程騰，薛 冬，馮 坤，呂 靜，相啟森,

（1.鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南鄭州 450001；2.河南省冷鏈?zhǔn)称焚|(zhì)量安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南鄭州 450001）

即食肉制品是指經(jīng)部分或完全熟制，不需烹調(diào)或只需簡(jiǎn)單加熱就能食用的肉制品[1]。因具有營(yíng)養(yǎng)豐富、食用方便等優(yōu)點(diǎn)，即食肉制品受到消費(fèi)者的廣泛青睞。然而，即食肉制品在加工、貯藏和銷售等環(huán)節(jié)極易污染細(xì)菌、酵母菌和霉菌，造成食品腐敗變質(zhì)，甚至引發(fā)食源性疾病，嚴(yán)重危害消費(fèi)者的身體健康。2017～2018 年全國(guó)食物中毒事件流行特征分析表明，肉及肉制品引起的食物中毒事件數(shù)分別占11.78%和10.65%[2?3]。因此，在即食肉制品加工貯藏過程中，有效殺滅微生物以保障其安全至關(guān)重要。熱殺菌技術(shù)在食品加工領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但易對(duì)食品的營(yíng)養(yǎng)和感官造成不良影響。近年來，超高壓、脈沖電場(chǎng)等非熱加工技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用受到了廣泛關(guān)注。大氣壓冷等離子體（Atmospheric cold plasma，ACP）是一種新型非熱加工技術(shù)，能夠有效殺滅微生物并較好地保持食品的營(yíng)養(yǎng)和感官品質(zhì)，有效延長(zhǎng)產(chǎn)品貨架期，在食品加工領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。本文主要介紹了ACP 的產(chǎn)生方式和影響其工作效率的因素，并綜述了該技術(shù)在肉品加工和保鮮中的應(yīng)用，旨在為ACP 在即食肉制品加工和保鮮領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用提供參考。

1 大氣壓冷等離子體

等離子體通常是指一種“準(zhǔn)中性”電離氣體，它可以由任何中性氣體在高電壓下電離，產(chǎn)生電子、離子、自由基、原子及紫外光子等物質(zhì)。ACP 指在大氣壓（常壓）條件下產(chǎn)生的整體溫度較低的等離子體，具有活性成分豐富、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于食品加工和食品安全控制等領(lǐng)域。

1.1 ACP 產(chǎn)生方法

目前主要采用介質(zhì)阻擋放電（Dielectric barrier discharge，DBD）、輝光放電、微波放電、電暈放電、滑動(dòng)弧放電等產(chǎn)生ACP[4?5]。在食品工業(yè)加工過程中較為廣泛的是DBD 等離子體和大氣壓冷等離子體射流（Atmospheric pressure plasma jet，APPJ）（見圖1）。DBD 裝置一般由兩個(gè)金屬電極組成，其中至少一個(gè)電極覆蓋介質(zhì)材料（如玻璃、石英和陶瓷）。APPJ 裝置將高壓電極置于絕緣管內(nèi)部，通過流動(dòng)的載氣氣流吹動(dòng)形成放電活性區(qū)域并由噴嘴噴出等離子體[6]。

圖1 介質(zhì)阻擋放電等離子體（A）和大氣壓冷等離子體射流（B）Fig.1 Dielectric barrier discharge plasma (A) and atmospheric pressure plasma jet (B)

1.2 影響ACP 殺菌效果的因素

ACP 對(duì)微生物的殺滅效果受放電參數(shù)（電壓、功率、頻率等）、處理?xiàng)l件（處理時(shí)間、氣體流速、處理間距等）、微生物種類等多種因素的影響。

