李兆杰， 劉小菁， 楊麗君， 紀(jì)玉梅，房保海，郝 瑩， 王 靜， 張玉春， 魏 瑋　(.威海出入境檢驗(yàn)檢疫局,山東威海 60;.威海職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山東威海 60;.威海市市立醫(yī)院,山東威海 600；.山東出入境檢驗(yàn)檢疫局，山東青島 6600；.濰坊出入境檢驗(yàn)檢疫局，山東濰坊 60)

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輝光放電低溫等離子體技術(shù)對(duì)食品的殺菌及其品質(zhì)影響研究

李兆杰1， 劉小菁2， 楊麗君1， 紀(jì)玉梅3，房保海4，郝 瑩5， 王 靜1， 張玉春1， 魏 瑋1(1.威海出入境檢驗(yàn)檢疫局,山東威海 264205;2.威海職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山東威海 264210;3.威海市市立醫(yī)院,山東威海 264200；4.山東出入境檢驗(yàn)檢疫局，山東青島 266002；5.濰坊出入境檢驗(yàn)檢疫局，山東濰坊 261041)

等離子體是氣體受到外界高溫、強(qiáng)電磁場(chǎng)、輻射等高能量作用時(shí)電離產(chǎn)生的一種高度電離的氣體，主要由正負(fù)離子、基態(tài)原子、激發(fā)態(tài)原子、活性自由基、射線、活性自由基、電子等組成，整個(gè)體系呈電中性，因此成為等離子體。低溫等離子體是指整個(gè)體系在宏觀上表現(xiàn)為常溫，但體系中電子的溫度很高，達(dá)上千乃至上萬攝氏度[1-2]。體系中的高能電子及各種活性離子具有很高的活性，可以對(duì)微生物進(jìn)行快速殺滅[3-6]。

鑒于傳統(tǒng)熱力滅菌和化學(xué)滅菌在破壞食品色香味、化學(xué)殘留等方面的諸多不足，應(yīng)用低溫等離子體技術(shù)進(jìn)行殺菌研究逐步成為滅菌領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外正嘗試將這一技術(shù)應(yīng)用于包括食品加工在內(nèi)的諸多領(lǐng)域[7]。其優(yōu)點(diǎn)主要包括：較低的溫度可用于不適于高溫的食品殺菌，封閉的等離子體系統(tǒng)可防止地刺輻射外泄，殺菌快速且無毒，氣體循環(huán)系統(tǒng)可將殺死的微生物或殘留物帶走。Marsili等采用高壓脈沖放電，可以快速有效地殺滅食品中的大腸桿菌和沙門氏菌[8]。諾克斯威爾的田納西州大學(xué)等離子體科學(xué)實(shí)驗(yàn)室成功開發(fā)出了大氣壓下輝光放電系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在常壓室溫條件下利用射頻激發(fā)空氣等離子體，快速殺滅微生物菌體及孢子。劉傳林等利用分裝式低溫等離子體減壓保鮮技術(shù)貯藏果蔬，使葉菜類及瓜果類蔬菜保鮮期分別達(dá)到90和150 d，出庫(kù)后貨架期長(zhǎng)達(dá)7～10 d[9]。

盡管如此，目前關(guān)于低溫等離子體技術(shù)用于食品殺菌的系統(tǒng)研究還鮮有報(bào)道，比如對(duì)各種類型食品的殺菌效果等。此外，近年來，人們對(duì)食品的安全性和營(yíng)養(yǎng)性關(guān)注度越來越高，低溫等離子體技術(shù)作為一種新型殺菌技術(shù)，研究其對(duì)食品的品質(zhì)影響對(duì)于該技術(shù)的推廣應(yīng)用確有必要。基于上述兩點(diǎn)，筆者應(yīng)用輝光放電低溫等離子體技術(shù)，一方面，探討低溫等離子體技術(shù)對(duì)魚肉、奶粉、牛奶、淀粉、橙汁5種不同類型食品的殺菌效果；另一方面，選擇過氧化值、酸價(jià)、維生素C等指標(biāo)，評(píng)價(jià)低溫等離子體殺菌技術(shù)對(duì)食品的品質(zhì)影響。這將為輝光放電低溫等離子體殺菌技術(shù)廣泛用于食品殺菌提供重要的方法依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1菌種。大腸桿菌(Escherichiacoli，E.coli)ATCC 10536、金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus，S.aureus)ATCC 12600、單核細(xì)胞增生李斯特氏菌(Listeriamonocytogenes，L.monocytogenes)ATCC 19114、宋內(nèi)氏志賀氏菌(Shigellasonnei，S.sonnei)ATCC 25931，購(gòu)自美國(guó)模式培養(yǎng)物集存庫(kù)(ATCC)；腸炎沙門氏菌(Salmonellaenteritidis，S.enteritidis)CICC 21482，購(gòu)自中國(guó)工業(yè)微生物菌種保藏管理中心(CICC)；白色念珠菌CGMCC 2.4159(Candidaalbicans，C.albicans)，購(gòu)自中國(guó)普通微生物菌種保藏管理中心(CGMCC)。細(xì)菌從-70 ℃接種到營(yíng)養(yǎng)肉湯中，36.5 ℃培養(yǎng)18～24 h，備用。C.albicans接種YPD培養(yǎng)基，28 ℃培養(yǎng)18～24 h，備用。

