劉雅夫，符騰飛，劉宸成，陳姑，王佳媚

（海南大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，海南?？?570000）

在過去幾十年中，人們對(duì)健康生活方式的需求日益增加，這刺激了對(duì)生鮮類或低加工食品的市場需求[1]。然而，生鮮類食品受微生物污染存在安全隱患，傳統(tǒng)熱殺菌方法處理會(huì)降低其感官品質(zhì)，因此，開發(fā)非熱殺菌是解決生鮮食品殺菌技術(shù)的關(guān)鍵。近年來，低溫等離子體作為一種新型的冷殺菌技術(shù)正受到越來越多的關(guān)注。低溫等離子體設(shè)備運(yùn)行成本低，能夠產(chǎn)生多種高活性殺菌成分，殺菌效率高且反應(yīng)后無殘留，同時(shí)，處理過程中保持接近室溫的溫度，不會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成熱力損傷，可以很好的應(yīng)用于生鮮食品[2-3]。

等離子體激發(fā)過程中的化學(xué)反應(yīng)非常復(fù)雜，涉及上千個(gè)反應(yīng)，它們的壽命從數(shù)納秒到數(shù)小時(shí)不等[4]。通常認(rèn)為在等離子體殺菌過程中起主要作用的成分，包括活性氧物質(zhì)（如H2O2、O3、O2-·、HO2·、RO·、ROO·、1O2、·OH 和CO3-·）和活性氮（如·NO、·NO2、ONOO-、OONOH、ROONO）[5]、帶電粒子、紫外線輻射和電場等[6]。這些活性物質(zhì)形成的反應(yīng)過程，包括電子碰撞過程（振動(dòng)、激發(fā)、解離、附著和電離）、離子-離子中和、離子分子反應(yīng)、潘寧電離、猝滅、三體中性復(fù)合和中性化學(xué)，光電發(fā)射、光吸收和光電離等[7]。形成的活性氧、活性氮以及各種反應(yīng)會(huì)對(duì)微生物的DNA、細(xì)胞內(nèi)成分（蛋白質(zhì)、脂類、碳水化合物）以及細(xì)胞膜和細(xì)胞壁（孔隙形成、滲透和破壞）造成損傷，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)成分泄漏，最終引起細(xì)胞死亡[8-9]。低溫等離子體中的活性物質(zhì)及其含量受多種因素影響，如等離子體激發(fā)介質(zhì)氣體成分、等離子體激發(fā)裝置的類型、輸入功率、處理時(shí)間和濕度水平等[10]。目前，關(guān)于低溫等離子體對(duì)微生物細(xì)胞的作用機(jī)制尚為完全統(tǒng)一。

金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，S.aureus，G+），是一種常見的的人畜共患病病原菌，廣泛分布于各種食品中，能產(chǎn)生腸毒素，可引起急性腸胃炎[11-12]。銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa，P.aeruginosa，G-），對(duì)化學(xué)藥物的抵抗力比一般革蘭氏陰性菌強(qiáng)，廣泛存在于水、土壤、空氣和動(dòng)物機(jī)體中[13]，常會(huì)引起呼吸系統(tǒng)感染、腸道傳染病感染和傷口形成綠色膿液等[14-15]癥狀。

介質(zhì)阻擋放電（Dielectric Barrier Discharge，DBD）是最常用的大氣壓下產(chǎn)生低溫離子體技術(shù)，本研究中采用此技術(shù)處理菌懸液，研究不同處理?xiàng)l件因素影響，分析低溫等離子體的殺菌效果，通過Linear、Weibull和Log-linear+Shoulder+Tail 三種殺菌動(dòng)力學(xué)模型，擬合低溫等離子體對(duì)S.aureus和P.aeruginosa的殺菌動(dòng)力學(xué)曲線，分析均方根誤差（RMSE）、決定系數(shù)（R2）、精確因子（Af）和偏差因子（Bf）評(píng)價(jià)三種模型的擬合效果，旨在篩選出最適合描述低溫等離子體殺菌過程的動(dòng)力學(xué)模型，為食品殺菌技術(shù)提供理論指導(dǎo)[16]。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

