胡 越，陳 倩，劉 騫，孔保華，刁新平

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030）

長(zhǎng)期以來(lái)，食源性病原體的高致病率使得食品安全行業(yè)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。為了抑制微生物的生長(zhǎng)，食品工業(yè)通常采用傳統(tǒng)的殺菌技術(shù)，如添加防腐劑[1]、熱處理[2]和輻照[3]等，這些方法對(duì)食品中存在的浮游微生物有很好的殺滅作用。研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)病原體并非以浮游的形式存在，而是主要存在于微生物生長(zhǎng)形成的生物膜基質(zhì)中。美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院的報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，大約65%的微生物感染和80%的慢性感染是由與生物膜相關(guān)的微生物引起的[4]。此外，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，生物膜內(nèi)的細(xì)菌比浮游微生物具有更強(qiáng)的抵抗能力[5]，其對(duì)殺菌劑的耐受性比浮游微生物高100～1 000 倍[6]，同時(shí)生物膜還可能會(huì)造成交叉污染，加劇食品變質(zhì)或食源性疾病的傳播，帶來(lái)不良的健康和經(jīng)濟(jì)影響[7]。由于物理和化學(xué)方法對(duì)細(xì)菌生物膜的控制具有局限性，如成本高、藥效低、出現(xiàn)耐藥性以及對(duì)人類(lèi)和環(huán)境的負(fù)面影響等，因此探索可有效用于食品工業(yè)的“綠色”抗生物膜方法非常重要[8]。冷等離子體作為一種新興的非熱處理技術(shù)已經(jīng)得到了各行業(yè)的廣泛關(guān)注，本文主要論述了生物膜的形成、冷等離子體對(duì)生物膜的抑制作用及影響因素。

1 生物膜的形成過(guò)程

“生物膜理論”于1978年由Costerton和他的同事首次提出，并奠定了生物膜微生物學(xué)的概念框架和基本理論[9]。生物膜是指附著在生物或者非生物表面的復(fù)雜微生物群落，主要由微生物分泌的胞外聚合物（extracellular polymeric substances，EPS）組成。其中EPS的主要成分包括胞外多糖、胞外蛋白質(zhì)和胞外DNA等[10]。

生物膜的形成主要包括如圖1所示的3 個(gè)階段：1）初始牢階段。微生物通過(guò)菌毛、凝集素和鞭毛附著到生物或者非生物表面，這一階段為可逆吸附階段。2）增殖成熟階段。松散結(jié)合的微生物通過(guò)基因表達(dá)分泌出EPS使微生物附著更加牢固從而形成生物膜基質(zhì)，EPS可以使生物膜具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和黏彈性等性質(zhì)，可以在保持膜中水分和養(yǎng)分的同時(shí)限制外來(lái)抑菌劑向三維生物膜結(jié)構(gòu)擴(kuò)散，因此有助于生物膜對(duì)環(huán)境的耐受性提高[11]。此時(shí)生物膜逐漸成熟，這種黏附過(guò)程變得不可逆轉(zhuǎn)，并發(fā)展成為更復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。隨著生物膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展和延伸，生物膜內(nèi)的成分、pH值和O2可利用率也會(huì)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致生物膜內(nèi)代謝的異質(zhì)性，這種新陳代謝異質(zhì)性導(dǎo)致了生物膜對(duì)抗菌素具有強(qiáng)耐受性[6]；同時(shí)伴隨群體感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生。群體感應(yīng)是微生物之間通過(guò)釋放特定信號(hào)分子來(lái)調(diào)節(jié)群體行為的信號(hào)傳遞系統(tǒng)，對(duì)多種重要的細(xì)胞功能具有調(diào)控作用，包括代謝、蛋白質(zhì)合成、毒力因子的表達(dá)、抗生素耐藥性、生物膜的形成、成熟和擴(kuò)散等[12]。最近，多個(gè)研究表明群體感應(yīng)在生物膜的發(fā)育過(guò)程中起著重要的作用，因此對(duì)群體感應(yīng)進(jìn)行調(diào)控是抗生物膜活性的重要方法之一。群體感應(yīng)通過(guò)細(xì)胞分泌的自動(dòng)誘導(dǎo)物來(lái)進(jìn)行信息傳遞，隨著細(xì)菌的生長(zhǎng)和分泌的化學(xué)物質(zhì)增多，自動(dòng)誘導(dǎo)物濃度達(dá)到閾值并與受體結(jié)合激活受體，以類(lèi)似于配體-受體結(jié)合作用的方式將群體感應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)的第二信使反應(yīng)，調(diào)節(jié)細(xì)胞通信和生物膜的形成[13]。群體感應(yīng)在單個(gè)或多個(gè)菌種之間均可發(fā)生。如銅綠假單胞菌具有兩個(gè)獨(dú)立但相互連接的基于?；呓z氨酸內(nèi)酯（acyl homoserine lactone，AHL）的群體感應(yīng)信號(hào)系統(tǒng)，即las系統(tǒng)和rhl系統(tǒng)[14]。群體感應(yīng)中自動(dòng)誘導(dǎo)物的類(lèi)型主要包括AHLs、自身誘導(dǎo)肽、自身誘導(dǎo)物（autoinducer，AI）-2、假單胞菌喹諾酮信號(hào)（pseudomonas quinolone signal，PQS）和AI-3等[13]。其中研究最多的是由革蘭氏陰性菌產(chǎn)生的AHL，也被稱(chēng)為AI-1以及由革蘭氏陽(yáng)性菌產(chǎn)生的自身誘導(dǎo)肽[15]。信號(hào)分子AI-2廣泛存在于革蘭氏陽(yáng)性菌和革蘭氏陰性菌中進(jìn)行信息傳遞，因此被認(rèn)為是不同細(xì)菌物種間通用的交流信號(hào)[13]。3）擴(kuò)散階段。微生物離開(kāi)生物膜恢復(fù)浮游狀態(tài)，并擴(kuò)散到其他區(qū)域，導(dǎo)致生物膜的擴(kuò)散和對(duì)食物的持續(xù)污染[16-18]。