1.1.2試劑。計(jì)數(shù)瓊脂、酵母浸出粉胨葡萄糖培養(yǎng)基(YPD)、孟加拉紅瓊脂培養(yǎng)基、營(yíng)養(yǎng)肉湯，購(gòu)自北京陸橋生物科技有限公司，按說明書配置。

1.1.3儀器與設(shè)備。輝光放電低溫等離子體殺菌設(shè)備，自制，交流輸出，0～10 kV，峰值功率120 W，工作頻率30～40 kHz，通過在電路中加入限流電阻維持輝光放電； 核酸蛋白分析儀，美國(guó)Bio-rad公司；CR22G III離心機(jī)，日本日立公司；恒溫恒濕培養(yǎng)箱、干燥箱，美國(guó)3M公司。

1.2方法

1.2.1輝光放電低溫等離子體對(duì)食品的殺菌效果研究。

1.2.1.1菌懸液的制備。分別吸取E.coli、S.aureus、L.monocytogenes、S.sonnei、S.enteritidis肉湯培養(yǎng)液1 ml于1.5 ml離心管中，4 000 r/min離心5 min，吸棄上清，加入1 ml無菌生理鹽水懸浮洗滌混勻，用核酸蛋白分析儀測(cè)定菌液濃度，用生理鹽水將菌液濃度稀釋至×108CFU/ml。

吸取C.albicansYPD培養(yǎng)液1 ml于1.5 ml離心管中，2 000 r/min離心5 min，吸棄上清，加入1 ml無菌生理鹽水懸浮洗滌混勻，用生理鹽水將菌液濃度稀釋至×106CFU/ml。

1.2.1.2陽(yáng)性樣品制備。魚片陽(yáng)性樣品制備：向1 L生理鹽水中分別添加108CFU/ml的E.coli、S.aureus、L.monocytogenes、S.sonnei、S.enteritidis各10 ml，得到106CFU/ml濃度的細(xì)菌混合液。稱取100 g魚片放入上述細(xì)菌混合液中，浸泡10 min后取出，瀝干水分，分為70 g、30 g兩組，一組用于殺菌試驗(yàn)，一組用作對(duì)照。

奶粉陽(yáng)性樣品制備：分別吸取10 μl 108CFU/ml的E.coli、S.aureus、L.monocytogenes、S.sonnei、S.enteritidis的菌液于同一離心管中，加入10 ml生理鹽水混勻，得到105CFU/ml的細(xì)菌混合液。將上述菌液噴灑于100 g奶粉中，并充分?jǐn)嚢瑁匀涣栏?，顛倒混勻。分?0 g、30 g兩組，一組用于殺菌試驗(yàn)，一組用作對(duì)照。

橙汁飲料陽(yáng)性樣品制備：按上述方法制備得到1 ml 105CFU/ml的E.coli、S.aureus、L.monocytogenes、S.sonnei、S.enteritidis5種細(xì)菌混合液。將菌液加入100 ml橙汁中，并充分振蕩混勻。均分70、30 ml兩組，一組用于殺菌試驗(yàn)，一組用作對(duì)照。

牛奶陽(yáng)性樣品制備：制法同橙汁陽(yáng)性樣品。制備得到100 ml牛奶陽(yáng)性樣品。均分70、30 ml兩組，一組用于殺菌試驗(yàn)，一組用作對(duì)照。

