低溫等離子體技術(shù)在肉品保藏及加工中的應(yīng)用研究進(jìn)展

韓 格，陳 倩，孔保華*

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030）

低溫等離子體技術(shù)作為一種新興的非熱能食品加工技術(shù)，引起了全球眾多研究者的關(guān)注。與食品熱加工技術(shù)相比，該技術(shù)具有安全、溫和、操作簡(jiǎn)便和成本較低等優(yōu)點(diǎn)。隨著低溫等離子體技術(shù)的發(fā)展，其已被廣泛應(yīng)用于材料加工[1]、電子學(xué)[2]、聚合物加工、生物醫(yī)療器械和生物材料[3]等領(lǐng)域?；诘蜏氐入x子體技術(shù)的諸多特點(diǎn)，其在食品領(lǐng)域也得到了應(yīng)用。目前關(guān)于該技術(shù)在肉制品中的應(yīng)用研究也引起了廣泛關(guān)注，主要包括兩個(gè)方面：一是低溫等離子體處理減少肉和肉制品中致病性微生物方面的研究；二是低溫等離子體技術(shù)處理可以生成亞硝酸鹽，替代肉制品腌制過(guò)程中亞硝酸鈉（NaNO2）添加方面的研究。本文主要介紹了冷等離子體的產(chǎn)生、相關(guān)設(shè)備和影響其工作效率因素，并從抑制微生物生長(zhǎng)和亞硝酸鹽替代兩方面綜述該技術(shù)在肉品保藏及加工中的應(yīng)用。

1 低溫等離子體

等離子體通常被稱(chēng)為物質(zhì)的第4種狀態(tài)，它可以由任何中性氣體在高電壓下高度電離產(chǎn)生具有正、負(fù)電荷的離子、自由電子、自由基、激發(fā)或未激發(fā)的分子和原子及紫外光子等，整體呈中性的狀態(tài)[4]。當(dāng)電子與其他氣體物質(zhì)處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，等離子體被歸類(lèi)為高溫等離子體；當(dāng)電子與其他氣體物質(zhì)處與非平衡態(tài)時(shí)，等離子體被歸類(lèi)為低溫等離子體。低溫等離子體在大氣壓或低壓（真空）條件下獲得，它的一個(gè)重要特征是能夠在接近環(huán)境溫度（30～60 ℃）下產(chǎn)生大量化學(xué)活性物質(zhì)，如活性氧（reactive oxygen species，ROS）和活性氮（reactive nitrogen species，RNS），其中ROS是指化學(xué)性質(zhì)活躍的含氧原子或原子團(tuán)，包括臭氧、過(guò)氧化氫、單線態(tài)氧分子、超氧陰離子自由基、羥自由基等。RNS是指以一氧化氮（NO）為中心的衍生物，包括二氧化氮（NO2）、三氧化二氮（N2O3）、四氧化二氮（N2O4）等氮氧化物[5]。ROS和RNS的高反應(yīng)活性使其對(duì)肉品中微生物的抑制和亞硝酸鹽的產(chǎn)生具有獨(dú)特的作用。低溫等離子體技術(shù)可在環(huán)境溫度和大氣壓條件下進(jìn)行操作，對(duì)于食品工業(yè)來(lái)說(shuō)具有安全、溫和、操作簡(jiǎn)便和節(jié)約成本等優(yōu)點(diǎn)。