金黃色葡萄球菌（S.aureus，ATCC 6538）購自廣東環(huán)凱微生物科技有限公司；銅綠假單胞菌（P.aeruginosa，CICC 21643）購自中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心。

營養(yǎng)肉湯（NB）和平板計(jì)數(shù)瓊脂（PCA），青島海博生物技術(shù)有限公司；PBS 緩沖液，北京白鯊易科技有限公司；氯化鈉分析純，廣州化學(xué)試劑廠。

PL303 電子分析天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；722G 紫外可見光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限公司；GHP-9160 隔水式恒溫培養(yǎng)箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；TGL-16MS 型臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)，上海盧湘儀離心機(jī)儀器有限公司；BK130/36 高壓電轉(zhuǎn)換器，美國PHENIX 公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 培養(yǎng)基配制

液體培養(yǎng)基，稱取營養(yǎng)肉湯（NB）1.8 g，溶于100 mL 蒸餾水中，121 ℃高壓滅菌15 min。固體培養(yǎng)基，稱取平板計(jì)數(shù)瓊脂（PCA）23.5 g，溶于1000 mL蒸餾水中，121 ℃高壓滅菌15 min。

1.2.2 菌懸液制備

用接種環(huán)挑取保存于斜面的菌株接種到液體培養(yǎng)基中，36 ℃培養(yǎng)8.0 h，在4 ℃下6000 r/min離心15 min后，收集菌體，用0.01 mol/L 無菌PBS 緩沖液洗3 次，最后懸浮于0.01 mol/L 無菌PBS 緩沖液中，制成菌體懸液，使用分光光度計(jì)分別測量兩種菌體懸液的OD600，用0.01 mol/L 無菌PBS 緩沖液調(diào)整菌液濃度至1×108CFU/mL 左右備用。

1.2.3 低溫等離子體處理

分別取3.0 mL 菌懸液樣品置于無菌培養(yǎng)皿（直徑30 mm）中，置于包裝盒中間，充氣密封后進(jìn)行低溫等離子體處理，處理后取樣測定菌落數(shù)量。

低溫等離子體處理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：

第一組處理時(shí)間分別為30、60、90、120、150 s，處理后靜置0 h；

第二組處理后靜置1 h，其它條件同第一組；

第三組處理后靜置2 h，其它條件同第一組；

第四組N2:O2分別為80:20、65:35、50:50、35:65、20:80，處理后靜置2 h；

第五組介質(zhì)阻擋板分別為1、2、4、6、8、10 mm，處理后靜置2 h；

第六組處理電壓分別為45、55、65、75、85 kV，處理后靜置2 h。

1.2.4 微生物計(jì)數(shù)

參照GB 4789.2-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)菌落總數(shù)測定》操作。取1 mL 樣品，進(jìn)行10 倍系列梯度稀釋，取100 μL 于平板計(jì)數(shù)培養(yǎng)基上涂布涂勻，于36 ℃培養(yǎng)72 h 后進(jìn)行計(jì)數(shù)，菌落數(shù)量采用CFU/mL 計(jì)數(shù)。