淀粉陽(yáng)性樣品制備：用接種環(huán)從孟加拉紅瓊脂平板上刮取C.albicansCGMCC 2.4159，放入盛有1 ml生理鹽水的離心管中，用移液器充分吹打混勻，然后噴灑于100 g淀粉中，并充分?jǐn)嚢?，顛倒混勻。分?0、30 g兩組，一組用于殺菌試驗(yàn)，一組用作對(duì)照。

1.2.1.3殺菌。打開氣瓶閥門，調(diào)整氣體流量，使放電氣體氬氣充滿整個(gè)氣體管路并將滅菌腔室中的空氣排凈。接通高壓電源開始放電產(chǎn)生刷裝低溫等離子體射流。調(diào)整放電參數(shù)為：峰值電壓10 kV，工作頻率30～40 kHz，峰值功率120 W，氣體流量2 L/min，氣壓為常壓，溫度為室溫。待低溫等離子體充滿整個(gè)滅菌腔室后，魚片均勻擺放于載物臺(tái)上，奶粉置于培養(yǎng)皿中均勻鋪開，厚度約3 mm，牛奶和橙汁飲料置于培養(yǎng)皿中，厚度約3 mm。滅菌處理時(shí)間分為3、5、8、10、12、15 min 6個(gè)時(shí)間段，每個(gè)時(shí)間段取滅菌樣品10 g用于活菌計(jì)數(shù)試驗(yàn)。淀粉的處理時(shí)間為5、8、10、15、20 min 6個(gè)時(shí)間段。載物臺(tái)高度距離放電端口6 cm。對(duì)照于室溫放置同樣時(shí)間。

1.2.1.4滅菌效果檢測(cè)。將處理組和對(duì)照組樣品分別加入9倍生理鹽水，用拍擊式均質(zhì)器拍打1～2 min，充分混勻。制成1∶10和1∶100的樣品勻液。吸取1 ml兩個(gè)稀釋度的樣品勻液于無菌平皿中，每個(gè)稀釋度做3個(gè)平皿。同時(shí)，分別吸取1 ml 空白稀釋液加入3個(gè)無菌平皿內(nèi)作空白對(duì)照。及時(shí)將15～20 ml 冷卻至46 ℃的平板計(jì)數(shù)瓊脂培養(yǎng)基傾注平皿，并轉(zhuǎn)動(dòng)平皿使其混合均勻。待平板凝固后，將平板翻轉(zhuǎn)，(36±1)℃培養(yǎng)(48±2)h后，計(jì)數(shù)平板上的菌落數(shù)。真菌用孟加拉紅瓊脂培養(yǎng)基傾注平皿，28 ℃培養(yǎng)5 d。

1.2.2輝光放電低溫等離子體殺菌技術(shù)對(duì)食品的品質(zhì)影響。

1.2.2.1陽(yáng)性樣品制備。魚片陽(yáng)性樣品、橙汁飲料陽(yáng)性樣品的制備同“1.2.1.2”。

1.2.2.2滅菌。將樣品置于滅菌腔載物臺(tái)上，調(diào)整低溫等離子體殺菌裝置參數(shù)，同“1.2.1.3”。滅菌時(shí)間5 min。同時(shí)設(shè)對(duì)照樣品。

1.2.2.3魚片中過氧化值、酸價(jià)的測(cè)定。滅菌魚片及對(duì)照過氧化值、酸價(jià)的測(cè)定根據(jù)GB 5009.37-2003《食用植物油衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析》進(jìn)行。

1.2.2.4橙汁飲料中維生素C的測(cè)定。滅菌橙汁飲料及對(duì)照樣品用1%草酸提取，然后用2，6-二氯酚靛粉將抗壞血酸氧化為順式抗壞血酸，再與鄰苯二胺結(jié)合生成一種熒光化合物。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SN/T 0869-2000《進(jìn)出口飲料中維生素C的測(cè)定方法》，用熒光分光光度及測(cè)定。

