冷链牛肉的间接等离子体灭菌研究

导读：本文报道在4 ℃、−18 ℃与25 ℃条件下，采用空气介质阻挡放电（DBD）装置，以“间接暴露”模式对牛肉表面大肠杆菌进行灭活，并同步评估色泽、pH、剪切力与失重等品质。结果显示：4 ℃环境下的灭活率最高（60.1%），且对品质影响最小；25 ℃下活性物种（以等离子活化水中O₃、NO₃⁻、NO₂⁻为指示）浓度最高，但灭活率略低（59.5%）；−18 ℃下灭活率最低（30.5%），却几乎不改变色泽参数a*。研究提示，冷等离子体可作为冷链环节的非热杀菌手段，尤其适合在冷藏段实施，兼顾安全与品质。

冷链温区的“间接处理”

研究以牛肉立方体为模型，在4 ℃与−18 ℃的冷链温区及25 ℃室温比较杀菌与品质效应。直接放电处理会在样品边缘形成灼伤并显著降低a*，因此本文改用“间接”：在电极间生成的等离子体通过丙烯酸通道与气流输送至样品表面，气量4 L/min，处理240 s。为刻画活性物种，作者采用“等离子体活化水（PAW）”的间接测定法，以UV–Vis监测O₃、NO₃⁻、NO₂⁻，分别在25 ℃、4 ℃与−18 ℃入口空气温度下取样；与此同时，建立含/不含大肠杆菌、含/不含等离子体处理的四组对照，按倒平板法计数计算杀菌率。该实验设计既反映冷链真实温度梯度，又避免直接放电对肉品外观的热斑影响。

“活性物种—温度—效能”的反常匹配

PAW结果显示，25 ℃时O₃、NO₃⁻、NO₂⁻浓度随放电时间先升高后平台，整体显著高于4 ℃与−18 ℃；−18 ℃时三者接近零，4 ℃则保持在低而稳定区间。按理活性物种越多，杀菌越强，但实际灭活率以4 ℃最高（60.1%），25 ℃次之（59.5%），−18 ℃最低（30.5%）[1]。作者据此推断：在食材复杂表面上，决定性作用可能来自寿命更短、反应更活跃的物种与带电粒子等瞬态因子，而非PAW中反映的长寿命物种；此外，冰层与低温可降低反应速率常数并形成物理屏障，削弱了−18 ℃下的灭活效率。冻存本身对未处理菌落数影响不显著，提示“冻住≠杀死”，冷链仍需消毒手段介入。

图1. 不同温度和处理时间下等离子体活化水（PAW）中物质的浓度。（a）O3；（b）NO3−；（c）NO2−[1]。

品质权衡与应用前景—优先在冷藏段部署

品质评估显示：三温区下L*、pH、剪切力与烹调失重在处理前后差异不显著；a*在4 ℃与25 ℃略降，而−18 ℃几乎不变[1]。综合“灭活—品质”双维度，4 ℃为最佳实施窗口：在不显著牺牲色泽的前提下实现最高杀菌率；−18 ℃虽外观保持更佳，但效能明显不足；25 ℃具有较高活性物种，却未转化为更优综合表现。工程上建议将“间接冷等离子体”耦合至冷藏环节或预冷/暂存工位，采用气流导向与均布结构，控制处理时长约240 s量级；针对冷冻段，可考虑优化气体组成或流场以提升短寿命物种产生与输运，或与PAW/解冻前处理联用。总体而言，该技术为冷链提供了低能耗、无化学残留的非热杀菌选项，有望在肉类与其他易腐食品的储运场景中减少病原污染与品质损失。

参考文献：

[1] Li P, Zhang H, Tian C, et al. Experimental investigation of bacterial inactivation of beef using indirect cold plasma in cold chain and at room temperature[J]. Foods, 2024, 13(17): 2846.