1.3 動(dòng)力學(xué)模型擬合

1.3.1 Linear 模型

式中：

N——處理后樣品的菌落數(shù)，CFU/mL；

N0——處理前樣品的菌落數(shù)，CFU/mL；

t——處理時(shí)間，s；

D 為減少90%的活菌所需要的時(shí)間，s。

1.3.2 Weibull 模型

式中：

b——表示比例因子；

n——表示形狀因子。

1.3.3 Log-linear+Shoulder+Tail 模型

式中：

Nres——抗逆性更強(qiáng)的微生物亞群，CFU/mL；

Kmax——最大殺菌速率，1/s；

tl——肩部的時(shí)間長度，s。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次，以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差匯報(bào)結(jié)果。采用SPSS Statistics 23 和Excel 2019 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和方差分析（ANOVA），使用Origin 2018 對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行模型擬合，通過比較均方根誤差（RMSE）、決定系數(shù)（R2）、準(zhǔn)確度因素（Af）和偏移因素（Bf）四個(gè)參數(shù)來篩選模型。RMSE 和R2表示模型的擬合度，R2越接近1，RMSE 越小，說明模型的擬合度越高。Af表示實(shí)測值與預(yù)測值間的偏離度，Af越小模型擬合度越高；Bf表示實(shí)測值與預(yù)測值間的大小關(guān)系，Bf越接近1 模型擬合度越高。RMSE、Af和Bf計(jì)算公式如下：

式中：

α——預(yù)測值；

β——實(shí)測值；

n——實(shí)驗(yàn)值個(gè)數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同低溫等離子體處理?xiàng)l件對(duì)殺菌效果影響

2.1.1 處理后放置時(shí)間對(duì)殺菌效果影響

由圖1 和圖2 可知，S.aureus和P.aeruginosa菌落總數(shù)隨處理時(shí)間延長而逐漸降低，處理后放置時(shí)間對(duì)菌落總數(shù)影響明顯。處理后放置不同時(shí)間時(shí)，S.aureus和P.aeruginosa菌落數(shù)隨著放置時(shí)間的延長而降低。S.aureus和P.aeruginosa的菌落數(shù)分別從1.02×108CFU/mL 和 1.12×108CFU/mL減少至1.00×107CFU/mL 和1.12×106CFU/mL，殺菌率分別為90.00%和98.99%，當(dāng)其他條件不變，處理后放置2 h 時(shí)，S.aureus和P.aeruginosa的菌落數(shù)分別從1.01×108CFU/mL 和 1.07×108CFU/mL 減少至9.86×106CFU/mL 和4.17×105CFU/mL，殺菌率分別為90.27%和99.61%。

圖1 低溫等離子體處理時(shí)間對(duì)S.aureus 的殺菌曲線Fig.1 Bactericidal curve of S.aureus treated by cold plasma treatment time

圖2 低溫等離子體處理時(shí)間對(duì)P.aeruginosa 的殺菌曲線Fig.2 Bactericidal curve of P.aeruginosa treated by cold plasma treatment time.

在樣品處理后放置0 h 的情況下，S.aureus和P.aeruginosa的菌落數(shù)量都隨著處理時(shí)間延長而減少，呈現(xiàn)明顯“肩部”，當(dāng)處理時(shí)間超過60 s，菌落數(shù)量都快速下降。當(dāng)樣品處理后放置時(shí)間延長至1 h 時(shí)，S.aureus和P.aeruginosa的菌落數(shù)量隨處理時(shí)間延長成直線下降趨勢，“肩部”消失。

當(dāng)樣品處理后放置時(shí)間延長至2 h 時(shí)，S.aureus和P.aeruginosa的菌落數(shù)量快速減少，經(jīng)相同時(shí)間處理的S.aureus和P.aeruginosa，其菌落減少量超過處理后放置0 h 的組。但當(dāng)處理時(shí)間大于30 s 后，S.aureus的菌落數(shù)量下降趨勢減緩，和處理后放置0 h的組差距減小。