2結(jié)果與分析

2.1輝光放電低溫等離子體對(duì)食品的殺菌效果輝光放電低溫等離子體對(duì)魚片、奶粉、牛奶、橙汁和淀粉的殺菌動(dòng)力學(xué)曲線見圖1。由圖1可以看出，魚片和奶粉的殺菌曲線相似，在3 min時(shí)，細(xì)菌數(shù)量有所減少，但數(shù)量級(jí)沒變，在5 min時(shí)，細(xì)菌數(shù)量急劇下降，但8、10、12、15 min時(shí)，細(xì)菌數(shù)量沒有明顯變化，殺菌進(jìn)入平臺(tái)期。在3 min時(shí)，牛奶中的細(xì)菌數(shù)量沒有明顯變化，在5 min時(shí)，細(xì)菌數(shù)量急劇下降，降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)，8 min后，殺菌進(jìn)入平臺(tái)期。在3 min時(shí)，橙汁中的細(xì)菌數(shù)量下降不明顯，在5、8、10、12、15 min時(shí)，細(xì)菌數(shù)量呈現(xiàn)緩慢下降，未出現(xiàn)急劇下降情況。對(duì)淀粉的殺菌動(dòng)力學(xué)曲線顯示，在5 min時(shí)，細(xì)菌數(shù)量沒有太多變化，在8、10、15 min時(shí)，細(xì)菌數(shù)量呈現(xiàn)緩慢下降，在20 min時(shí)，殺菌曲線進(jìn)入平臺(tái)期。

2.2輝光放電低溫等離子體殺菌對(duì)食品的品質(zhì)影響

2.2.1輝光放電低溫等離子體殺菌對(duì)魚片過氧化值、酸價(jià)的影響。過氧化值表示油脂和脂肪酸等被氧化程度的一種指標(biāo)，用于說明樣品是否因已被氧化而變質(zhì)；酸價(jià)是脂肪中游離脂肪酸含量的標(biāo)志，脂肪在長(zhǎng)期保藏過程中，由于微生物、酶和熱的作用發(fā)生緩慢水解，產(chǎn)生游離脂肪酸。而脂肪的質(zhì)量與其中游離脂肪酸的含量有關(guān)。一般常用酸價(jià)作為衡量標(biāo)準(zhǔn)之一。在脂肪生產(chǎn)的條件下，酸價(jià)可作為水解程度的指標(biāo)，在其保藏的條件下，則可作為酸敗的指標(biāo)。酸價(jià)越小，說明油脂質(zhì)量越好，新鮮度和精煉程度越好。由表1可以看出，滅菌前后，魚片過氧化值、酸價(jià)2個(gè)指標(biāo)上沒有明顯變化。說明低溫等離子體殺菌技術(shù)不會(huì)導(dǎo)致過氧化值和酸價(jià)升高，不會(huì)引起氧化變質(zhì)或酸敗。

表1　滅菌前后魚片過氧化值、酸價(jià)比較

2.2.2輝光放電低溫等離子體殺菌對(duì)橙汁飲料中維生素C的影響。 維生素C具有抗氧化作用，在氧化、加熱條件下，維生素C極易被破壞。由表2可以看出，滅菌后，橙汁飲料維生素C有輕微下降，下降了9.5%。

表2　滅菌前后橙汁的維生素C比較

3討論

該試驗(yàn)應(yīng)用研制的低溫等離子體殺菌裝置，選擇魚片、奶粉、牛奶、橙汁飲料和淀粉5種食品，分為固體、粉末和液體3種形態(tài)，進(jìn)行殺菌研究。由殺菌動(dòng)力學(xué)曲線來看，輝光放電低溫等離子體技術(shù)對(duì)食品都具有明顯的殺菌作用，但不能將細(xì)菌全部殺滅。相比較而言，對(duì)魚片和奶粉的殺菌效果最好，對(duì)橙汁的殺菌效果差一些，對(duì)淀粉中的真菌的殺菌效果最差。分析原因可能主要與食品基質(zhì)的復(fù)雜性及低溫等離子體的特點(diǎn)有關(guān)。一方面，食品中水分及食品基質(zhì)的存在大大降低了低溫等離子體的能量，因此衰減了低溫等離子體的殺菌能力；另一方面，等離子體的穿透性較差，僅能對(duì)食品表面的細(xì)菌具有殺滅作用，對(duì)于食品內(nèi)部的細(xì)菌，等離子體很難穿透并對(duì)其殺滅。但盡管如此，低溫等離子體技術(shù)作為一種新的非熱力殺菌方法已展示出它的強(qiáng)大生命力，對(duì)食品殺菌的優(yōu)勢(shì)和前景不可忽視。一種好的解決方案是將低溫等離子體殺菌技術(shù)與其他殺菌技術(shù)結(jié)合使用，結(jié)合多種殺菌方法，解決食品殺菌中出現(xiàn)的各類問題。