1.1 低溫等離子體的產(chǎn)生方式

低溫等離子體常用的發(fā)生系統(tǒng)包括介質(zhì)阻擋放電（dielectrical barrier discharge，DBD）、大氣壓等離子體射流（atmospheric plasma jet，APPJ）、滑動(dòng)電弧放電和電暈放電[6]，其中DBD和APPJ低溫等離子體發(fā)生系統(tǒng)由于設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，在食品研究中應(yīng)用較為廣泛。DBD低溫等離子體發(fā)生系統(tǒng)由兩個(gè)金屬電極組成，其中至少有一個(gè)金屬電極被覆蓋一層電介質(zhì)（圖1A）。當(dāng)在電極間施加足夠高頻率的交流電時(shí)，電極間的氣體被擊穿而放電，產(chǎn)生等離子體，電介質(zhì)使等離子體均勻地分布在整個(gè)放電空間[7]。DBD也被稱(chēng)為無(wú)聲放電，具有能在常溫常壓下穩(wěn)定均勻地產(chǎn)生大面積等離子體的優(yōu)點(diǎn)。APPJ低溫等離子體發(fā)生系統(tǒng)由兩個(gè)同心電極組成（圖1B），氣體（或氣體混合物）在兩電極間流動(dòng)，電極間施加高電壓引起氣體離子化，產(chǎn)生的等離子體通過(guò)噴嘴引導(dǎo)到位于幾毫米下的食物表面。APPJ的最大優(yōu)勢(shì)是等離子體從噴嘴射出，使得等離子體與高壓電極分離，操作者的安全性有極大提高[8]。

圖1 低溫等離子體發(fā)生系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic illustration of cold plasma production system

1.2 影響低溫等離子體工作效率的因素

1.2.1 處理變量

低溫等離子體的工作效率取決于多種處理變量，包括處理時(shí)間、處理電壓、處理方式和氣體類(lèi)型[9]。處理時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)使低溫等離子體中的ROS等活性物質(zhì)的濃度增加[10]，施加更高的處理電壓會(huì)使產(chǎn)生的低溫等離子體中高能粒子的密度增加，進(jìn)而使工作效率提高[11]。低溫等離子體的處理方式包括直接處理和間接處理。其中直接處理是將樣品作為接地電極直接暴露于低溫等離子區(qū)域中，間接處理是將金屬網(wǎng)作為接地電極置于樣品與等離子體區(qū)域之間。直接處理比間接處理顯示出更好的效果，這一差異的主要原因是接地金屬網(wǎng)屏蔽掉了低溫等離子體中的帶電粒子[12]。另外，工作氣體種類(lèi)決定了產(chǎn)生的低溫等離子體中活性物質(zhì)的種類(lèi)和數(shù)量。Kim等[13]研究了不同氣體組合如He、He＋O2、N2、N2＋O2所產(chǎn)生的低溫等離子體對(duì)大腸桿菌的抑菌效果，發(fā)現(xiàn)N2＋O2氣體組合的效率最高。推測(cè)N2和O2離子化后會(huì)產(chǎn)生更多的ROS和RNS等活性物質(zhì)，可作為抗菌劑。一般來(lái)說(shuō)，惰性氣體如氬氣和He最適合用于低溫等離子體滅菌研究，但帶電的氦離子和氬離子壽命很短，而且He和氬氣比普通的雙原子氣體貴，因此通常不會(huì)單獨(dú)使用[14]。

1.2.2 環(huán)境因素

環(huán)境因素如pH值、相對(duì)濕度和樣品性質(zhì)對(duì)低溫等離子體的有效性有顯著影響。例如，固體和液體樣品與等離子體產(chǎn)生的活性物質(zhì)的作用效果不同，因?yàn)榇蠖鄶?shù)高活性等離子體物質(zhì)不能穿透液體[15]。相對(duì)濕度的增加會(huì)使附加的水分子分解成更多的羥自由基，增加其滅菌的效率。另外，pH值較低的樣品對(duì)熱、壓力和脈沖電場(chǎng)的反應(yīng)更加敏感。研究發(fā)現(xiàn)，與pH 7相比，腸炎沙門(mén)氏菌細(xì)胞更容易在pH 5環(huán)境下被低溫等離子體滅活[16]。