圖1 細(xì)菌生物膜形成過(guò)程示意圖[19]Fig.1 Schematic diagram of bacterial biofilm formation[19]

2 等離子體技術(shù)

等離子體是繼固體、液體和氣體之后的第四種物質(zhì)狀態(tài)。如圖2所示[20]，當(dāng)能量增加時(shí)，固體中的分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間距離增加，物質(zhì)變成液體狀態(tài)；隨著能量進(jìn)一步增加，自由分子間的距離進(jìn)一步增加，轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)；最后，足夠的能量將氣體分子分解成自由電子和離子。因此，等離子體是一種部分或完全電離的混合物[21]，主要由光子、離子、紫外線(xiàn)、自由電子以及處于基態(tài)或激發(fā)態(tài)的具有凈電荷中性的原子組成[22]。按照帶電離溫度的高低，等離子體可分為高溫等離子體和低溫等離子體兩大類(lèi)。其中低溫等離子體根據(jù)電子和離子之間的熱力學(xué)平衡，又可分為熱等離子體和冷等離子體。其中處于非熱力學(xué)平衡狀態(tài)且整體溫度較低的等離子體稱(chēng)為冷等離子體。由于在激發(fā)過(guò)程中等離子體會(huì)因碰撞產(chǎn)生能量損失，因此粒子壽命非常短，必須為其提供連續(xù)能量。而冷等離子體可以在大氣壓下或者更低的壓力下放電激發(fā)產(chǎn)生，因此適用于食品加工行業(yè)。同時(shí)，由于冷等離子體具有操作簡(jiǎn)單、能耗低、滅菌速度快，可有效地保持食品的顏色、質(zhì)地和營(yíng)養(yǎng)成分等優(yōu)點(diǎn)，冷等離子體殺菌技術(shù)正逐漸獲得食品行業(yè)的廣泛關(guān)注[23]。

圖2 物質(zhì)狀態(tài)變化示意圖[20]Fig.2 Schematic diagram of four states of matter[20]