1.2.1 放電參數(shù) 研究發(fā)現(xiàn)，ACP 對(duì)微生物的殺滅效果與電壓、頻率、放電功率等因素有關(guān)。例如，馬良軍等使用DBD 等離子體處理單增李斯特菌懸液（8 lg CFU/mL），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，于40 kV 下處理120 s 后，單增李斯特菌僅降低了約0.50 lg CFU/mL；當(dāng)電壓升高至80 kV，單增李斯特菌完全失活。這可能是因?yàn)椋S著電壓的升高，ACP 在放電過程中會(huì)產(chǎn)生更多的活性物質(zhì)，從而增強(qiáng)了對(duì)微生物的殺滅效果[7]。此外，隨著電源頻率的升高，ACP 對(duì)微生物的殺滅效果也隨之增強(qiáng)。經(jīng)放電電壓為6 kV、頻率為20 kHz和40 kHz 的APPJ 處理4 min，銅綠假單胞菌生物膜分別降低了4.00 和6.40 lg CFU/mL。這可能是因?yàn)?，電源頻率決定了ACP 放電之間的持續(xù)時(shí)間；增加頻率會(huì)減少滯后時(shí)間，增加了單位時(shí)間內(nèi)的放電周期數(shù)，最終增強(qiáng)了ACP 對(duì)微生物的殺滅效果。而等離子體放電功率主要由交流電源的電壓和頻率決定，并隨著頻率和電壓的升高而增加[8]。因此，ACP 對(duì)微生物的殺滅效果隨放電功率的升高而增強(qiáng)。

1.2.2 處理?xiàng)l件 此外，ACP 對(duì)微生物的殺滅效果與處理時(shí)間、處理間距、放電氣體（組成、流速和相對(duì)濕度）等有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)，放電過程會(huì)產(chǎn)生更高濃度的活性物質(zhì)，進(jìn)而增強(qiáng)了對(duì)微生物的殺滅效果[9]。隨著處理間距的增加，一方面，短壽命的活性物質(zhì)可能無法到達(dá)樣品；另一方面周圍氣體阻擋了等離子體到達(dá)樣品，從而降低了ACP 對(duì)微生物的殺滅效果。此外，ACP 對(duì)微生物的殺滅效果也受放電氣體組成的影響。Xu 等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在放電氣體（氦氣）中添加濃度為0.5%的氧氣時(shí)，ACP 對(duì)微生物的殺滅效果最佳，然而進(jìn)一步添加氧氣會(huì)降低ACP 對(duì)微生物的殺滅效果，這可能是因?yàn)檠鯕馐请娯?fù)性氣體，氧氣的電子附著損失超過電子碰撞離解，從而導(dǎo)致氧自由基減少。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，首先要確定最佳的氣體混合比例，以獲得ACP 對(duì)微生物的最佳殺滅效果。而且，放電氣體流速較小時(shí)，短壽命的活性物質(zhì)可能無法到達(dá)樣品，流速較大時(shí)，活性物質(zhì)分布不均勻，從而降低了ACP 對(duì)微生物的殺滅效果[11]。而放電氣體相對(duì)濕度的增加會(huì)產(chǎn)生更多的羥基自由基，從而增強(qiáng)ACP 的殺菌效果[12]。

1.2.3 微生物種類 ACP 對(duì)不同種類微生物的殺滅效果存在較大差異。研究發(fā)現(xiàn)，ACP 對(duì)細(xì)菌、真菌和細(xì)菌芽孢的殺滅效果逐漸降低。例如，Lee 等[13]使發(fā)現(xiàn)的DBD 等離子體（放電電壓為6 kV）殺滅大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、釀酒酵母和枯草芽孢桿菌芽孢的D 值（殺滅90%微生物所需時(shí)間）分別為18、19、115 s 和14 min。與細(xì)菌相比，細(xì)菌芽孢具有多層外殼而不容易被ACP 滅活。真菌的細(xì)胞壁主要由幾丁質(zhì)和β-D 葡聚糖組成，機(jī)械強(qiáng)度更高，使其不易被ACP 殺滅。此外，革蘭氏陰性菌外膜由脂多糖和相對(duì)較薄的肽聚糖層（約2 nm）組成，而革蘭氏陽性菌具有穩(wěn)定且較厚的肽聚糖層（約40 nm）[14]。因此，與革蘭氏陽性菌相比，革蘭氏陰性菌對(duì)ACP 處理更敏感。