2 低溫等離子體技術(shù)在肉品保藏及加工中的應(yīng)用

2.1 低溫等離子體技術(shù)對(duì)肉品中微生物的抑制作用

肉與肉制品的腐敗變質(zhì)主要源于微生物的污染，肉類(lèi)工業(yè)采用的傳統(tǒng)殺菌方法包括加熱（巴氏滅菌和高溫殺菌）、降低溫度（冷凍和冷藏）、降低水分活度（加糖、加鹽或干燥）和添加防腐劑等；其他常見(jiàn)方法包括使用柵欄技術(shù)、調(diào)節(jié)pH值、添加香辛料提取物和采用氣調(diào)包裝等[17]。然而，熱處理通常導(dǎo)致一些不良的化學(xué)/生物化學(xué)和感官特性的變化，或形成對(duì)最終產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、風(fēng)味、顏色和質(zhì)地有負(fù)面影響的副產(chǎn)品。隨著健康意識(shí)的提高，消費(fèi)者更喜歡天然和最低限度加工的食品。因此，對(duì)非熱處理技術(shù)的研究很有必要，其不僅對(duì)食品的影響最小，而且可通過(guò)抑制或殺滅微生物來(lái)延長(zhǎng)產(chǎn)品的保質(zhì)期。在肉類(lèi)加工方面應(yīng)用的非熱處理技術(shù)包括脈沖電場(chǎng)、高壓處理、脈沖光、微波和輻照等[18]。

低溫等離子體處理技術(shù)是最近發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用的一種肉和肉制品微生物抑菌技術(shù)，在常溫下通過(guò)電離氣體產(chǎn)生大量具有抑制微生物生長(zhǎng)的ROS和RNS，這些活性物質(zhì)通過(guò)與肉及肉制品表面相互作用，達(dá)到抑制或殺滅微生物的效果[19]。低溫等離子體技術(shù)作為一種溫和的非熱處理技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，如處理溫度低、對(duì)營(yíng)養(yǎng)破壞少、能最大限度地保持原有的感官特性、無(wú)毒副產(chǎn)品以及成本低等優(yōu)點(diǎn)，成為常規(guī)殺菌技術(shù)的替代品。低溫等離子體殺菌已被廣泛用于各類(lèi)食品中，包括果蔬、沙拉以及農(nóng)產(chǎn)品等[20]，而近年來(lái)該技術(shù)在肉及肉制品方面的應(yīng)用為其在食品滅菌領(lǐng)域中的推廣開(kāi)啟了新方向。

2.1.1 低溫等離子體對(duì)微生物抑制作用的機(jī)制

據(jù)報(bào)道，低溫等離子體可以通過(guò)多個(gè)途徑抑制微生物生長(zhǎng)，包括紫外光輻射誘導(dǎo)DNA損傷、自由基修飾、脂質(zhì)過(guò)氧化導(dǎo)致細(xì)菌膜崩解以及帶電粒子誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。在最初研究中發(fā)現(xiàn)，由離子化產(chǎn)生的紫外光輻射直接誘導(dǎo)的微生物DNA損傷被認(rèn)為是抑制微生物生長(zhǎng)的主要原因[21]。這是由于波長(zhǎng)在260 nm左右的紫外線可以導(dǎo)致同一條DNA鏈上的胸腺嘧啶和胞嘧啶形成二聚體，嚴(yán)重破壞細(xì)菌的復(fù)制能力，從而阻止細(xì)胞增殖。低溫等離子體產(chǎn)生的羥自由基引起膜蛋白發(fā)生的化學(xué)修飾和降解被認(rèn)為是低溫等離子體滅菌作用的另一途徑[22]。另外，細(xì)胞膜的氧化損傷也被認(rèn)為可能是低溫等離子體殺死細(xì)菌的原因[23]。ROS可能通過(guò)與脂質(zhì)相互作用改變生物膜的功能，導(dǎo)致多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA）氧化，使PUFA失去一個(gè)氫原子，產(chǎn)生脂肪酸的基團(tuán)，隨后被O2氧化為脂氫過(guò)氧化物，破壞了細(xì)菌的外膜。還有研究表明，細(xì)胞上帶電粒子的累積可能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[24]，產(chǎn)生的等離子體中的帶電粒子撞擊細(xì)胞表面產(chǎn)生靜電斥力超過(guò)了細(xì)胞膜的抗拉強(qiáng)度，誘導(dǎo)細(xì)胞膜破裂，使包括鉀、核酸和蛋白質(zhì)在內(nèi)的細(xì)胞組分滲漏，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。迄今為止，低溫等離子體的抑菌機(jī)理只在理論上提出了初步解釋?zhuān)瑢?duì)于細(xì)胞靶標(biāo)以及低溫等離子體作用的分子機(jī)制尚不完全清楚。

