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、無殘留、操作簡單、不產(chǎn)生明顯溫升等特點而備受青睞。該技術(shù)廣泛應用于醫(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電性流體，具有能量高，活性成分豐富等優(yōu)點。

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并逐漸形成液態(tài)；隨著能量進一步升高，自由分子在更大的空間分散開，從而轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)；最終，如果進一步增加能量，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程中能使整個體系維持較低的溫度，不會對樣品產(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。它能夠高效殺滅多種微生物，包括常見的食源性致病菌，同時保持食品的質(zhì)地、風味和營養(yǎng)成分，避免傳統(tǒng)熱處理帶來的品質(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景中發(fā)揮作用，顯著延長食品的貨架期，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下進行60s的CP處理，最終冷藏溫度下保質(zhì)期可延長至5d。在研究CP處理和迷迭香對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。這是因為禽肉的脂質(zhì)含量明顯低于大型動物的肉，CP技術(shù)對雞肉的脂質(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，在一定程度上促進了魚片的氧化反應，但同時抑制了微生物的生長，貨架期可達12d以上。DBD等離子體處理即食酒漬泥螺抑菌率達到了69.52%，貨架期可延長到12d。CP處理電壓為60kV，時間45s，與對照組相比，經(jīng)CP處理的冰鮮魷魚貨架期延長2～3d。

3、果蔬保鮮

在研究常壓低溫等離子體預處理延長藍莓保質(zhì)期中的作用中發(fā)現(xiàn)，CP處理10 min后，真菌和細菌數(shù)量分別減少了25.8%和93.0%；CP預處理6、8、10 min后的藍莓貯藏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。

除了微生物感染外，內(nèi)源性酶促褐變是另一個容易導致農(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誘導酶失活的機制主要是活性物質(zhì)導致特定鍵的破壞或側(cè)鏈的化學修飾，從而導致酶活性的降低和二級結(jié)構(gòu)的展開。研究報道，CP處理能抑制鮮切蘋果和馬鈴薯的PPO和POD活性，并可將樣品的儲存時間延長19 d。

不過，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處理均能提高藍莓中SOD和CAT的活性，但在處理后儲存幾天便逐漸下降，與UV-C和臭氧水處理相比，CP處理對藍莓的保存效果更好。

低溫等離子體在食品改性中的應用

1、對碳水化合物的改性

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淀粉聚合物和等離子體之間的化學反應實現(xiàn)，主要是含氧基團，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)報道，CP可能導致淀粉改性，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處理面粉的流變學特性表明，無論是強筋面粉還是弱筋面粉，CP處理的面粉其面團強度和較佳攪拌時間均有所改善。強筋小麥粉的彈性模量和黏性模量隨著施加電壓和處理時間的增加而逐漸增加。

2、對蛋白質(zhì)的改性

CP可以提高分離蛋白的溶解度。對大豆蛋白進行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)生的反應物質(zhì)引入了某些親水性基團，改善了水分子與蛋白質(zhì)表面的相互作用和結(jié)合。在較長的CP處理時間內(nèi)，蛋白質(zhì)表面與水的相互作用更大，蛋白質(zhì)膠束會過度擁擠從而減少反應的活性位點，一定時間后降低了溶解度。

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，大氣中水蒸氣的電解可以在表面引入酸性基團，從而降低蛋白質(zhì)溶液的pH值，進一步增強了表面極性從而對溶解度產(chǎn)生影響。通過短時間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。

還有研究報道，利用CP對魷魚蛋白酶進行滅活，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)出較小的流動阻力。

CP在分離蛋白和蛋白膜進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。CP能夠改變酶的二級和三級結(jié)構(gòu)，構(gòu)象的改變通常導致無序的松散結(jié)構(gòu)，對成膜和包封性能有積極的影響。CP輻照后薄膜力學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)反應的結(jié)果，通常會改變薄膜的表面并增加功能化合物的擴散性。

有學者研究了不同低溫等離子體處理對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度分別從6.902 MPa和1.854 MPa提高到10.772 MPa和2.571 MPa。還有學者利用DBD等離子體對酪蛋白酸鈉薄膜進行處理，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，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)域的應用

1、對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的方法之一。研究報道，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，黃曲霉毒素B1降解率達95.03%，且未對巴旦木的品質(zhì)產(chǎn)生不良影響。對被寄生曲霉和黃曲霉污染的花生進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)孢子細胞膜破裂，這可能是導致毒素有效降解的原因之一。

此外，低溫等離子體對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，處理時間為60s時，降解率達100%。

2、對農(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用。在探究低溫等離子體去番茄中苯胺類農(nóng)殘的同時，對番茄中總酚、黃酮等各項營養(yǎng)指標進行測定，發(fā)現(xiàn)低溫等離子體在去除農(nóng)殘的同時對番茄中的營養(yǎng)物質(zhì)無影響。

研究發(fā)現(xiàn)，低溫等離子體降解毒素及農(nóng)殘的機理主要是低溫等離子體產(chǎn)生的高能電子可以對農(nóng)藥殘留分子進行分解，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)藥中的化學鍵，將農(nóng)藥分解成無害或危害較小的化合物，此外，低溫等離子體發(fā)生過程中產(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敏原控制中的應用

食物過敏原主要是蛋白質(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)可以誘導與蛋白質(zhì)的某些相互作用，并改變它們的構(gòu)象。當?shù)鞍踪|(zhì)溶解度降低或蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)時，構(gòu)象表位可以通過形成不溶性聚集體而改變，而碎片化則改變線性表位。ROS可能會切割肽鍵，導致氨基酸被氧化，從而對蛋白質(zhì)的完整性產(chǎn)生嚴重影響。

有學者利用CP直接處理大豆過敏原，發(fā)現(xiàn)對應的蛋白帶強度降低，并在50 ku時形成新的蛋白帶，處理后形成的不溶性聚集體導致十二烷基磺酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS-PAGE）圖譜中蛋白帶消失。

還有學者研究了暴露在低溫氬氣等離子體射流下，凡納濱對蝦原肌球蛋白的過敏反應。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,徐愉聰,譚桂芝,等.低溫等離子體技術(shù)在食品中的應用研究進展[J/OL].渤海大學學報（自然科學版）,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)的應用研究進展[J].食品研究與開發(fā),2024,45（13）:196-203.

作者簡介：

小泥沙，食品科技工作者，食品科學碩士，現(xiàn)就職于國內(nèi)某大型藥物研發(fā)公司，從事營養(yǎng)食品的開發(fā)與研究。