延長處理時(shí)間，能夠增加低溫等離子體中活性成分含量以及它們與菌體作用時(shí)間，從而增加對(duì)菌體的損傷，增強(qiáng)殺菌效果。由于低溫等離子體中的活性成分半衰期不同[17]，與菌體作用會(huì)有一系列鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，因此，延長處理后的放置時(shí)間能夠適度增強(qiáng)殺菌效果。隨著處理后的放置時(shí)間延長，包裝內(nèi)的活性成分與細(xì)菌細(xì)胞快速反應(yīng)后濃度下降甚至消失，此時(shí)再繼續(xù)延長處理后的放置時(shí)間將難以繼續(xù)降低細(xì)菌的數(shù)量。不同菌株之間對(duì)低溫等離子體處理的敏感度不同，其原因可能和革蘭氏陽性菌與革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁的差異有關(guān)[18]，革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁較薄而疏松，革蘭氏陽性菌相比革蘭氏陰性菌有更厚的細(xì)胞壁、更致密的肽聚糖層和大量磷壁酸，使具有殺菌作用的活性成分很難穿透[19]，因此S.aureus比P.aeruginosa更難被低溫等離子體殺死。

2.1.2 氧氣濃度、處理電壓和介質(zhì)厚度對(duì)殺菌效果的影響

如圖3 所示，隨著包裝內(nèi)氧氣濃度增加，低溫等離子體處理后S.aureus和P.aeruginosa的菌落數(shù)量逐漸降低，當(dāng)濃度超過65%時(shí)，兩種細(xì)菌的菌落數(shù)量降低緩慢。低溫等離子體對(duì)S.aureus和P.aeruginosa的殺菌率隨著氧氣濃度增加而逐漸增加。相同處理?xiàng)l件下，P.aeruginosa的殺菌率達(dá)到99.99%，而S.aureus的殺菌率低于90.00%。兩種細(xì)菌對(duì)低溫等離子體處理?xiàng)l件的敏感度有顯著差異，P.aeruginosa更容易被殺死。原子氧、單線態(tài)氧在等離子體殺菌中占有重要位置，而工作氣體中氧氣濃度對(duì)其含量造成顯著影響[17]，但相同功率下，當(dāng)氧氣濃度達(dá)到一定值時(shí)，低溫等離子體能夠激發(fā)生成的含氧活性物質(zhì)含量也是一定的，繼續(xù)提高氧氣濃度并不會(huì)生成更多的含氧活性物質(zhì)，所以再提高氧氣濃度時(shí)殺菌效果提高不明顯[20]。

圖3 氧氣濃度對(duì)低溫等離子體殺菌效果的影響Fig.3 Effect of oxygen concentration on bactericidal efficacy of cold plasma

處理電壓對(duì)低溫等離子體殺菌作用影響如圖4 所示，隨著處理電壓升高，S.aureus和P.aeruginosa的菌落數(shù)量逐漸下降。當(dāng)處理電壓升高至85 kV 時(shí)，P.aeruginosa被完全殺滅，而S.aureus的菌落數(shù)量減少了1.21 logCFU/mL。相似結(jié)果在其它菌株有報(bào)到，當(dāng)電壓升高，激發(fā)形成等離子體的能量增加，NOx生成量增加，而NOx濃度的增加有利于HNOx(x=1，4)的生成，NOx及其與水的反應(yīng)產(chǎn)物HNOx(x=1，4)具有重要的殺菌作用[21]，也有研究表明隨著電壓的提高，更多的高能電子可以直接與液體表面發(fā)生碰撞，從而使具有殺菌作用的活性物質(zhì)直接作用到液體中，對(duì)細(xì)菌的損傷作用增強(qiáng)，導(dǎo)致更多菌體死亡[17]。在本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)電壓為85 kV 時(shí)可獲得最佳的處理效果，但同時(shí)會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)電弧擊穿介質(zhì)阻擋板的現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致電壓電流劇烈波動(dòng)，同時(shí)嚴(yán)重消耗介質(zhì)阻擋板的使用壽命，因此在擬合分析中采用75 kV 的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

圖4 處理電壓對(duì)低溫等離子體殺菌效果的影響Fig.4 Effect of treatment voltage on bactericidal efficacy of cold plasma