2.1.2 對(duì)肉與肉制品中微生物的抑制作用

原料肉在有氧條件下冷藏和貯存時(shí)極易被嗜冷微生物污染。對(duì)原料肉中嗜冷菌的抑制是一個(gè)技術(shù)難題。Ulbin-Figlewicz等[25]使用He和氬等離子體處理豬肉，結(jié)果表明He等離子體處理具有顯著的抑菌作用，豬肉中的微生物總數(shù)、酵母及霉菌和嗜冷微生物分別減少了約1.90、1.14、1.60（lg（CFU/g）），并且隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)其效力增加。相比之下，氬等離子體抑制微生物生長(zhǎng)的作用較低。Dirks等[26]報(bào)道DBD低溫等離子體能夠有效地抑制去皮雞胸肉及雞大腿皮膚表面的微生物生長(zhǎng)，可將微生物總數(shù)降低一個(gè)對(duì)數(shù)周期。這些研究表明低溫等離子體處理可有效地抑制原料肉中的嗜冷菌和微生物的生長(zhǎng)，從而延長(zhǎng)產(chǎn)品的貨架期。

大腸桿菌O157:H7、單核細(xì)胞增生李斯特菌和沙門(mén)氏菌通常被認(rèn)為是肉及肉制品中最常見(jiàn)的食源性致病菌，可導(dǎo)致嚴(yán)重的疾病甚至死亡，對(duì)它們的抑制和殺滅是確保產(chǎn)品微生物安全的基礎(chǔ)。Jayasena等[27]研究了DBD等離子體處理對(duì)豬肉和牛肉樣品上接種的單核細(xì)胞增生李斯特菌、大腸桿菌O157:H7和鼠傷寒沙門(mén)氏菌的影響。研究發(fā)現(xiàn)，低溫等離子體處理10 min后，豬肉樣品中單核細(xì)胞增生李斯特菌、大腸桿菌O157:H7和鼠傷寒沙門(mén)氏菌數(shù)量分別減少2.04、2.54、2.68（lg（CFU/g）），牛肉樣品中這3 種菌分別減少1.90、2.57、2.58（lg（CFU/g））。Kim等[13]利用低溫等離子體技術(shù)有效減少了接種在切片培根上的單核細(xì)胞增生李斯特菌、大腸桿菌和鼠傷寒沙門(mén)氏菌的生長(zhǎng)，提高了產(chǎn)品的安全性和貨架期。Kim等[28]將大腸桿菌和單核細(xì)胞增生李斯特菌接種于豬里脊肉中，研究低溫等離子體的抑菌作用。結(jié)果表明，將豬里脊肉暴露于DBD等離子體（3 kV、30 kHz）中，10 min后大腸桿菌和單核細(xì)胞增生李斯特菌分別減少了0.55、0.59（lg（CFU/g））。這些實(shí)例表明，低溫等離子體可以通過(guò)滅活食源性病原體來(lái)提高肉及肉制品的安全性并延長(zhǎng)貨架期。

干制肉制品（例如干魷魚(yú)絲和牛肉干）在生產(chǎn)過(guò)程中常會(huì)受到微生物污染。低溫等離子體技術(shù)也可用于抑制脫水肉制品表面的微生物生長(zhǎng)。Kim等[29]報(bào)道低溫等離子體技術(shù)可以有效降低牛肉干表面金黃色葡萄球菌的數(shù)量。利用大氣壓等離子射流處理10 min后，牛肉干樣品上的金黃色葡萄球菌數(shù)量降低了3～4（lg（CFU/g））；掃描電子顯微鏡觀察表明，金黃色葡萄球菌細(xì)胞崩解成碎片，并產(chǎn)生許多孔洞。這表明低溫等離子體中的活性物質(zhì)對(duì)金黃色葡萄球菌有滅活作用。Choi等[30]也研究了低溫等離子體技術(shù)對(duì)干魷魚(yú)絲中微生物的抑制作用。使用20 kV脈沖直流電壓和58 kHz頻率產(chǎn)生低溫等離子體，干魷魚(yú)樣品經(jīng)過(guò)3 min處理后，好氧細(xì)菌、海洋細(xì)菌和金黃色葡萄球菌數(shù)量分別減少2.0、1.6、0.9（lg（CFU/g））。還觀察到酵母菌和霉菌污染減少了0.9（lg（CFU/g））。這些研究表明，低溫等離子體技術(shù)有效抑制了干制肉制品中的金黃色葡萄球菌等微生物的生長(zhǎng)。