1.2.4 環(huán)境因素 ACP 對(duì)微生物的殺滅效果還取決于樣品的表面結(jié)構(gòu)、基質(zhì)材料、pH 等。經(jīng)射頻大氣壓冷等離子體處理2 min，接種于聚苯乙烯、瓊脂平板表面的金黃色葡萄球菌降低了3～4 log N/N0（N 為初始菌落數(shù)，N0處理后菌落數(shù)），而牛肉干處理10 min表面的金黃色葡萄球菌降低了3～4 log N/N0。這可能是因?yàn)榕Ｈ飧傻谋砻娲植?，為微生物提供了保護(hù)作用[15]。此外，相對(duì)于液體基質(zhì)，ACP 對(duì)固體基質(zhì)表面的微生物具有更好的殺滅效果，這是因?yàn)榛钚晕镔|(zhì)能夠與固體表面的微生物直接接觸，而對(duì)于液體基質(zhì)中的微生物，活性物質(zhì)首先作用于等離子體-液體界面，然后通過液體擴(kuò)散作用于微生物[16]。Kayes 等[17]將大腸桿菌接種于pH5 和7 的瓊脂培養(yǎng)基上，經(jīng)輝光放電等離子體處理90 s 后，大腸桿菌分別降低了1.3 和4.4 lg CFU/cm2。與pH 為7 的環(huán)境相比，酸性環(huán)境不適宜微生物的生長(zhǎng)，這使得大多數(shù)微生物對(duì)ACP 的處理更加敏感。

2 ACP 在即食肉制品殺菌保鮮中的應(yīng)用

2.1 ACP 對(duì)即食肉制品中微生物的殺滅效果

研究表明，ACP 處理能夠有效滅活醬鹵牛肉、燒雞、雞肉香腸、火腿等即食肉制品表面的微生物，延長(zhǎng)其貨架期（見表1）。然而，ACP 的殺菌效果受放電電壓、處理時(shí)間等因素的影響。因此，在實(shí)際應(yīng)用中需根據(jù)產(chǎn)品特性優(yōu)化ACP 處理工藝參數(shù)。

表1 ACP 在即食肉制品殺菌中的應(yīng)用Table 1 Application of ACP in the sterilization of ready-to-eat meat products

此外，等離子體活化水[31]（Plasma-activated water，PAW）、等離子體活化溶液（Plasma-activated solution，PAS）[32]、等離子體活化鹽水[33]、等離子體活化植物蛋白溶液[34]等也被廣泛應(yīng)用于即食肉制品的生產(chǎn)和安全控制。例如，Inguglia 等[33]將生牛肉片浸泡在200 mL 經(jīng)APPJ 處理的活化鹽水中并于4 ℃下腌制20 h，工作氣體為空氣，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用等離子體活化鹽水腌制的牛肉干表面單增李斯特菌降低了0.85 lg CFU/g。

2.2 ACP 殺滅微生物的作用機(jī)制

ACP 主要通過等離子體產(chǎn)生過程中生成的活性物質(zhì)、帶電粒子、紫外線等殺滅微生物。ACP 放電過程中產(chǎn)生大量的活性氧和活性氮物質(zhì)（如臭氧、羥基自由基和一氧化氮等），這些物質(zhì)誘導(dǎo)微生物細(xì)胞膜脂質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，改變細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，同時(shí)活性物質(zhì)還可擴(kuò)散到細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)一步損傷蛋白質(zhì)和核酸等大分子物質(zhì)，從而導(dǎo)致微生物死亡[35]。此外，等離子體產(chǎn)生的帶電粒子聚集細(xì)胞表面，所產(chǎn)生的靜電排斥力超過細(xì)胞膜的抗張強(qiáng)度，使得細(xì)胞膜受損，造成微生物失活[36]。Sato 等[37]發(fā)現(xiàn)當(dāng)氣體流速和處理間距較小時(shí)，紫外線在APPJ 殺滅大腸桿菌失活過程中起主要作用。在今后的研究中，應(yīng)綜合運(yùn)用代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)等方法系統(tǒng)闡明ACP 殺滅微生物的作用機(jī)制。