常見(jiàn)的冷等離子體源有電暈放電、介質(zhì)阻擋放電、射頻放電、微波放電、射流放電和滑動(dòng)電弧放電等[24]。根據(jù)輸入氣體的組成和等離子體放電的參數(shù)不同，會(huì)產(chǎn)生不同的活性成分，如自由基、帶電粒子、活性氧（reactive oxygen species，ROS）（包括單線(xiàn)態(tài)氧（1O2）、超氧陰離子自由基（O2－·）、過(guò)氧化氫（H2O2）、臭氧（O3）和羥自由基（·OH））以及活性氮（reactive nitrogen species，RNS）（包括一氧化氮（NO）、二氧化氮自由基（NO2·）和過(guò)氧亞硝酸根（ONOO－）等）[25]。

3 冷等離子體抗生物膜活性的相關(guān)機(jī)理

3.1 氧化損傷

冷等離子體可以從不同方面對(duì)生物膜進(jìn)行破壞，如造成生物膜脂質(zhì)以及膜內(nèi)成分的氧化、促進(jìn)生物膜基質(zhì)的降解，以及導(dǎo)致生物膜黏附性的降低和生物膜的解體等。等離子體中的活性物質(zhì)，如ROS和RNS對(duì)細(xì)胞外部結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的氧化作用，會(huì)造成細(xì)胞膜或細(xì)胞內(nèi)成分（如DNA、蛋白質(zhì)、碳水化合物等）的氧化損傷。例如，對(duì)ROS敏感的膜脂質(zhì)，在過(guò)氧化過(guò)程中多不飽和脂肪酸會(huì)失去1 個(gè)H原子產(chǎn)生脂肪酸自由基（L·），隨后被O2氧化成脂質(zhì)氫過(guò)氧化物（LOOH），影響微生物的細(xì)胞代謝過(guò)程[26]。另有研究發(fā)現(xiàn)，ROS可以氧化生物膜基質(zhì)中的胞外多糖，使生物膜基質(zhì)面積相對(duì)減少，基質(zhì)的減少將會(huì)導(dǎo)致生物膜黏附性降低，最終使得生物膜三維結(jié)構(gòu)解體[27]。冷等離子體誘導(dǎo)的活性物質(zhì)不僅可以直接作用于生物膜，還可以通過(guò)外膜作用于細(xì)胞內(nèi)成分（圖3）。Han等[28]發(fā)現(xiàn)大氣高壓等離子體作用于革蘭氏陽(yáng)性和革蘭氏陰性微生物的機(jī)制不同：對(duì)于革蘭氏陰性的大腸桿菌，冷等離子體中的ROS主要導(dǎo)致膜脂質(zhì)發(fā)生過(guò)氧化反應(yīng)；對(duì)于革蘭氏陽(yáng)性的金黃色葡萄球菌，ROS可以在細(xì)胞內(nèi)通過(guò)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)引起細(xì)胞內(nèi)成分的氧化損傷。另外，多項(xiàng)研究表明冷等離子體引起的損傷不一定使細(xì)胞完全死亡，也可能誘導(dǎo)細(xì)菌處于活的非培養(yǎng)狀態(tài)[29]，因此冷等離子體在應(yīng)用的過(guò)程中需要更加謹(jǐn)慎。

圖3 冷等離子體過(guò)程中產(chǎn)生的活性物質(zhì)對(duì)生物膜的作用機(jī)理[23]Fig.3 Mechanism of action of reactive species generated by cold plasma on biofilms[23]