2.1.3 對(duì)包裝肉類(lèi)產(chǎn)品中微生物的抑制作用

低溫等離子體處理對(duì)于經(jīng)過(guò)包裝的肉類(lèi)食品的抑菌具有很大的意義。將密封包裝后的食品置于DBD的兩個(gè)電極之間，在通入足夠高頻率的交流電壓后，包裝內(nèi)部的氣體被激發(fā)放電，產(chǎn)生等離子體對(duì)包裝后肉類(lèi)食品進(jìn)行滅菌，有效避免了先殺菌后包裝造成的二次污染。對(duì)包裝食品進(jìn)行低溫等離子體殺菌的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生的活性分子充滿(mǎn)在包裝袋中，可以與細(xì)菌充分接觸，起到有效的殺菌作用；同時(shí)在食品貯存24 h內(nèi)可恢復(fù)為原始包裝氣體，不會(huì)產(chǎn)生化學(xué)殘留，無(wú)毒無(wú)害[5]。R?d等[31]研究了低溫等離子體對(duì)于接種無(wú)害單核細(xì)胞增生李斯特菌的切片即食（ready-to-eat，RTE）肉制品的殺菌效果。結(jié)果顯示，間接低溫等離子體處理可以抑制密封的線性低密度聚乙烯袋內(nèi)RTE肉制品表面上的無(wú)害單核細(xì)胞增生李斯特菌生長(zhǎng)，在一定條件下可以進(jìn)行多次間隔的處理來(lái)增加殺菌效果。Lee等[32]也研究了DBD低溫等離子體對(duì)包裝后雞胸肉中微生物的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)等離子體處理10 min后，需氧細(xì)菌、單核細(xì)胞增生李斯特菌、大腸桿菌和鼠傷寒沙門(mén)氏菌的數(shù)量分別減少了3.36、2.14、2.73、2.71（lg（CFU/g））。最近Wang Jiamei等[33]的研究發(fā)現(xiàn)，低溫等離子體處理氣調(diào)包裝后的肉類(lèi)食品可最大限度地降低其微生物水平。實(shí)驗(yàn)表明，相比于空氣包裝，使用氣調(diào)包裝（65% O2＋30% CO2＋5% N2）激發(fā)形成的等離子體對(duì)雞肉表面的致病菌有更好的殺菌效果，且包裝雞肉的保質(zhì)期可延長(zhǎng)至14 d；同時(shí)低溫等離子體處理后的雞肉顏色變化不明顯。這些研究表明低溫等離子體技術(shù)對(duì)包裝后肉類(lèi)食品具有良好的抑菌作用。低溫等離子體技術(shù)應(yīng)用于包裝食品的殺菌處理對(duì)于肉品行業(yè)，特別是熱敏感性食品以及生鮮肉類(lèi)的品質(zhì)控制具有較大意義。

2.1.4 對(duì)肉類(lèi)加工機(jī)械中微生物的抑制作用

在肉類(lèi)工業(yè)中，由加工設(shè)備造成的不同批次肉之間交叉污染引問(wèn)題起人們的關(guān)注[5]。在肉類(lèi)加工過(guò)程中，連續(xù)地對(duì)刀具進(jìn)行殺菌處理可顯著降低交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)。Leipold等[34]首次研究了空氣中大氣壓下使用DBD低溫等離子體對(duì)旋轉(zhuǎn)切肉刀的實(shí)時(shí)消毒。他們將無(wú)害單核細(xì)胞增生李斯特菌接種到刀片上，將旋轉(zhuǎn)圓刀表面（圖2）的一部分暴露于DBD反應(yīng)器中，其中刀本身作為DBD的接地電極，環(huán)境空氣作為工作氣體。刀的另一部分可進(jìn)行對(duì)肉類(lèi)的加工。刀在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)刀具的消毒處理。結(jié)果顯示，在5.7 min后工業(yè)旋轉(zhuǎn)切肉刀上無(wú)害單核細(xì)胞增生李斯特菌最多可減少5（lg（CFU/g））。有效降低了不同批次肉之間交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)。因此，低溫等離子體技術(shù)在肉制品加工機(jī)械中的應(yīng)用具有良好的發(fā)展前景。

