和各类酶的存在降低了果蔬制品的食用安全性，而目前的杀菌保鲜技术还不够完善，使果蔬制品存在货架期短、不易贮藏等缺点，制约了果蔬的工业化发展。近年来，LTP技术在果蔬制品杀菌中的应用逐渐成熟，国内外关于该技术灭活果蔬制品中微生物的研究报道逐渐增多（表1），为货架期稳定的果蔬制品开发提供了有效的途径。

表1：LTP技术在果蔬制品杀菌中的应用

鲜切果蔬由于营养物质丰富、接触面积增大、汁液渗出，极易腐败变质，通过以上实例可以看出，LTP处理抑制了鲜切果蔬中微生物的增长。经LTP处理后，不同种类鲜切果蔬的杀菌率存在差异，可能是由于表面液态水或内部组织流出的汁液影响了LTP的作用，切片上残留的水分越多，微生物细胞越容易移动并渗入切片，微生物存活几率越高。

鲜切甜瓜的微生物失活率较低，可能是由于其复杂的网状果皮为细菌附着提供了环境，影响了杀菌率。另外，鲜切果蔬的质地和硬度能够增强或阻碍微生物渗透果蔬切片，从而影响杀菌率。

从表1可以看出，LTP杀菌应用于不同品种的果蔬汁时，杀菌效果存在差异。研究表明，果蔬汁的pH和澄清度影响着杀菌率，Ikawa发现pH值低于4.7时，细菌灭活非常有效，果蔬汁的pH均满足该条件，即LTP应用于果蔬汁杀菌时效果显著。

此外，由于浑浊果蔬汁中含有不均匀的颗粒或均匀但粘稠的结构，能够抵挡LTP的侵袭，而透明果蔬汁不具备这种结构，因此LTP被认为对透明果蔬汁杀菌更有效。

二、在肉制品及水产品杀菌中的应用

肉制品及水产品的营养物质丰富，含有多种酶，极易腐败变质。近年来，LTP成为肉制品及水产品杀菌的热门技术之一，最近的一些研究探究了LTP对不同肉制品及水产品中微生物的灭活作用（表2）。

表2：LTP技术在肉制品及水产品杀菌中的应用

以上研究表明，LTP技术应用于食品杀菌处理时，对肉制品及水产品的微生物控制具有较大的意义。从表2可以看出，火腿的杀菌率较低，Song等认为火腿的粗糙多孔结构为单增李斯特菌的附着和迁移提供了场所，使得菌体不被暴露在LTP中。Choi利用LTP处理鱿鱼丝时，发现LTP处理可以降低鱿鱼丝的水分含量，从而防止鱿鱼丝变质。

三、在乳及乳制品杀菌中的应用

乳及乳制品是微生物生长的理想培养基，被微生物污染的乳及乳制品会导致人类感染布氏菌病、李斯特菌病等疾病。Kim等利用LTP技术，有效地减少了牛乳中总需氧菌、大肠杆菌、单增李斯特菌和鼠伤寒沙门氏菌的数量，提高了牛乳的安全性；Yong等对奶酪进行15kHz、10min的LTP处理，大肠杆菌、单增李斯特菌、鼠伤寒沙门氏菌分别减少了3.2、2.1、5.8log（CFU/g）。这些实例表明，LTP可以通过灭活腐败和致病菌来提高乳及乳制品的安全性。

四、在坚果制品杀菌中的应用

坚果极易被毒性极强的真菌毒素所污染，威胁人类的健康。研究证明，LTP技术可用于抑制坚果表面微生物，Basaran等发现，300W LTP处理榛子5min后，寄生曲霉减少了6log（CFU/g）；处理花生、开心果20min后，寄生曲霉分别减少了4、5.5log（CFU/g）。可能是由于外壳存在差异，内部真菌污染程度不同，致使寄生曲霉减少量不同。

Niemira报道了LTP杀菌在杏仁中的应用，在549W、47kHz条件下产生LTP，处理20s后，大肠杆菌在间隔6cm处减少1.34log（CFU/mL），沙门氏菌在间隔4cm处减少1.16log（CFU/mL）。

五、与其它处理方法结合在食品杀菌中的应用

LTP技术应用于食品杀菌时存在着一定的不足，为了达到更好的杀菌效果，最大程度地保证食品的品质，研究者们致力于将LTP技术与其它处理方法结合以满足消费者的需求。Umair等将70kV、4min高电压LTP与15℃、20kHz、3min超声结合处理胡萝卜汁，显著降低了胡萝卜汁中酵母菌和霉菌数，提高了胡萝卜汁的质量。

Anna等将LTP处理后的火腿进行14d的冷藏，结果发现，单增李斯特菌和鼠伤寒沙门氏菌的数量显著降低，Ziuzina等认为储存时间的延长增加了活性物质在火腿中的扩散，提高了杀菌率。

02、高压电场技术在食品加工中的应用

高压电场是一种重要的非热加工处理技术，由于其在处理过程中无热效应，故可应用于热敏性食品的加工。高压电场技术由于其效率高、能耗小、无热效应、对食品品质基本无影响等特点，在食品保鲜领域具有较为广阔的应用前景。目前在食品保鲜中使用较多的高压电场技术是高压脉冲电场。

食品的保鲜主要通过杀菌和灭酶两种方式实现，高压电场则主要通过杀菌对食品进行保鲜。目前，普遍认同的杀菌机理是细胞膜的电穿孔杀菌理论，即在外加电场作用下，细胞膜跨膜电压逐渐增加，细胞膜变薄并形成微孔。当跨膜电压继续增加至超过临界值时，细胞膜发生崩解并导致细胞死亡。

