程腾，薛 冬，冯 坤，吕 静，相启森,

（1.郑州轻工业大学食品与生物工程学院，河南郑州 450001；2.河南省冷链食品质量安全控制重点实验室，河南郑州 450001）

即食肉制品是指经部分或完全熟制，不需烹调或只需简单加热就能食用的肉制品[1]。因具有营养丰富、食用方便等优点，即食肉制品受到消费者的广泛青睐。然而，即食肉制品在加工、贮藏和销售等环节极易污染细菌、酵母菌和霉菌，造成食品腐败变质，甚至引发食源性疾病，严重危害消费者的身体健康。2017～2018 年全国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数分别占11.78%和10.65%[2−3]。因此，在即食肉制品加工贮藏过程中，有效杀灭微生物以保障其安全至关重要。热杀菌技术在食品加工领域应用广泛，但易对食品的营养和感官造成不良影响。近年来，超高压、脉冲电场等非热加工技术在食品工业中的应用受到了广泛关注。大气压冷等离子体（Atmospheric cold plasma，ACP）是一种新型非热加工技术，能够有效杀灭微生物并较好地保持食品的营养和感官品质，有效延长产品货架期，在食品加工领域具有良好的应用前景。本文主要介绍了ACP 的产生方式和影响其工作效率的因素，并综述了该技术在肉品加工和保鲜中的应用，旨在为ACP 在即食肉制品加工和保鲜领域的实际应用提供参考。

1 大气压冷等离子体

等离子体通常是指一种“准中性”电离气体，它可以由任何中性气体在高电压下电离，产生电子、离子、自由基、原子及紫外光子等物质。ACP 指在大气压（常压）条件下产生的整体温度较低的等离子体，具有活性成分丰富、环境友好等优点，广泛应用于食品加工和食品安全控制等领域。

1.1 ACP 产生方法

目前主要采用介质阻挡放电（Dielectric barrier discharge，DBD）、辉光放电、微波放电、电晕放电、滑动弧放电等产生ACP[4−5]。在食品工业加工过程中较为广泛的是DBD 等离子体和大气压冷等离子体射流（Atmospheric pressure plasma jet，APPJ）（见图1）。DBD 装置一般由两个金属电极组成，其中至少一个电极覆盖介质材料（如玻璃、石英和陶瓷）。APPJ 装置将高压电极置于绝缘管内部，通过流动的载气气流吹动形成放电活性区域并由喷嘴喷出等离子体[6]。

图1 介质阻挡放电等离子体（A）和大气压冷等离子体射流（B）Fig.1 Dielectric barrier discharge plasma (A) and atmospheric pressure plasma jet (B)

1.2 影响ACP 杀菌效果的因素

ACP 对微生物的杀灭效果受放电参数（电压、功率、频率等）、处理条件（处理时间、气体流速、处理间距等）、微生物种类等多种因素的影响。

1.2.1 放电参数 研究发现，ACP 对微生物的杀灭效果与电压、频率、放电功率等因素有关。例如，马良军等使用DBD 等离子体处理单增李斯特菌悬液（8 lg CFU/mL），结果发现，于40 kV 下处理120 s 后，单增李斯特菌仅降低了约0.50 lg CFU/mL；当电压升高至80 kV，单增李斯特菌完全失活。这可能是因为，随着电压的升高，ACP 在放电过程中会产生更多的活性物质，从而增强了对微生物的杀灭效果[7]。此外，随着电源频率的升高，ACP 对微生物的杀灭效果也随之增强。经放电电压为6 kV、频率为20 kHz和40 kHz 的APPJ 处理4 min，铜绿假单胞菌生物膜分别降低了4.00 和6.40 lg CFU/mL。这可能是因为，电源频率决定了ACP 放电之间的持续时间；增加频率会减少滞后时间，增加了单位时间内的放电周期数，最终增强了ACP 对微生物的杀灭效果。而等离子体放电功率主要由交流电源的电压和频率决定，并随着频率和电压的升高而增加[8]。因此，ACP 对微生物的杀灭效果随放电功率的升高而增强。

1.2.2 处理条件 此外，ACP 对微生物的杀灭效果与处理时间、处理间距、放电气体（组成、流速和相对湿度）等有关。研究发现，随处理时间的延长，放电过程会产生更高浓度的活性物质，进而增强了对微生物的杀灭效果[9]。随着处理间距的增加，一方面，短寿命的活性物质可能无法到达样品；另一方面周围气体阻挡了等离子体到达样品，从而降低了ACP 对微生物的杀灭效果。此外，ACP 对微生物的杀灭效果也受放电气体组成的影响。Xu 等[10]研究发现，在放电气体（氦气）中添加浓度为0.5%的氧气时，ACP 对微生物的杀灭效果最佳，然而进一步添加氧气会降低ACP 对微生物的杀灭效果，这可能是因为氧气是电负性气体，氧气的电子附着损失超过电子碰撞离解，从而导致氧自由基减少。因此，在实际应用中，首先要确定最佳的气体混合比例，以获得ACP 对微生物的最佳杀灭效果。而且，放电气体流速较小时，短寿命的活性物质可能无法到达样品，流速较大时，活性物质分布不均匀，从而降低了ACP 对微生物的杀灭效果[11]。而放电气体相对湿度的增加会产生更多的羟基自由基，从而增强ACP 的杀菌效果[12]。