本研究采用DBD 系統(tǒng)，阻擋介質(zhì)是此系統(tǒng)中的重要組成部分。如圖5 所示，阻擋介質(zhì)厚度變化對(duì)低溫等離子體殺菌效果影響明顯。當(dāng)阻擋介質(zhì)的厚度逐漸增加，低溫等離子體對(duì)S.aureus和P.aeruginosa的殺菌效果逐漸減弱。當(dāng)阻擋介質(zhì)的厚度從1 mm 增加至10 mm，低溫等離子體處理后S.aureus和P.aeruginosa的殺菌率分別減少了57.87%和8.56%。隨著阻擋介質(zhì)板厚度的增加，相同的電壓下，電流變小，等離子體激發(fā)生成殺菌活性物質(zhì)含量變小，殺菌效果也相應(yīng)變?nèi)酢?/p>

圖5 介質(zhì)厚度對(duì)低溫等離子體殺菌效果的影響Fig.5 Effect of medium thickness on bactericidal efficacy of cold plasma

2.2 殺菌模型曲線擬合

采用Linear 模型、Weibull 模型和Log-linear+ Shoulder+Tail 模型針對(duì)低溫等離子體處理后放置0 h、1 h 和2 h 的殺菌效果分別進(jìn)行動(dòng)力學(xué)曲線擬合，S.aureus和P.aeruginosa的菌落擬合曲線分別見圖6 和圖7。

圖6 Linear、Weibull 和Log-linear+Shoulder+Tail 模型對(duì)S.aureus 的擬合曲線Fig.6 Fitting curve of S.aureus by Linear,Weibull and Log-linear+Shoulder+Tail models

圖7 Linear、Weibull 和Log-linear+Shoulder+Tail 模型對(duì)P.aeruginosa 的擬合曲線Fig.7 Fitting curve of P.aeruginosa by Linear,Weibull and Log-linear+Shoulder+Tail models

圖6 和圖7 所示，處理后的放置時(shí)間從0 h 增加到2 h，S.aureus和P.aeruginosa的殺菌曲線逐漸從向上凸（有明顯“肩部”）變?yōu)橄蛳峦?，這是處理后放置過程中包裝內(nèi)的低溫等離子體與細(xì)菌菌體充分反應(yīng)導(dǎo)致的。而隨著處理時(shí)間延長，包裝盒內(nèi)低溫等離子體含量增多，殺菌效果增強(qiáng)，處理后放置與否對(duì)殺菌效果的影響減小。因此，隨著處理時(shí)間延長，當(dāng)處理時(shí)間超過 150 s 時(shí)，Weibull 模型擬合曲線和Log-linear+Shoulder+Tail 模型擬合曲線的形狀將逐漸趨于一致。

2.3 擬合模型評(píng)價(jià)

三種動(dòng)力學(xué)模型對(duì)S.aureus和P.aeruginosa殺菌的擬合參數(shù)見表1 和表2，S.aureus和P.aeruginosa經(jīng)處理后放置0 h、1 h、2 h 的擬合參數(shù)R2、RMSE、Af和Bf如表3 和表4 所示。

表1 三種動(dòng)力學(xué)模型對(duì)S.aureus 的擬合參數(shù)Table 1 Kinetic parameters of three fitting models for inactivation of S.aureus by cold plasma

表2 三種動(dòng)力學(xué)模型對(duì)P.aeruginosa 的擬合參數(shù)Table 2 Kinetic parameters of three fitting models for inactivation of P.aeruginosa by cold plasma