對(duì)食品的殺菌，一方面要注重其殺菌效率，另一方面要重視殺菌對(duì)食品的品質(zhì)影響和安全性。熱力滅菌殺菌效果雖好，但對(duì)食品的品質(zhì)影響和營(yíng)養(yǎng)成分破壞較大。化學(xué)殺菌嚴(yán)重影響食品的原有風(fēng)味，而且最大的問題是化學(xué)殺菌劑的殘留對(duì)人體造成潛在危害。該研究對(duì)應(yīng)用輝光放電低溫等離子體殺菌前后的幾項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，橙汁中維生素C下降了9.5%，說明等離子體對(duì)橙汁中維生素C造成了輕微破壞。但是殺菌前后食品的過氧化值、酸價(jià)2個(gè)指標(biāo)沒有明顯變化，說明低溫等離子體殺菌方法不會(huì)使食品氧化，其低溫特點(diǎn)也不會(huì)使油脂受熱水解發(fā)生酸敗。通過3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的比較，可以初步說明輝光放電低溫等離子體技術(shù)用于食品殺菌的安全性。當(dāng)然，判斷低溫等離子體殺菌技術(shù)對(duì)食品的品質(zhì)評(píng)價(jià)，還需對(duì)更多指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。

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摘要[目的]探討輝光放電低溫等離子體技術(shù)對(duì)不同類型食品的殺菌效果，同時(shí)對(duì)殺菌后的食品品質(zhì)變化進(jìn)行評(píng)價(jià)。[方法]應(yīng)用輝光放電低溫等離子體技術(shù)對(duì)魚肉、奶粉、牛奶、淀粉、橙汁5種食品進(jìn)行殺菌試驗(yàn)，對(duì)殺菌前后魚片的過氧化值和酸價(jià)、橙汁飲料的維生素C含量進(jìn)行比較分析。[結(jié)果]輝光放電低溫等離子體技術(shù)對(duì)5種不同類型食品均具有明顯的殺菌作用，但不能將細(xì)菌全部殺滅；對(duì)魚片的過氧化值、酸價(jià)沒有顯著影響，對(duì)橙汁飲料中的維生素C略有影響。[結(jié)論]輝光放電低溫等離子體技術(shù)對(duì)食品具有明顯的殺菌效果，其優(yōu)勢(shì)是綠色、安全、環(huán)保。

關(guān)鍵詞低溫等離子體；輝光放電；食品；殺菌；品質(zhì)

Sterilization of Several Foods by Glow Discharge Low Temperature Plasma and Its Effects on Food Quality

LI Zhao-Jie1，LIU Xiao-Jing2，YANG Li-Jun1et al(1.Weihai Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau，Weihai，Shandong 264205; 2.Weihai Vocational College，Weihai，Shandong 264210)

Abstract[Objective] To discuss the sterilization effects of low temperature plasma by glow discharge on fish，milk powder，milk，amylum and orange juice，and to evaluate the differences of food quality after sterilization.[Method] Five kinds of foods were sterilized by low temperature plasma by glow discharge.Meanwhile，the parameters of the peroxide value and acid value of fish，the content of vitamine C before and after sterilization were compared statistically.[Result] After sterilization，bacteria in five different types of foods decreased obviously to a certain extent，but not completely.There were no significant differences in the peroxide value and acid value of fish before and after sterilization，and just a little decrease in vitamine C of orange juice.[Conclusion] Low temperature plasma by glow discharge is an effective tool of food sterilization，with the advantages of greenness，safety and environmental protection.

Key wordsLow temperature plasma; Glow discharge; Food; Sterillization; Quality

收稿日期2015-04-28

作者簡(jiǎn)介李兆杰(1981- )，男，山東安丘人，高級(jí)工程師，博士，從事食品檢測(cè)方法研究。

基金項(xiàng)目國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局科研項(xiàng)目(2012IK179，2010IK151，2011IK221)；山東出入境檢驗(yàn)檢疫局科研項(xiàng)目(SK201217)。

中圖分類號(hào)S-03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2015)18-310-03