2.3 ACP 在即食肉制品中替代亞硝酸鹽的應(yīng)用

亞硝酸鹽廣泛用于肉制品的腌制加工，能夠改善產(chǎn)品的色澤和風(fēng)味。研究發(fā)現(xiàn)，ACP 處理可產(chǎn)生亞硝酸鹽，廣泛應(yīng)用于肉類的腌制加工。Jung 等[38]使用DBD 等離子體處理由生鮮豬肉、水和氯化鈉組成的肉糜，并真空包裝后水浴20 min。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著DBD 等離子體處理時(shí)間的延長(zhǎng)，熟肉糜中亞硝酸鹽含量逐漸升高，30 min 時(shí)達(dá)到65.96 ppm。此外，Yong 等[39]使用電源頻率為15 kHz 的DBD 等離子體制備PAW，并將其用于腌制豬里脊肉制得火腿，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與亞硝酸鈉處理的火腿相比，PAW 處理組樣品發(fā)色效果更好（a*值增加），亞硝酸鹽殘留量降低，好氧微生物降低了0.33 lg CFU/g。類似地，Monika等[34]使用APPJ 活化植物蛋白濃縮物的水溶液作為豬肉香腸中的替代亞硝酸鹽，結(jié)果顯示，在儲(chǔ)存8 d后處理組香腸的亞硝酸鹽含量與對(duì)照組相近（亞硝酸鹽含量20.69～21.89 mg/kg）。以上結(jié)果表明，ACP 處理可替代肉類腌制加工中的亞硝酸鹽添加，而且不影響香腸本身的風(fēng)味[40?41]。

此外，一些研究評(píng)價(jià)了ACP 對(duì)即食肉制品安全性的影響。Kim 等[42]采用DBD 等離子體處理含有1%焦磷酸鈉（w/v）的蒸餾水（500 mL）4 h 制備PAS，并將其用于制備豬肉乳化香腸。鼠傷寒沙門氏菌回復(fù)突變?cè)囼?yàn)表明豬肉乳化香腸提取液沒有致突變性。8 周齡雌性Balb/c 小鼠喂食豬肉乳化香腸32 d后，其血清TNF-α值低于10 pg/mL，表明未發(fā)生炎癥反應(yīng)。綜上所述，作為傳統(tǒng)亞硝酸鹽的替代品，ACP 在即食肉制品加工領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。

3 ACP 對(duì)即食肉制品品質(zhì)的影響

ACP 在有效殺滅即食肉制品表面的微生物的同時(shí)，也會(huì)對(duì)其品質(zhì)造成影響。

3.1 ACP 對(duì)即食肉制品脂質(zhì)的影響

研究發(fā)現(xiàn)，ACP 處理對(duì)即食肉制品脂質(zhì)氧化的影響與處理?xiàng)l件、樣品的脂肪含量、氣體成分等有關(guān)。Rod 等[43]使用DBD 等離子體處理牛肉干，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨DBD 等離子體放電功率的升高和處理時(shí)間的延長(zhǎng)，樣品中硫巴比妥酸反應(yīng)物（Thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）含量逐漸升高。在功率為15.5 W，處理時(shí)間為5 s 時(shí)，牛肉干的TBARS 值為0.27 mg MDA/kg，處理時(shí)間增加至20 s 時(shí)，TBARS值為0.33 mg MDA/kg；在62 W 條件下處理5 s，牛肉干的 TBARS 值為0.30 mg MDA/kg。然而，Yong等[44]使用DBD等離子體處理生鮮豬肉切片并制備豬肉干，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng) DBD 等離子體處理 60 min后，樣品的 TBARS含量為2.27 mg MDA/kg，低于對(duì)照組樣品（3.84 mg MDA/kg）。這可能是與亞硝酸鹽的抗氧化作用有關(guān)，由亞硝酸鹽衍生的亞硝酸依次形成亞硝酸酐和一氧化氮；一氧化氮可通過與氧氣反應(yīng)生成二氧化氮，還可以與肌紅蛋白的鐵離子結(jié)合來抑制脂質(zhì)氧化；此外，一氧化氮可通過清除脂質(zhì)過氧化自由基來抑制脂質(zhì)過氧化反應(yīng)[45]。