圖2 DBD旋轉(zhuǎn)切肉刀實(shí)驗(yàn)裝置[34]Fig.2 Photographic sketch for the experimental setup of dielectrical barrier discharge rotary cutting knife[34]

2.2 低溫等離子體技術(shù)在肉制品中替代亞硝酸鹽的應(yīng)用

2.2.1 亞硝酸鹽替代作用的研究

亞硝酸鹽作為腌制肉制品中常用的添加劑，具有抑菌、抗氧化、改進(jìn)腌制品顏色和風(fēng)味等作用[35]。肉制品中的亞硝酸鹽一般有兩個(gè)來(lái)源，即化學(xué)合成亞硝酸鹽和天然產(chǎn)物中含有的亞硝酸鹽?；瘜W(xué)合成亞硝酸鹽如NaNO2具有使用方便和價(jià)格低廉的特點(diǎn)，但人們發(fā)現(xiàn)其與肉制品中的次級(jí)胺類(lèi)物質(zhì)反應(yīng)會(huì)形成強(qiáng)致癌物質(zhì)N-亞硝胺[36]。天然亞硝酸鹽可來(lái)源于含有硝酸鹽的蔬菜，如芹菜和菠菜等。蔬菜提取物中含有的硝酸鹽被硝酸鹽還原酶轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，添加到腌制肉制品中可以替代NaNO2的使用。然而，使用蔬菜提取物作為天然的亞硝酸鹽來(lái)源會(huì)帶來(lái)其他問(wèn)題，其含有的天然色素和特有的氣味會(huì)導(dǎo)致不良的感官特性。此外依靠蔬菜提取物加入肉制品中替代亞硝酸鹽，可能會(huì)使產(chǎn)品中亞硝酸鹽的含量低于要求的NaNO2水平，導(dǎo)致天然腌制肉制品的微生物安全性低于NaNO2腌制肉制品[37]。另外，部分人群對(duì)用于天然亞硝酸鹽生產(chǎn)的芹菜有過(guò)敏反應(yīng)[38]。因此，腌制肉制品需要新的亞硝酸鹽來(lái)源。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，低溫等離子體處理可用來(lái)產(chǎn)生天然亞硝酸鹽[39]，替代腌制肉類(lèi)加工中的NaNO2添加。

2.2.2 低溫等離子體處理產(chǎn)生亞硝酸鹽

環(huán)境中O2和N2分子被等離子體源放電層中的高能電子激發(fā)，產(chǎn)生RNS和ROS。在生成的RNS中存在氮氧化物，例如NO、NO2、N2O3和N2O4[40]。NO微溶于水，NO2、N2O3和N2O4能溶于水發(fā)生不可逆的反應(yīng)，并通過(guò)反應(yīng)（1）～（3）參與亞硝酸鹽的生成[41-42]。結(jié)合紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)，監(jiān)測(cè)在270～400 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的吸收光譜來(lái)定量亞硝酸鹽（NO2－）和硝酸鹽（NO3－）的濃度。

2.2.3 低溫等離子體處理對(duì)肉品品質(zhì)特性的影響

圖3 低溫等離子體裝置示意圖[43-44]Fig.3 Schematic diagram of cold plasma apparatus[43-44]