如表3 所示，S.aureus經(jīng)處理后放置1 h，進(jìn)行Linear、Weibull 和Log-linear+1Shoulder+Tail 模型擬合的R2值分別為0.989、0.991 和0.991；處理后放置0 h、2 h 時(shí)，三種模型的R2值分別為0.926、0.975、0.995和0.612、0.999、0.997。由此可見，在處理時(shí)間為0 s到150 s 的區(qū)間內(nèi)，處理后放置時(shí)間為0 h 和2 h 時(shí)，Weibull和Log-linear+Shoulder+Tail模型都可以較好的描述低溫等離子體滅菌曲線，而當(dāng)處理后放置時(shí)間為1 h 時(shí)三種模型的R2、RMSE、Af和Bf的值非常接近，所以三種模型都可以較好地描述這一過程。對(duì)于0 h和2 h 的情況，在放置0 h 時(shí)Log-linear+Shoulder+Tail模型略優(yōu)于Weibull 模型,而放置2 h 時(shí)則相反。由表3可知，Weibull 模型與Log-linear+Shoulder+Tail 模型的擬合參數(shù)R2、RMSE、Af和Bf整體上較為接近。但是在放置0 h 時(shí)Log-linear+Shoulder+Tail 模型相對(duì)于Weibull 模型的RMSE 和Af更小，說明Log-linear+ Shoulder+Tail 模型預(yù)測的平均精確度更高，離散程度更低，同時(shí)R2更接近于1。P.aeruginosa的相關(guān)數(shù)據(jù)如表4 所示，其情況與上述對(duì)S.aureus的分析相似。因此，在放置0 h 時(shí)Log-linear+Shoulder+Tail 模型可以更好的描述低溫等離子體對(duì)S.aureus和P.aeruginosa的滅菌動(dòng)力學(xué)過程。而放置2 h 時(shí)則情況相反，Weibull 模型的擬合效果更好。

表3 三種模型對(duì)S.aureus 的殺菌曲線擬合參數(shù)Table 3 Fitting parameters of three fitting models for inactivation of S.aureus by cold plasma

表4 三種模型對(duì)P.aeruginosa 的殺菌曲線擬合參數(shù)Table 4 Fitting parameters of three fitting models for inactivation of P.aeruginosaby cold plasma

為了比較Linear、Weibull 和Log-linear+Shoulder +Tail 模型擬合方程的預(yù)測值和實(shí)測值之間的差異，以實(shí)測值和預(yù)測值分別為橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)作相關(guān)性圖。

當(dāng)曲線斜率和相關(guān)性系數(shù)越接近1，方程截距越趨于0，表明實(shí)測值和預(yù)測值的一致性越好。如圖8所示，S.aureus處理后放置0 h 時(shí)，Weibull 模型的預(yù)測值與實(shí)測值線性回歸方程為：y=0.9634x+0.2737（R2=0.975），Log-linear+Shoulder+Tail 模型的預(yù)測值與實(shí)測值線性回歸方程：y=0.9945 x+0.0413（R2=0.994）。Log-linear+Shoulder+Tail 模型的回歸方程斜率和相關(guān)系數(shù)都超過0.990，截距為0.0413，表明此模型比Weibull 模型更符合實(shí)際殺菌過程。處理后放置1 h時(shí)，Linear、Weibull和Log-linear+Shoulder+Tail模型預(yù)測值與實(shí)測值線性回歸方程分別為：y=0.9717x+0.2073（R2=0.989），y=0.9924x+0.0576（R2=0.991），y=0.9966x+0.0246（R2=0.991），三種模型的回歸方程曲線斜率、相關(guān)性系數(shù)和方程截距都很接近，其中Log-linear+Shoulder+Tail 模型在數(shù)值上略優(yōu)。處理后放置2 h 時(shí)，Weibull 模型的預(yù)測值與實(shí)測值線性回歸方程：y=1.0001x-0.0012（R2=0.999），Log-linear+Shoulder+Tail 模型預(yù)測值與實(shí)測值線性回 歸方程：y=1.0005x-0.0038（R2=0.997），Weibull 模型預(yù)測值和實(shí)測值的回歸方程斜率為1.0001，相關(guān)系數(shù)R2為0.999，均比Log-linear+Shoulder+Tail 模型更趨于1，截距為-0.0012，也更趨于0，這表明處理后放置2 h 時(shí)，Weibull 模型比Log-linear+Shoulder+Tail 模型更符合實(shí)際殺菌過程。

