冷等離子（cold plasma,CP）是一種新型的非熱加工技術，正逐步被全球食品研究者關注。CP中含有帶電粒子和活性物質可對食品組分產生影響，因其具有操作簡單、綠色環保、處理條件溫和等特點，已在農業、醫學、機械加工、化工等領域中得到廣泛使用。

以CP技術在食品加工方面的應用為切入點，重點分析該技術在果蔬類食品中的研究進展和應用現狀，提出其存在問題及未來研究方向，為CP技術在食品加工中的應用和推廣提供參考和思路。

1 CP技術介紹

1.1 CP概念及分類

等離子體（Plasma）是一種由自由電子和帶電離子為主要成分的物質形態，常被視為物質的第四態，即電離了的“氣體”。由于電離出的自由電子總的負電量與正離子總的正電量相等，這種高度電離、宏觀上呈中性的氣體叫等離子體。

根據等離子體中活性粒子的相對溫度，可將等離子體分為高溫等離子體和低溫等離子體。高溫等離子體中粒子溫度高于108～109K，低溫等離子體又分為熱等離子體和CP這2種，熱等離子的溫度在上千乃至數萬開，而CP的溫度在100～1 000 K之間。食品加工中主要采用CP技術。

1.2 CP的放電形式及其作用機制

CP的激發裝置是CP產生的關鍵。根據CP激發裝置形式分為電暈介質放電（corona discharge,CD）、常壓輝光介質放電（glow discharge at atmospheric pressure,GDAP）、介質阻擋放電（dielectric barrier discharge,DBD）和常壓等離子體放電（atmospheric pressure plasma jet discharge,APPJD）。圖1為這4種激發裝置系統示意圖。

CD裝置采用惰性氣體（氦氣和氬氣）經黃銅管從排列呈釘齒狀的針式釷狀孔出來，在電暈點附近的氣體被激發成CP。呈釘齒狀排列物可以采用高壓交流電、直流電或者脈沖電壓。GDAP采用氦氣作為激發氣體，利用一個很大的間隔作為阻擋介質，接通電源后，帶電粒子聚集在絕緣體表面，絕緣介質間會形成電勢差。在這種裝置中，絕緣介質至少需蓋住一個電極。DBD裝置包含2個金屬電極及絕緣介質，絕緣介質面積大于金屬電極，在絕緣介質的阻擋下，電流無法通過兩極板，給兩電極板上加入電壓，絕緣介質間的氣體會形成等離子體。APPJD裝置由電極和接地電極（環形）組成，高速氣流從2個電極間形成的空間穿過后，在噴嘴處與周圍環境中氣體分子發生碰撞形成等離子體。

1.3 影響CP作業效果的因素

CP作業效果與載氣類型、處理食品自身狀態、設備結構形式等因素相關。

常用的載氣類型為空氣、惰性氣體、氦氣、氧氣及多種氣體混合組合。空氣是成本最低、最常用的載氣。空氣在放電過程中會激發成活性氮和活性氧，其在破壞入侵微生物、退化細胞都有一定作用。惰性氣體穩定性強，在與食品接觸時對食品成分影響較小，較大程度地保持了食物原有品質。

處理食品自身狀態主要指食品表面粗糙程度、水分、存在形態等。食品表面粗糙程度可以影響CP中活性物質的攻擊效果;CP作用在水分較高的食品上，會產生過氧化氫自由基、超氧陰離子和其他活性氧化物質，導致食品成分氧化作用增強；活性物質能與液體食品成分接觸，對穿透深度影響不大，而固體食品中水分、孔隙率、成分等因素會影響活性物質的穿透能力，進而影響CP作業效果。

設備結構形式的影響主要體現在對冷等離子束流速的影響。一般來說，低流速氣體中半衰期短的活性物質難以達到食品內部，CP作業效果較弱，而增加氣體流速會增加活性物質與食品成分相互作用的概率，但過高的氣體流速會縮短活性物質在食品中的停留時間，從而減弱CP作用效果。

2 CP技術在食品加工中的應用

2.1 干燥前預處理

干燥前傳統預處理方式通常采用化學液體浸泡、切分、扎孔、漂燙等方法，在處理時存在汁液流失，易受微生物侵染等問題。CP技術處理果蔬類食品時，可與食品表面的水分作用，發生蝕刻，形成微孔，打破食品表面蠟質層的阻礙，加速干燥進程。Ashtiani等應用CP技術先對葡萄進行預處理再進行熱風干燥，研究發現與常規干燥技術相比，隨著預處理時間的增加，干燥時間和能耗也都在減少，預處理50 s時，能縮短干燥時間26.27%，減少能耗26.30%。

CP技術在處理食品物料時，物料內的細胞結構會受到不同程度的損傷或與其發生反應，造成物料成分發生不同程度的變化。Zhou等利用CP技術處理枸杞時發現，與未處理干燥相比，枸杞中總酚和總黃酮含量隨著預處理時間的增加呈現先增加后減少趨勢，合適的CP預處理時間可以提高總酚和總黃酮的含量。此結論在火龍果、石榴汁、紅棗和藍莓的試驗中也有相同的報道。