1.2.3 微生物种类 ACP 对不同种类微生物的杀灭效果存在较大差异。研究发现，ACP 对细菌、真菌和细菌芽孢的杀灭效果逐渐降低。例如，Lee 等[13]使发现的DBD 等离子体（放电电压为6 kV）杀灭大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、酿酒酵母和枯草芽孢杆菌芽孢的D 值（杀灭90%微生物所需时间）分别为18、19、115 s 和14 min。与细菌相比，细菌芽孢具有多层外壳而不容易被ACP 灭活。真菌的细胞壁主要由几丁质和β-D 葡聚糖组成，机械强度更高，使其不易被ACP 杀灭。此外，革兰氏阴性菌外膜由脂多糖和相对较薄的肽聚糖层（约2 nm）组成，而革兰氏阳性菌具有稳定且较厚的肽聚糖层（约40 nm）[14]。因此，与革兰氏阳性菌相比，革兰氏阴性菌对ACP 处理更敏感。

1.2.4 环境因素 ACP 对微生物的杀灭效果还取决于样品的表面结构、基质材料、pH 等。经射频大气压冷等离子体处理2 min，接种于聚苯乙烯、琼脂平板表面的金黄色葡萄球菌降低了3～4 log N/N0（N 为初始菌落数，N0处理后菌落数），而牛肉干处理10 min表面的金黄色葡萄球菌降低了3～4 log N/N0。这可能是因为牛肉干的表面粗糙，为微生物提供了保护作用[15]。此外，相对于液体基质，ACP 对固体基质表面的微生物具有更好的杀灭效果，这是因为活性物质能够与固体表面的微生物直接接触，而对于液体基质中的微生物，活性物质首先作用于等离子体-液体界面，然后通过液体扩散作用于微生物[16]。Kayes 等[17]将大肠杆菌接种于pH5 和7 的琼脂培养基上，经辉光放电等离子体处理90 s 后，大肠杆菌分别降低了1.3 和4.4 lg CFU/cm2。与pH 为7 的环境相比，酸性环境不适宜微生物的生长，这使得大多数微生物对ACP 的处理更加敏感。

2 ACP 在即食肉制品杀菌保鲜中的应用

2.1 ACP 对即食肉制品中微生物的杀灭效果

研究表明，ACP 处理能够有效灭活酱卤牛肉、烧鸡、鸡肉香肠、火腿等即食肉制品表面的微生物，延长其货架期（见表1）。然而，ACP 的杀菌效果受放电电压、处理时间等因素的影响。因此，在实际应用中需根据产品特性优化ACP 处理工艺参数。

表1 ACP 在即食肉制品杀菌中的应用Table 1 Application of ACP in the sterilization of ready-to-eat meat products

此外，等离子体活化水[31]（Plasma-activated water，PAW）、等离子体活化溶液（Plasma-activated solution，PAS）[32]、等离子体活化盐水[33]、等离子体活化植物蛋白溶液[34]等也被广泛应用于即食肉制品的生产和安全控制。例如，Inguglia 等[33]将生牛肉片浸泡在200 mL 经APPJ 处理的活化盐水中并于4 ℃下腌制20 h，工作气体为空气，结果发现，采用等离子体活化盐水腌制的牛肉干表面单增李斯特菌降低了0.85 lg CFU/g。

2.2 ACP 杀灭微生物的作用机制

ACP 主要通过等离子体产生过程中生成的活性物质、带电粒子、紫外线等杀灭微生物。ACP 放电过程中产生大量的活性氧和活性氮物质（如臭氧、羟基自由基和一氧化氮等），这些物质诱导微生物细胞膜脂质发生氧化反应，改变细胞膜结构，同时活性物质还可扩散到细胞内，进一步损伤蛋白质和核酸等大分子物质，从而导致微生物死亡[35]。此外，等离子体产生的带电粒子聚集细胞表面，所产生的静电排斥力超过细胞膜的抗张强度，使得细胞膜受损，造成微生物失活[36]。Sato 等[37]发现当气体流速和处理间距较小时，紫外线在APPJ 杀灭大肠杆菌失活过程中起主要作用。在今后的研究中，应综合运用代谢组学、蛋白质组学、转录组学等方法系统阐明ACP 杀灭微生物的作用机制。