圖8 S.aureus 在處理后放置不同時(shí)間時(shí)Linear、Weibull 和Log-linear+Shoulder+Tail 模型的預(yù)測值和實(shí)測值相關(guān)性Fig.8 The correlation between predicted and measured values of Linear,Weibull and Log-linear+Shoulder+Tail models when S.aureusis placed at 0 h,1 h and 2 h after treatment

如圖9 所示，P.aeruginosa的模型擬合情況與S.aureus相似。綜上所述，對(duì)S.aureus和P.aeruginosa來說，在處理后放置0 h 和1 h 時(shí)Log-linear+Shoulder +Tail 模型最適合描述殺菌過程，在處理后放置2 h 時(shí)Weibull 模型最適合描述殺菌過程。

圖9 P.aeruginosa 在處理后放置不同時(shí)間時(shí)Linear、Weibull和Log-linear+Shoulder+Tail 模型的預(yù)測值和實(shí)測值相關(guān)性Fig.9 The correlation between predicted and measured values of Linear,Weibull and Log-linear+Shoulder+Tail models when P.aeruginosa is placed at 0 h,1 h and 2 h after treatment

3 結(jié)論

3.1 在O2:N2=65:35、75 kV、2 mm 阻擋介質(zhì)的情況下，使用低溫等離子體處理30、60、90、120、150 s時(shí)，無論處理后放置0 h、1 h 還是2 h 均可顯著降低初始濃度為1.00×108CFU/mL 左右的S.aureus和P.aeruginosa的殘存菌落數(shù)量（p＜0.05）。處理時(shí)間越長，殺菌效果越好。在處理150 s，處理后放置0 h 的情況下，對(duì)S.aureus和P.aeruginosa的殺菌率分別為90.00%和98.99%，當(dāng)其他條件不變，處理后放置2 h時(shí)，對(duì)S.aureus和P.aeruginosa的殺菌率分別提高至90.27%和99.61%。雖然阻擋介質(zhì)厚度越小殺菌效果越好，但同時(shí)介質(zhì)的老化速度也會(huì)越快，所以要根據(jù)實(shí)際需求選擇。

3.2 低溫等離子體對(duì)S.aureus和P.aeruginosa的殺菌效果受處理電壓、處理時(shí)間、阻擋介質(zhì)厚度、處理后放置時(shí)間等多種因素影響明顯，提高處理電壓、延長處理時(shí)間和處理后放置時(shí)間能夠顯著（p＜0.05）增強(qiáng)殺菌效果。當(dāng)處理?xiàng)l件為O2:N2=65:35、85 kV、150 s、2 mm 阻擋介質(zhì)、處理后放置2 h 時(shí)，可獲得最佳的處理效果，可使?jié)舛葹?.16×108CFU/mL 的S.aureus減少 94.61%，并且能夠完全殺死濃度為 0.75×108CFU/mL 的P.aeruginosa。雖然當(dāng)電壓為85 kV 時(shí)可獲得最佳的處理效果，但同時(shí)會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)電弧擊穿介質(zhì)阻擋板的現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致電壓電流劇烈波動(dòng)，同時(shí)嚴(yán)重消耗介質(zhì)阻擋板的使用壽命，因此本實(shí)驗(yàn)采用75 kV 的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析。

3.3 處理后放置時(shí)間從0 h 增加到2 h，殺菌擬合曲線逐漸從向上凸轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛳峦?，肩部逐漸消失。延長處理時(shí)間，Weibull 模型的擬合曲線可能會(huì)變得更接近Log-linear+Shoulder+Tail 模型的擬合曲線，因此，具有Shoulder+Log-linear、Log-linear+Tail、Log-linear+ Shoulder+Tail 三種變形的Log-linear+Shoulder+Tail 模型，適用范圍更廣，更符合低溫等離子體殺菌過程菌的預(yù)測。