然而，由于CP技術作用于食品物料表面，一部分學者認為CP技術對食品物料顏色有輕微或者沒有影響，如辣椒、柑橘皮。而Kashfi等對薄荷進行試驗發現，CP中的自由基會穿透物料表面，與內部的活性物質發生反應，加劇顏色褐變程度，紅菊苣和藍莓中也有類似結論報道。

2.2 保鮮

化學保鮮技術是果蔬貯藏保鮮常用手段，但存在殘留量高、劑量比例控制精度差等問題。CP技術在進行果蔬保鮮時，具有處理時間短、處理溫度低、能較好保存果蔬內營養成分的特點，受到研究者的廣泛關注。張勇等利用CP技術進行西蘭花的保鮮試驗發現，處理過的西蘭花貯藏15 d的品質相當于未處理貯藏11 d的品質。Tappi等研究發現，使用CP技術處理哈密瓜與未處理組相比，試驗組的儲存時間明顯變長。

CP可有效減少乙烯、乙醇等代謝物產生，誘導果蔬氣孔減小，降低果蔬呼吸強度，延緩變色腐敗。王照琪等在進行獼猴桃保鮮試驗時發現：未處理獼猴桃切片培養48 h時，果實開始腐敗，失水皺縮嚴重；培養72 h時，果實完全腐敗，喪失食用價值；而處理后的獼猴桃片培養72 h，果實顏色鮮綠，邊緣組織與果皮連接緊密，失水皺縮現象不明顯。

由于CP處理可催化介質氣體形成多種活性基團和粒子，這些基團和粒子能與微生物氧化反應產生H2O和CO2，抑制微生物的呼吸作用，延長果蔬保鮮。潘越等進行小白杏保鮮試驗發現，CP處理杏果的硬度為未處理組的1.5倍，VC和多酚含量分別是未處理組的1.4和1.2倍。任潔等在進行番茄保鮮試驗發現，與未處理組相比，CP處理可維持較好的硬度，保持較高的總酚、可滴定酸和可溶性固形物的含量，延緩呼吸速率的升高。

2.3 殺菌

CP對操作環境無特殊要求，并且激發電壓雖高但不會產生過多熱量，溫度不會明顯升高。因此，CP作為一種新的殺菌方式具有極大的發展潛力。Ziuzina等利用CP技術分別對圣女果處理10,60和120 s后發現，其表面的沙門菌、大腸桿菌、單細胞增生性李斯特菌分別從初始菌落的3.1,6.3和6.7 lg(CFU/g）減少至檢測限。趙瑩等進行草莓殺菌試驗發現，CP可使草莓表面的菌落總數由3.64 lg(CFU/g）降至0.83 lg(CFU/g），殺菌率達99.8%。蕭文宇等對藍莓進行殺菌試驗發現，與未處理組相比，細菌菌落總數下降1.09 lg(CFU/g），果實表面的灰霉菌、鏈格孢菌與酵母數量分別下降2.02,1.47和1.43 lg(CFU/g）。CP處理可有效抑制果蔬表面微生物的生長。

2.4 農藥降解

CP在電壓作用下，可對果蔬表面殘留的農藥分子進行解離，形成自由基、活性種類和不穩定的化合物，達到降解果蔬表面農藥殘留的目的。Sarangapani等對藍莓施加80 k V和5 min CP處理發現，藍莓表面的啶酰菌胺和吡蟲啉分別減少約80%和75%。Karaca等研究發現利用CP處理無籽鮮葡萄儲藏36 d后，啶酰菌胺、甲基嘧啶胺、嘧菌環胺、環酰菌胺和異菌脲濃度分別減少46.2%,51.6%,34.7%,64.5%和23.9%。

2.5 食品蛋白改性

CP中的活性氧、活性氮是蛋白質改性的關鍵成分，這些成分可以誘導蛋白質中的化學鍵形成、氨基酸側鏈氧化、多肽鏈之間交聯等，可在無外源化學試劑或酶的條件下改變天然蛋白質功能結構，進而達到改善蛋白質功能的作用。Zhang等利用CP處理豌豆蛋白，結果發現處理后豌豆蛋白的三級結構有部分展開，表面疏水性增加，促進蛋白質間形成聚集體，同時在加熱過程中，蛋白聚集體會通過疏水和氫鍵之間的相互作用，形成更穩定的三維凝膠網絡，改善了蛋白的凝膠性質。王然等對大豆蛋白施加50 W和60 s的CP處理，結果發現與對照組相比，大豆蛋白的α-螺旋含量從31.93%下降到23.56%，三級構象變得更為緊湊，表面性能、持水能力和持油能力都顯著提高，游離疏基含量從9.77μmol/g蛋白增加到17.76μmol/g蛋白，表面疏水性從2 330.9增加到3 680.7。

3 結語

CP技術已被廣泛應用于果蔬類食品加工等方面。CP技術具有低溫、短時、破壞性小、無殘留等優點，不僅是高質量果蔬類食品加工的首選方式，也是當下提升食品附加值的趨勢。隨著在線監測、人工智能等現代技術的不斷引進，人們對食品加工領域的需求也不斷提升，未來CP技術在食品加工生產應用中將會具有更廣闊的發展領域。