高压脉冲电场主要应用于对液体或半固体食品的杀菌保鲜，如牛乳果汁等。丁宏伟使用高压脉冲电场对牛乳进行杀菌，发现电场强度、温度和脉冲数都显著影响杀菌效果，且杀菌效果与这三个因素均呈正相关，最终通过正交试验确定了最优方案( 电场强度为70 kV/cm，脉冲数为6，杀菌温度为70 ℃) ，在该条件下，乳中的微生物全部被杀灭。

此外，赵瑾等使用高压脉冲电场对梨汁进行杀菌保鲜，发现当电场频率为200 Hz，电场强度为30 kV/cm，处理时间为240 μs，温度为10 ℃时，梨汁中的大肠杆菌和酵母菌的数量分别下降4.6、2.7 个数量级，并且提高温度可使微生物致死率进一步提高。

陶晓赟等研究了高压脉冲电场对蓝莓汁的杀菌效果，发现随电场强度和处理时间的增加，脉冲电场对蓝莓汁中大肠杆菌的杀灭效果增强，并且蓝莓汁的色泽、风味和营养成分不受影响。

03、电阻加热杀菌技术在食品加工中的运用

电阻加热杀菌技术主要是利用连续流动导电体液体的电阻热效应来对食品进行加热处理，从而达到杀菌的目的。从实际应用情况来看，电阻加热杀菌技术一般被应用在酸性、低酸性的黏性食品和颗粒食品杀菌操作中。

从实际应用情况来看，电阻加热杀菌技术要求交流电的频率在50~60Hz，在交流电频率达到50~60 Hz 的时候，这个时候其电化学性能达到了一种十分稳定的状态，交流电的转换频率也会提升。电阻加热杀菌技术一般适合应用在能用泵输送的、具备溶解离子盐类且含水量超过30% 比例的食品中，而一些高糖高油高脂肪的食品则是不适合应用这项杀菌技术。

电阻加热杀菌技术是在连续流动的液体中进行加热处理，在这个过程中不需要高温热的交换，在对食品杀菌的过程中不会导致食品营养的流失。同时，因为这类技术是对物料的整体加热，其渗透性也会超过微波加热，加热杀菌效果良好。

04、声动力技术在食品杀菌领域的研究进展

目前普遍认可的声动力杀菌机制为超声的空化作用与声敏剂激活释放氧自由基。与超声波杀菌相似，声动力技术利用超声波在液体中传播，与液体发生剧烈的相互作用，使液体内产生压力起伏，导致出现负压现象。在负压区域，液体中的结构缺陷即空化核会逐渐长大，形成肉眼可见的微米级气泡。微小气泡在低频声场稀疏相和压缩相的交互作用下，发生交替压缩和膨胀直至微泡塌陷，在微泡塌陷破裂的瞬间，会在极小的区域内释放能量。

有研究表明在超声的作用下，声空化温度可以达到5 000 K左右，并产生约250 MPa的压力。超声波产生的空化作用一方面作用于细菌，改变细菌细胞膜的通透性，促进声敏剂进入细胞发挥作用。

另一方面，空化作用产生的强冲击波、局部高温和高液体剪切力作用于声敏剂，刺激声敏剂活化热解产生自由基。这些自由基与氧发生反应，进而产生细胞毒性，但只有富集声敏剂的区域才会产生强杀伤力。

而从能量角度来看，声动力技术是一个能量吸收与释放的电子跃迁过程。超声作用下，声敏剂吸收能量由基态转化为激发态，当跃迁电子回归基态时，释放大量能量并作用于周围的氧分子，产生单线态氧以及羟自由基等一系列ROS物质。超声波激活声敏剂产生ROS的假设现已通过电子自旋共振检测技术所证实。声动力作用过程中产生的单线态氧与自由基等ROS物质的化学性质非常活泼，能够与目标细胞内的脂质、氨基酸、核酸等生物大分子发生作用，进而诱导细胞凋亡或死亡。

现今已有较多关于声动力技术灭活食源性致病菌的基础理论研究。一些学者也开始逐步将声动力技术应用于食品灭菌领域，声动力技术穿透力强、靶向性好、灭菌效果佳，今后必定可以在各类食品加工中展现出优异的灭菌性能。

此外利用声敏剂的广谱抗菌性，还可以开发一系列由声敏剂制备的活性抗菌食品包装材料或可食用薄膜等，取代传统包装材料，达到有效延长食品货架期的目的。基于声动力技术在食源性致病菌灭活方面取得的良好研究成果，以及声动力技术在食品应用领域的初步探索成效，可以看到声动力技术作为一项新兴技术在食品灭菌领域具有良好的发展优势与前景。

引用文献：

[1] 杨柳 刘明 刘艳香 孟宁 昝学梅 谭斌 郝建雄. 应用低温等离子体技术更好地对食品表面进行杀菌

[2] 杨宇帆，陈倩，王浩，等.高压电场技术在食品加工中的应用研究进展［J］. 食品工业科技， 2019， 40( 19) : 316－320，325.

[3] 杨西岐. 新型杀菌技术在食品加工中的运用.西安医学院

[4] 邱建清, 李世洋, 叶倩文, 等. 声动力技术在食品杀菌领域的研究进展[J]. 食品科学, 2020, 41(19): 245-252. DOI:10.7506

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