此外，G?k 等[19]發(fā)現(xiàn)經(jīng)放電氣體為氧氣的DBD等離子體處理后，牛肉干的TBARS 值為0.91 mg MDA/kg；而使用25%氧氣+75%氬氣為放電氣體時(shí)，牛肉干的TBARS 值降低至0.78 mg MDA/kg，這可能是因?yàn)槎栊詺怏w比例的增加，減少活性氧等物質(zhì)的形成，從而導(dǎo)致TBARS 值降低[46]。在今后的研究中，可綜合運(yùn)用氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用等方法研究ACP 處理對(duì)即食肉制品揮發(fā)性風(fēng)味成分的影響規(guī)律。此外，也可通過添加精油、迷迭香提取物等來抑制ACP 造成的肉制品脂質(zhì)氧化。

3.2 ACP 對(duì)即食肉制品蛋白質(zhì)的影響

研究發(fā)現(xiàn)，ACP 處理可造成即食肉制品中的蛋白質(zhì)發(fā)生分解和氧化，進(jìn)而影響產(chǎn)品品質(zhì)。李欣欣等[18]使用DBD 等離子體處理醬鹵牛肉3 min 并于4 ℃貯藏，與對(duì)照組相比，不同處理功率（300～500 W）的醬鹵牛肉總揮發(fā)性鹽基氮（Total volatile basic nitrogen，TVB-N）含量變化不同。其中，在貯藏第20 d，400 W 處理組醬鹵牛肉TVB-N 值最低，低于對(duì)照組和其他處理組。Lee 等[47]使用DBD 等離子體（600 W）處理肉糜60 min 并制備罐裝火腿；結(jié)果發(fā)現(xiàn)，亞硝酸鈉和芹菜粉所制備樣品的羰基含量分別為0.97 和1.10 nmol/mg，而DBD 等離子體處理的火腿羰基含量為1.18 nmol/mg，表明DBD 等離子體處理促進(jìn)了罐裝火腿中蛋白質(zhì)的氧化。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)嚴(yán)格控制處理?xiàng)l件，將即食肉制品中蛋白質(zhì)的分解和氧化程度控制在可接受范圍內(nèi)。

3.3 ACP 對(duì)即食肉制品色澤的影響

色澤直接影響著消費(fèi)者對(duì)食品的接受程度。研究發(fā)現(xiàn)，與白肉相比，ACP 對(duì)牛肉、豬肉等紅肉的色澤影響較大。Yong 等[44]使用DBD 等離子體處理生鮮豬肉切片60 min，與對(duì)照組相比，所制得豬肉干的L*值和a*值分別增加了1.74 和6.29，b*值減少了2.18，豬肉干呈現(xiàn)更亮的紅色。李欣欣等[18]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)DBD 等離子體處理3 min，醬鹵牛肉的L*值略有增大，a*和b*值沒有顯著變化；隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，處理組和對(duì)照組的L*、b*值呈現(xiàn)先增大后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，而a*值在貯藏第20 d 降至最低值。ACP 中的一氧化氮可與肌紅蛋白或高鐵肌紅蛋白反應(yīng)并生成亞硝化肌紅蛋白（NO-Mb，亮紅色）或亞硝化高鐵肌紅蛋白（NO-MMb，暗紅色），進(jìn)而造成a*值升高。白肉的肌紅蛋白含量較低，因此ACP 處理對(duì)其色澤的影響可以忽略不計(jì)。例如，Lee 等[26]使用24 kV 的DBD 等離子體處理水煮雞胸肉3 min，在4 和24 ℃儲(chǔ)存期間，與對(duì)照組相比，處理組樣品的色澤未發(fā)生顯著變化。此外，李季林等[48]使用射頻放電冷等離子體在600 W 功率下處理6 min 制備PAW，應(yīng)用于火腿發(fā)色，發(fā)現(xiàn)與亞硝酸鹽腌制的火腿相比，PAW 組樣品的a*值升高而b*值降低，L*值無顯著差異，這可能是由于PAW 腌制比亞硝酸鹽腌制形成更多的NO-Mb。Yadav 等[29]也發(fā)現(xiàn)了類似的研究結(jié)果。綜上所述，ACP 處理顯著影響肉品的色澤參數(shù)，這可能與其造成脂肪氧化、肌紅蛋白氧化和持水性變化等有關(guān)，相關(guān)機(jī)制仍有待深入研究。