3.2 蝕刻作用

等離子體產(chǎn)生的帶電粒子能夠破壞化學(xué)鍵的穩(wěn)定性，使化學(xué)鍵斷裂，同時(shí)破壞生物膜基質(zhì)和EPS結(jié)構(gòu)，使微生物失去生物膜的保護(hù)作用，這一過(guò)程稱(chēng)為蝕刻作用。隨著破壞的加劇，生物膜會(huì)從固體表面脫落，表面粗糙度逐漸增加直至最終解體。微生物失去生物膜基質(zhì)的保護(hù)而游離出來(lái)，直接暴露在等離子體作用下[30]。蝕刻引起的細(xì)胞膜穿孔將促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)等離子體放電過(guò)程中形成的次級(jí)活性物質(zhì)的擴(kuò)散，處于激發(fā)態(tài)的原子、分子和自由基會(huì)導(dǎo)致鍵的斷裂，這會(huì)使細(xì)胞碎片化并形成揮發(fā)性化合物，導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)變化，從細(xì)胞尺寸縮小到細(xì)胞中出現(xiàn)深通道，直到細(xì)胞被完全破壞失去活性[31]。此外，帶電粒子也會(huì)在微生物表面發(fā)生聚集，當(dāng)產(chǎn)生的靜電應(yīng)力超過(guò)細(xì)胞膜的抗張強(qiáng)度，膜結(jié)構(gòu)將會(huì)發(fā)生形態(tài)變化，最終達(dá)到滅活的目的[32]。研究表明，與生物膜結(jié)構(gòu)較厚的革蘭氏陽(yáng)性菌比較而言，細(xì)胞壁較薄的革蘭氏陰性菌更容易通過(guò)蝕刻作用滅活[30]。蝕刻作用引起的細(xì)胞膜穿孔也會(huì)促進(jìn)等離子體放電過(guò)程中生成的活性物質(zhì)向細(xì)胞膜內(nèi)的滲透，造成細(xì)菌細(xì)胞的侵蝕破壞，對(duì)細(xì)胞膜或DNA造成嚴(yán)重?fù)p傷。

3.3 調(diào)節(jié)群體感應(yīng)信號(hào)

群體感應(yīng)系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)多項(xiàng)生理活動(dòng)，如生物膜的形成、微生物毒力表達(dá)和擴(kuò)散[33]。多項(xiàng)研究表明AI對(duì)生物膜的形成具有重大意義，Jia Fang等[34]在研究中發(fā)現(xiàn)，AI-2添加量與細(xì)菌總數(shù)呈正相關(guān)，并且在生物膜形成、毒力和耐藥性中均發(fā)揮作用。等離子體可以使群體感應(yīng)信號(hào)分子失活，干擾毒力基因的表達(dá)。Flynn等[35]研究發(fā)現(xiàn)冷等離子體可以干擾革蘭氏陰性菌中群體感應(yīng)毒性因子的釋放，并且在冷等離子體處理下AHL被破壞，使得銅綠假單胞菌的毒性降低。同樣地，Li Yinglong等[36]在對(duì)糞腸球菌生物膜的研究中發(fā)現(xiàn)，等離子體活化水可以有效抑制糞腸球菌生物膜的形成，同時(shí)降低群體感應(yīng)相關(guān)毒力基因的表達(dá)。冷等離子體調(diào)節(jié)群體感應(yīng)信號(hào)分子和毒力因子的能力為其在各個(gè)領(lǐng)域抗生物膜的應(yīng)用開(kāi)辟了可能性。

4 冷等離子體抗生物膜活性的影響因素

冷等離子體對(duì)生物膜的抑制作用與其發(fā)生裝置和工藝參數(shù)密切相關(guān)，如處理時(shí)間、輸入電壓、頻率、冷等離子體源距生物膜的距離以及輸入氣體的組成成分等。

4.1 冷等離子體處理的工藝參數(shù)

輸入電壓是影響冷等離子體抗生物膜活性的重要因素，Patange等[37]研究了不同電壓水平下（60、70、80 kV）生物膜的失活效率，發(fā)現(xiàn)與60、70 kV相比，80 kV水平下顯示出更強(qiáng)的滅活作用，這可能是因?yàn)檩斎腚妷荷邔?dǎo)致活性物質(zhì)的密度不斷增加，使得對(duì)生物膜的破壞作用加大。此外，多項(xiàng)研究表明，冷等離子體對(duì)生物膜的抑制效果與處理時(shí)間成正比，并在一定的處理時(shí)間后保持不變[37-40]。Park等[41]的研究也證明，隨著處理時(shí)間延長(zhǎng)和輸入功率的增加，大腸桿菌生物膜的去除率明顯增加。在最長(zhǎng)處理時(shí)間10 min、最高輸入功率200 W作用下，生物膜的去除率最高。Czapka等[39]對(duì)金黃色葡萄球菌生物膜進(jìn)行冷等離子體處理10～300 s，發(fā)現(xiàn)在300 s時(shí)滅菌效果最好，細(xì)胞失活率為99.83%。但是在對(duì)大腸桿菌生物膜處理后得到了不同的結(jié)果，當(dāng)處理時(shí)間由10 s延長(zhǎng)至300 s時(shí)，滅菌效果并沒(méi)有明顯增強(qiáng)。可能的原因?yàn)?，外層死亡的大腸桿菌產(chǎn)生了屏蔽作用，阻礙了冷等離子體的進(jìn)一步滲透，因此冷等離子體對(duì)生物膜的破壞作用還應(yīng)與生物膜厚度有關(guān)。