Jung等[43]利用低溫等離子體處理蒸餾水，如圖3A所示，使用平均功率為3.14 W、頻率為15 kHz的DBD低溫等離子體系統(tǒng)處理120 min后，在接地電極表面的開(kāi)放區(qū)域電離環(huán)境氣體，放電產(chǎn)生RNS和ROS等活性物質(zhì)。使用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)得等離子體處理水（plasma-treated water，PTW）中產(chǎn)生了782 mg/L亞硝酸鹽和358 mg/L硝酸鹽。使用相同NO2－質(zhì)量濃度的PTW、芹菜提取物和NaNO2制作乳液型香腸，并與不含亞硝酸鹽制作的香腸對(duì)照組進(jìn)行比較，測(cè)定各組香腸物理化學(xué)指標(biāo)。結(jié)果表明，在4 ℃下貯藏28 d內(nèi)，加入PTW制作的乳液型香腸，其總需氧菌數(shù)、顏色、過(guò)氧化值和感官品質(zhì)等性質(zhì)與添加NaNO2腌制的香腸差異不顯著；而且相比于添加芹菜提取物的香腸，加入PTW的香腸味道和總體可接受性更高。因此，PTW可以作為天然亞硝酸鹽來(lái)源，且在使用中不需要考慮蔬菜提取物替代亞硝酸鹽的使用局限性和產(chǎn)生的不易接受的感官特性。Jung等[44]將DBD等離子體系統(tǒng)安裝在肉類(lèi)攪拌機(jī)的頂部，如圖3B所示，產(chǎn)生的低溫等離子體被運(yùn)送到攪拌室與肉糜中的液體相互作用形成亞硝酸鹽。他們進(jìn)一步研究了低溫等離子體對(duì)肉糜的物理化學(xué)特性的影響，結(jié)果表明，低溫等離子體處理賦予肉特有的紅色，并且肉糜的過(guò)氧化值沒(méi)有顯著增加，但是對(duì)肉糜中的需氧菌抑制效果不夠明顯。這與Jung等[43]的結(jié)論相反。眾所周知，低溫等離子體中的活性物質(zhì)可能通過(guò)破壞細(xì)胞膜以及通過(guò)對(duì)微生物DNA修飾而導(dǎo)致微生物的死亡。然而，活性物質(zhì)的壽命很短，小于2.7?μs，并且其穿透深度很淺[45]。這種差異可能是由于活性物質(zhì)在從等離子室到攪拌室的傳遞過(guò)程中活性喪失，不足以殺死微生物。除此之外，低溫等離子體的殺菌效果主要受微生物對(duì)等離子體的暴露時(shí)間的影響，且僅發(fā)生在目標(biāo)樣品的表面。在本研究中，對(duì)肉糜的低溫等離子體處理與混合攪拌過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，可能導(dǎo)致好氧細(xì)菌在低溫等離子體下的暴露時(shí)間較短，不足以殺死微生物。Lee等[46]利用低溫等離子體處理灌裝火腿也得到類(lèi)似的結(jié)論，肉糜混合過(guò)程中直接用低溫等離子體處理可替代腌制肉制品加工過(guò)程中NaNO2的添加。如果能夠通過(guò)對(duì)產(chǎn)生低溫等離子體的設(shè)備進(jìn)一步改造以改善低溫等離子體的殺菌效果，該技術(shù)將在肉制品加工中具有更好的應(yīng)用前景。