3.4 ACP 對(duì)即食肉制品感官品質(zhì)的影響

研究發(fā)現(xiàn)，ACP 處理影響即食肉制品的感官品質(zhì)。李欣欣等[18]發(fā)現(xiàn)經(jīng)DBD 等離子體處理后，醬鹵牛肉的感官評(píng)分總體上均略低于對(duì)照組樣品，這可能是因?yàn)槔涞入x子體處理導(dǎo)致醬鹵牛肉的水分減少，進(jìn)而影響口感。另外，經(jīng)DBD 等離子體處理180 s 后，醬鹵鴨腿的感官評(píng)分高于處理時(shí)間為300 和480 s處理組樣品的感官評(píng)分，表明DBD 等離子體處理時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)對(duì)醬鹵鴨腿的感官品質(zhì)造成不良影響[21]。Yong 等[20]發(fā)現(xiàn)經(jīng)DBD 等離子體處理時(shí)間超過10 min 后，牛肉干產(chǎn)生異味，這可能是因?yàn)楹蚧衔锉蛔杂苫纸猱a(chǎn)生二甲基二硫、甲硫醇和硫化氫等含硫揮發(fā)物，也可能與脂質(zhì)氧化產(chǎn)生的腐臭氣味有關(guān)。然而，Hui 等[49]使用DBD 等離子體處理腌制鮮牛肉塊30 min，靜置4 h 后進(jìn)行木炭或蒸汽烘烤，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相較于木炭烤肉，ACP 處理改善了蒸汽烤肉的風(fēng)味品質(zhì)。與木炭加熱相比，蒸汽加熱能夠抑制大部分羰基化合物的產(chǎn)生，而這些脂質(zhì)氧化衍生的羰基化合物會(huì)導(dǎo)致樣品出現(xiàn)異味。在今后的研究中，可綜合利用電子鼻、電子舌等設(shè)備系統(tǒng)分析ACP 對(duì)即食肉制品感官品質(zhì)的影響。

4 結(jié)論與展望

作為一種非熱加工技術(shù)，ACP 可以有效殺滅即食肉制品表面的微生物并廣泛應(yīng)用于肉類的腌制加工中。研究發(fā)現(xiàn)，ACP 處理對(duì)肉品品質(zhì)的影響因種類、處理工藝參數(shù)等的不同而存在差異。在今后的研究中，應(yīng)系統(tǒng)分析ACP 處理對(duì)蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的氧化程度、感官特性、亞硝酸鹽殘留量、營(yíng)養(yǎng)特性（必需氨基酸、維生素等）及生物利用率等指標(biāo)的影響，同時(shí)評(píng)估ACP 處理對(duì)肉品造成的潛在安全風(fēng)險(xiǎn)，確保其安全可用至關(guān)重要。此外，還應(yīng)系統(tǒng)優(yōu)化ACP處理工藝參數(shù)，建立統(tǒng)一規(guī)范的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為其工業(yè)化應(yīng)用提供理論依據(jù)。最后，可將ACP 技術(shù)與其他技術(shù)（溫?zé)?、冷藏、抗菌劑等）協(xié)同使用，從而最大限度地減少ACP 處理對(duì)肉品品質(zhì)的不良影響，推動(dòng)該技術(shù)在即食肉制品加工中的應(yīng)用。