此外，等離子體源距生物膜的距離也會(huì)影響生物膜的失活效率，Taghizadeh等[42]發(fā)現(xiàn)，與其他的使用距離（如9、10、11 mm）相比，8 mm處金黃色葡萄球菌生物膜的失活率最高?？赡芤?yàn)樵诠潭ǖ臍怏w流速下，改變等離子體噴嘴和樣品之間的距離，可以將不同劑量的光子和反應(yīng)活性物質(zhì)定向到目標(biāo)樣品上，對(duì)生物膜造成不同的破壞效果[43]。

4.2 冷等離子體氣體組成成分

冷等離子體對(duì)生物膜的破壞作用主要依賴(lài)于混合氣體中的活性物質(zhì)，活性物質(zhì)的種類(lèi)可以通過(guò)輸入氣體的類(lèi)型來(lái)決定。惰性氣體具有更好的穩(wěn)定性，如氦氣和氬氣等常應(yīng)用于冷等離子體滅活中。然而最近的研究表明在惰性氣體中添加O2有助于活性物質(zhì)的產(chǎn)生，提高滅菌能力。Dezest等[44]的研究也證明，與純He相比，當(dāng)中含體積分?jǐn)?shù)1% O2的He會(huì)對(duì)大腸桿菌生物膜結(jié)構(gòu)造成更嚴(yán)重的損傷，使胞內(nèi)蛋白質(zhì)出現(xiàn)大量氧化，滅活作用最強(qiáng)。這是由于He-O2冷等離子體環(huán)境中會(huì)有ROS物質(zhì)的生成，如單線(xiàn)態(tài)氧和臭氧。大多數(shù)細(xì)菌，特別是厭氧菌對(duì)ROS非常敏感[45]。等離子體產(chǎn)生的ROS物質(zhì)或含氧自由基可以通過(guò)生物膜基質(zhì)對(duì)膜內(nèi)細(xì)胞、蛋白質(zhì)和DNA鏈造成氧化損傷[46]。與單種氣體形成的冷等離子體相比，多種氣體基的冷等離子體具有更強(qiáng)的殺菌效果[20]。相比于單獨(dú)使用NO或H2O2，將NO和H2O2混合應(yīng)用會(huì)對(duì)大腸桿菌達(dá)到更好的滅菌效果[47]。此外，冷等離子體產(chǎn)生的RNS具有毒性，增加了DNA損傷從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

4.3 冷等離子體與生物膜的接觸方式

冷等離子體與生物膜的接觸方式主要分為直接接觸和間接接觸兩種[48]。直接接觸是指生物膜直接暴露在冷等離子體中（圖4A），在與冷等離子體直接接觸的情況下，生物膜暴露在高電場(chǎng)、帶電粒子和紫外線(xiàn)中[28]。高電場(chǎng)導(dǎo)致的電效應(yīng)會(huì)對(duì)生物膜產(chǎn)生破壞。此外，生物膜在電場(chǎng)下會(huì)發(fā)生收縮和擴(kuò)張，導(dǎo)致生物膜對(duì)抗生素的敏感性增加[48]。間接接觸是指生物膜放置在冷等離子體放電區(qū)域之外[28]（圖4B），傳遞到生物膜的熱量會(huì)有所減少，帶電粒子在到達(dá)生物膜之前會(huì)重新結(jié)合而不會(huì)發(fā)揮作用，而且許多壽命短的中性粒子也不會(huì)到達(dá)生物膜[49]。冷等離子體會(huì)產(chǎn)生一系列活性物質(zhì)，主要是ROS和RNS，但產(chǎn)生的活性物質(zhì)組成可能會(huì)因冷等離子體的產(chǎn)生方式而顯著不同。