2.3 ACP 在即食肉制品中替代亚硝酸盐的应用

亚硝酸盐广泛用于肉制品的腌制加工，能够改善产品的色泽和风味。研究发现，ACP 处理可产生亚硝酸盐，广泛应用于肉类的腌制加工。Jung 等[38]使用DBD 等离子体处理由生鲜猪肉、水和氯化钠组成的肉糜，并真空包装后水浴20 min。结果发现，随着DBD 等离子体处理时间的延长，熟肉糜中亚硝酸盐含量逐渐升高，30 min 时达到65.96 ppm。此外，Yong 等[39]使用电源频率为15 kHz 的DBD 等离子体制备PAW，并将其用于腌制猪里脊肉制得火腿，结果发现，与亚硝酸钠处理的火腿相比，PAW 处理组样品发色效果更好（a*值增加），亚硝酸盐残留量降低，好氧微生物降低了0.33 lg CFU/g。类似地，Monika等[34]使用APPJ 活化植物蛋白浓缩物的水溶液作为猪肉香肠中的替代亚硝酸盐，结果显示，在储存8 d后处理组香肠的亚硝酸盐含量与对照组相近（亚硝酸盐含量20.69～21.89 mg/kg）。以上结果表明，ACP 处理可替代肉类腌制加工中的亚硝酸盐添加，而且不影响香肠本身的风味[40−41]。

此外，一些研究评价了ACP 对即食肉制品安全性的影响。Kim 等[42]采用DBD 等离子体处理含有1%焦磷酸钠（w/v）的蒸馏水（500 mL）4 h 制备PAS，并将其用于制备猪肉乳化香肠。鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验表明猪肉乳化香肠提取液没有致突变性。8 周龄雌性Balb/c 小鼠喂食猪肉乳化香肠32 d后，其血清TNF-α值低于10 pg/mL，表明未发生炎症反应。综上所述，作为传统亚硝酸盐的替代品，ACP 在即食肉制品加工领域应用前景广阔。

3 ACP 对即食肉制品品质的影响

ACP 在有效杀灭即食肉制品表面的微生物的同时，也会对其品质造成影响。

3.1 ACP 对即食肉制品脂质的影响

研究发现，ACP 处理对即食肉制品脂质氧化的影响与处理条件、样品的脂肪含量、气体成分等有关。Rod 等[43]使用DBD 等离子体处理牛肉干，结果发现，随DBD 等离子体放电功率的升高和处理时间的延长，样品中硫巴比妥酸反应物（Thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）含量逐渐升高。在功率为15.5 W，处理时间为5 s 时，牛肉干的TBARS 值为0.27 mg MDA/kg，处理时间增加至20 s 时，TBARS值为0.33 mg MDA/kg；在62 W 条件下处理5 s，牛肉干的 TBARS 值为0.30 mg MDA/kg。然而，Yong等[44]使用DBD等离子体处理生鲜猪肉切片并制备猪肉干，结果发现，经 DBD 等离子体处理 60 min后，样品的 TBARS含量为2.27 mg MDA/kg，低于对照组样品（3.84 mg MDA/kg）。这可能是与亚硝酸盐的抗氧化作用有关，由亚硝酸盐衍生的亚硝酸依次形成亚硝酸酐和一氧化氮；一氧化氮可通过与氧气反应生成二氧化氮，还可以与肌红蛋白的铁离子结合来抑制脂质氧化；此外，一氧化氮可通过清除脂质过氧化自由基来抑制脂质过氧化反应[45]。

此外，Gök 等[19]发现经放电气体为氧气的DBD等离子体处理后，牛肉干的TBARS 值为0.91 mg MDA/kg；而使用25%氧气+75%氩气为放电气体时，牛肉干的TBARS 值降低至0.78 mg MDA/kg，这可能是因为惰性气体比例的增加，减少活性氧等物质的形成，从而导致TBARS 值降低[46]。在今后的研究中，可综合运用气相色谱－质谱联用等方法研究ACP 处理对即食肉制品挥发性风味成分的影响规律。此外，也可通过添加精油、迷迭香提取物等来抑制ACP 造成的肉制品脂质氧化。