2.3 低溫等離子體技術(shù)對(duì)肉品脂肪氧化的影響

低溫等離子體中存在的ROS和RNS在肉品微生物滅活和亞硝酸鹽生成過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，然而，ROS特別是羥自由基、超氧陰離子自由基和過(guò)氧化氫，通過(guò)從脂質(zhì)中奪取氫離子，促進(jìn)脂質(zhì)氧化的自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，進(jìn)而可能導(dǎo)致肉品風(fēng)味的損失[47]。Jayasena等[27]發(fā)現(xiàn)，隨著等離子體處理時(shí)間的延長(zhǎng)，豬肉和牛肉中的脂肪氧化程度增加。并且牛肉樣品的脂肪氧化值略高于豬肉樣品，這可能歸因于兩種肉的脂肪含量和脂肪酸組成的差異。并且，經(jīng)等離子體處理10 min后，牛肉樣品的感官評(píng)分略有降低。R?d等[31]報(bào)道，隨著等離子體激發(fā)功率和時(shí)間的延長(zhǎng)，即食肉制品中的脂肪氧化程度增加。Kim等[13]報(bào)道，與對(duì)照樣品相比，用低溫等離子體處理后培養(yǎng)7 d的培根中脂肪氧化程度增加。然而，Jung等[43-44]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與對(duì)照樣品相比，經(jīng)低溫等離子體處理過(guò)的肉糜的硫代巴比妥酸反應(yīng)物（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）含量沒(méi)有發(fā)生顯著的變化。這種差異可能是由于不同樣品中脂肪含量和脂肪酸組成不同[14]或等離子體中ROS物質(zhì)的壽命短[45]造成的。Mattison等[48]報(bào)道，當(dāng)肉的TBARS含量超過(guò)1.0 mg/kg時(shí)，可以檢測(cè)到肉的脂肪酸敗。在一些研究中，雖然TBARS含量隨著等離子體處理時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增加，但均遠(yuǎn)小于1.0 mg/kg的脂肪氧化酸敗臨界值。另外，Lee[49]、Kong Qiulian[50]等報(bào)道，γ射線或電子束輻照后肉的脂肪氧化程度迅速增加。用低溫等離子體處理的樣品中TBARS含量的變化要小于其他非熱處理樣品。因此，低溫等離子體技術(shù)可能是很好的用于高脂肪食品的非熱加工技術(shù)。

3 結(jié) 語(yǔ)

低溫等離子體技術(shù)是一種具有高應(yīng)用潛力的新興非熱能加工技術(shù)，與傳統(tǒng)熱能技術(shù)相比，其顯示出一些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，包括安全、溫和、無(wú)破壞性、操作簡(jiǎn)便和成本較低，為肉品工業(yè)存在的一些問(wèn)題提供了解決方案，包括其殺菌作用和亞硝酸鹽替代作用。然而，該技術(shù)目前還存在著一些問(wèn)題。首先，由于等離子體、微生物和肉品種類(lèi)的復(fù)雜性，導(dǎo)致對(duì)細(xì)胞靶標(biāo)和分子機(jī)制仍然缺乏深入的探討，需要進(jìn)行更深入地研究。其次，由于等離子體穿透深度不大，對(duì)于深入肉品組織內(nèi)部的細(xì)菌，其滅菌效果還不夠好。因此，可以將其他非熱能處理技術(shù)作為一種輔助手段，與低溫等離子體技術(shù)聯(lián)用以提高其殺菌效率，進(jìn)而更有效地提高肉類(lèi)產(chǎn)品的安全性和貨架期。另外，低溫等離子體產(chǎn)生的高活性ROS會(huì)對(duì)肉中脂肪氧化產(chǎn)生促進(jìn)作用，最終可能對(duì)肉品的風(fēng)味產(chǎn)生不良影響，因此可采用添加天然抗氧化劑等方法延遲或抑制脂肪氧化以預(yù)防低溫等離子體處理對(duì)肉品品質(zhì)的影響。

近幾年來(lái)，低溫等離子體技術(shù)在肉品研究中的應(yīng)用取得了較大發(fā)展，但仍處于基礎(chǔ)研究階段，尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化，低溫等離子體源的設(shè)計(jì)直接影響其在肉品工業(yè)中未來(lái)的發(fā)展。目前，各種低溫等離子體源設(shè)備均無(wú)法保證其產(chǎn)生的活性物質(zhì)與肉品充分、均勻接觸，因此今后的研究應(yīng)著力于研發(fā)適合于肉品工業(yè)應(yīng)用的低溫等離子體源，并應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)中，低溫等離子體技術(shù)的優(yōu)勢(shì)必將為肉品工業(yè)的發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用。另外，低溫等離子體處理對(duì)肉及肉制品的感官品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)效應(yīng)的研究甚少，因此未來(lái)的研究也應(yīng)聚焦于低溫等離子體與肉品中成分的互作以及對(duì)肉品品質(zhì)的影響方面，也可結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用方法鑒定等離子體處理肉的揮發(fā)性風(fēng)味組成，進(jìn)一步研究脂肪氧化對(duì)揮發(fā)性風(fēng)味成分的影響。使低溫等離子體技術(shù)在肉品科學(xué)研究中的應(yīng)用前景更加廣闊。