圖4 用于生物膜去除的等離子體原理圖[48]Fig.4 Schematic diagram of cold plasma for biofilm removal[48]

4.4 生物膜厚度

冷等離子體對(duì)生物膜的抑制效果受生物膜厚度影響。冷等離子體的活性物質(zhì)可以穿透生物膜的厚度不同，大氣非平衡等離子體可以穿透15 μm厚的牙齦卟啉單胞菌生物膜，并且使細(xì)菌完全失活[50]；冷等離子體的活性物質(zhì)能夠穿透25.5 μm厚的糞腸球菌生物膜[51]。此外，Duan等[52]測(cè)定了等離子體產(chǎn)生的ROS和RNS能夠穿透的組織厚度，發(fā)現(xiàn)ROS在穿透過(guò)程中被大量消耗。其中500 μm厚的生物組織大約只有體積分?jǐn)?shù)5%的ROS可以穿過(guò)，然而體積分?jǐn)?shù)80%以上的RNS可以穿透500 μm厚的生物組織。此外，在一定的實(shí)驗(yàn)條件下，部分RNS可以穿透1.25 mm厚的生物組織。然而，這些研究受到培養(yǎng)生物膜最終厚度的限制，并不能夠完全代表生物膜內(nèi)等離子體的滲透極限，還可能因細(xì)菌種類(lèi)差異受到影響。

4.5 生物膜的生長(zhǎng)時(shí)間

多項(xiàng)研究表明，冷等離子體對(duì)生物膜的抑制效果與生物膜的生長(zhǎng)時(shí)間有關(guān)，Govaert等[45]培養(yǎng)了5 種不同生長(zhǎng)時(shí)間（1、2、3、7、10 d）的單核細(xì)胞增生李斯特氏菌和鼠傷寒沙門(mén)氏菌生物膜?？疾炝松锬どL(zhǎng)時(shí)間對(duì)失活動(dòng)力學(xué)的影響，發(fā)現(xiàn)隨著生物膜培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，兩種生物膜對(duì)大氣冷等離子體的抵抗能力都有所增加，與1 d的對(duì)照組相比，滅活效率明顯降低。然而在對(duì)沙門(mén)氏菌生物膜的處理中得到了相反的結(jié)果，在頻率、處理時(shí)間和距離相同的條件下，冷等離子體處理對(duì)培養(yǎng)1、2、3 d沙門(mén)氏菌生物膜的滅活效果是相似的，沒(méi)有出現(xiàn)顯著差異。這可能是因?yàn)樵诶涞入x子體滅菌前，對(duì)生物膜進(jìn)行了10 min的空氣干燥處理，使沙門(mén)氏菌生物膜的抵抗力有所增加[46]。

4.6 生物膜的黏附面性質(zhì)

微生物污染可能發(fā)生在食品加工的各個(gè)環(huán)節(jié)，如食物采摘、食品加工、包裝運(yùn)輸和貯藏零售等。根據(jù)附著表面的性質(zhì)不同，微生物最終會(huì)形成不同的生物膜結(jié)構(gòu)。例如銅綠假單胞菌在不銹鋼表面形成的生物膜呈蘑菇狀結(jié)構(gòu)，夾層較薄，而在聚碳酸酯上形成的生物膜比在不銹鋼上形成的更加致密，較厚的細(xì)胞層以相同的蘑菇狀連接[20]。此外，冷等離子體對(duì)生物膜的抑制效果也會(huì)因黏附面特征不同而出現(xiàn)差異。Gabriel等[47]研究了大氣冷等離子體對(duì)銅綠假單胞菌生物膜滅菌效果的影響，實(shí)驗(yàn)中選擇了兩種類(lèi)型的不銹鋼（304和306）和3 種不同的表面光潔度。研究發(fā)現(xiàn)，在相同的表面光潔度下，不同類(lèi)型的不銹鋼之間滅菌效果沒(méi)有顯著差異；當(dāng)不銹鋼類(lèi)型一定時(shí)，微生物D值（指在一定溫度下，活菌數(shù)減少一個(gè)對(duì)數(shù)周期（即90%的活菌被殺死）所需要的時(shí)間）會(huì)隨著表面光潔度的不同而發(fā)生變化。這一結(jié)果表明在一定條件下，材料的表面性質(zhì)會(huì)影響冷等離子體對(duì)生物膜的作用效果。