3.2 ACP 对即食肉制品蛋白质的影响

研究发现，ACP 处理可造成即食肉制品中的蛋白质发生分解和氧化，进而影响产品品质。李欣欣等[18]使用DBD 等离子体处理酱卤牛肉3 min 并于4 ℃贮藏，与对照组相比，不同处理功率（300～500 W）的酱卤牛肉总挥发性盐基氮（Total volatile basic nitrogen，TVB-N）含量变化不同。其中，在贮藏第20 d，400 W 处理组酱卤牛肉TVB-N 值最低，低于对照组和其他处理组。Lee 等[47]使用DBD 等离子体（600 W）处理肉糜60 min 并制备罐装火腿；结果发现，亚硝酸钠和芹菜粉所制备样品的羰基含量分别为0.97 和1.10 nmol/mg，而DBD 等离子体处理的火腿羰基含量为1.18 nmol/mg，表明DBD 等离子体处理促进了罐装火腿中蛋白质的氧化。因此，在实际应用中，应严格控制处理条件，将即食肉制品中蛋白质的分解和氧化程度控制在可接受范围内。

3.3 ACP 对即食肉制品色泽的影响

色泽直接影响着消费者对食品的接受程度。研究发现，与白肉相比，ACP 对牛肉、猪肉等红肉的色泽影响较大。Yong 等[44]使用DBD 等离子体处理生鲜猪肉切片60 min，与对照组相比，所制得猪肉干的L*值和a*值分别增加了1.74 和6.29，b*值减少了2.18，猪肉干呈现更亮的红色。李欣欣等[18]发现，经DBD 等离子体处理3 min，酱卤牛肉的L*值略有增大，a*和b*值没有显著变化；随着贮藏时间的延长，处理组和对照组的L*、b*值呈现先增大后趋于稳定的趋势，而a*值在贮藏第20 d 降至最低值。ACP 中的一氧化氮可与肌红蛋白或高铁肌红蛋白反应并生成亚硝化肌红蛋白（NO-Mb，亮红色）或亚硝化高铁肌红蛋白（NO-MMb，暗红色），进而造成a*值升高。白肉的肌红蛋白含量较低，因此ACP 处理对其色泽的影响可以忽略不计。例如，Lee 等[26]使用24 kV 的DBD 等离子体处理水煮鸡胸肉3 min，在4 和24 ℃储存期间，与对照组相比，处理组样品的色泽未发生显著变化。此外，李季林等[48]使用射频放电冷等离子体在600 W 功率下处理6 min 制备PAW，应用于火腿发色，发现与亚硝酸盐腌制的火腿相比，PAW 组样品的a*值升高而b*值降低，L*值无显著差异，这可能是由于PAW 腌制比亚硝酸盐腌制形成更多的NO-Mb。Yadav 等[29]也发现了类似的研究结果。综上所述，ACP 处理显著影响肉品的色泽参数，这可能与其造成脂肪氧化、肌红蛋白氧化和持水性变化等有关，相关机制仍有待深入研究。

3.4 ACP 对即食肉制品感官品质的影响

研究发现，ACP 处理影响即食肉制品的感官品质。李欣欣等[18]发现经DBD 等离子体处理后，酱卤牛肉的感官评分总体上均略低于对照组样品，这可能是因为冷等离子体处理导致酱卤牛肉的水分减少，进而影响口感。另外，经DBD 等离子体处理180 s 后，酱卤鸭腿的感官评分高于处理时间为300 和480 s处理组样品的感官评分，表明DBD 等离子体处理时间过长会对酱卤鸭腿的感官品质造成不良影响[21]。Yong 等[20]发现经DBD 等离子体处理时间超过10 min 后，牛肉干产生异味，这可能是因为含硫化合物被自由基分解产生二甲基二硫、甲硫醇和硫化氢等含硫挥发物，也可能与脂质氧化产生的腐臭气味有关。然而，Hui 等[49]使用DBD 等离子体处理腌制鲜牛肉块30 min，静置4 h 后进行木炭或蒸汽烘烤，结果发现，相较于木炭烤肉，ACP 处理改善了蒸汽烤肉的风味品质。与木炭加热相比，蒸汽加热能够抑制大部分羰基化合物的产生，而这些脂质氧化衍生的羰基化合物会导致样品出现异味。在今后的研究中，可综合利用电子鼻、电子舌等设备系统分析ACP 对即食肉制品感官品质的影响。

4 结论与展望

作为一种非热加工技术，ACP 可以有效杀灭即食肉制品表面的微生物并广泛应用于肉类的腌制加工中。研究发现，ACP 处理对肉品品质的影响因种类、处理工艺参数等的不同而存在差异。在今后的研究中，应系统分析ACP 处理对蛋白质和脂质的氧化程度、感官特性、亚硝酸盐残留量、营养特性（必需氨基酸、维生素等）及生物利用率等指标的影响，同时评估ACP 处理对肉品造成的潜在安全风险，确保其安全可用至关重要。此外，还应系统优化ACP处理工艺参数，建立统一规范的技术标准，为其工业化应用提供理论依据。最后，可将ACP 技术与其他技术（温热、冷藏、抗菌剂等）协同使用，从而最大限度地减少ACP 处理对肉品品质的不良影响，推动该技术在即食肉制品加工中的应用。