5 冷等離子體抗生物膜作用在食品中的應(yīng)用

使用傳統(tǒng)的殺菌技術(shù)去除生物膜具有局限性，還可能破壞食品的品質(zhì)，影響產(chǎn)品價(jià)值。因此尋找綠色環(huán)保的抗生物膜技術(shù)迫在眉睫。大部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，冷等離子體技術(shù)對(duì)生物膜的抑制效果良好，并且對(duì)食品的感官特征沒(méi)有不良影響，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)殺菌方式的很多缺陷。在對(duì)草莓和菠菜進(jìn)行大氣冷等離子體處理時(shí)，冷等離子體表現(xiàn)出良好的抑菌效果，同時(shí)并未對(duì)食品品質(zhì)產(chǎn)生不良影響，且可有效延長(zhǎng)食品保質(zhì)期[53]。Lin Lin等[54]研究了在禽蛋保鮮過(guò)程中通入氮?dú)饫潆x子體對(duì)鼠傷寒沙門(mén)氏菌生物膜的抑制作用，發(fā)現(xiàn)氮?dú)饫涞入x子體有效地殺滅了蛋殼上形成的鼠傷寒沙門(mén)氏菌生物膜，并且使禽蛋在貯藏過(guò)程中具有較好的品質(zhì)，有利于禽蛋的保存。Frías等[55]發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)熱處理相比，經(jīng)冷等離子體滅菌處理的豆腐具有更良好的質(zhì)地，同時(shí)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的損失更少。Li Xiaoan等[56]發(fā)現(xiàn)冷等離子體處理火龍果（60 kV、5 min）可以顯著抑制鮮切火龍果中好氧細(xì)菌增長(zhǎng)，增加酚類(lèi)物質(zhì)的積累并提高火龍果的抗氧化活性。

然而，冷等離子體處理可能會(huì)對(duì)高脂質(zhì)食品產(chǎn)生不良影響，因?yàn)槔涞入x子體對(duì)生物膜的去除主要依賴(lài)于自由基活性基團(tuán)，而這些活性基團(tuán)可能會(huì)攻擊不飽和鍵，使食品中脂質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，從而出現(xiàn)不良的感官特征，影響食品風(fēng)味。Kim等[57]在使用冷等離子體技術(shù)處理豬里脊肉時(shí)，檢測(cè)到丙二醛的產(chǎn)生，影響了最終產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)和感官特性。Choi等[58]研究發(fā)現(xiàn)將冷等離子體作用于魷魚(yú)絲來(lái)控制微生物污染時(shí)，硫代巴比妥酸反應(yīng)物值隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，但產(chǎn)品的顏色、質(zhì)地和風(fēng)味等并未受到顯著影響。Sarangapani等[59]發(fā)現(xiàn)將處理時(shí)間控制在0.5 h以?xún)?nèi)，經(jīng)冷等離子體處理的牛肉不含脂質(zhì)氧化產(chǎn)物，而長(zhǎng)時(shí)間的處理則會(huì)使牛肉發(fā)生脂質(zhì)氧化。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要對(duì)冷等離子體的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化并選擇適當(dāng)?shù)氖称奉?lèi)型，以最大程度地減輕冷等離子體對(duì)食品感官品質(zhì)的負(fù)面影響。

6 結(jié) 語(yǔ)

冷等離子體作為一種新型的非熱殺菌技術(shù)可以有效降低生物膜活性，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)殺菌技術(shù)對(duì)生物膜處理的局限性，而且操作簡(jiǎn)單、能耗低，對(duì)食品的顏色、質(zhì)地和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值影響較小，具有很好的發(fā)展前景。在后續(xù)的研究中可以與抗氧化處理相結(jié)合，以減少ROS等成分對(duì)食品造成的氧化損傷，保障食品的功能性和安全性。總之，冷等離子體的出現(xiàn)為食品行業(yè)控制生物膜污染提供了更多選擇，促進(jìn)了食品行業(yè)的發(fā)展。