低溫等離子體技術(shù)及其在水產(chǎn)品加工中的應(yīng)用

朱士臣，陳小草，柯志剛，張 琦，丁玉庭，3，周緒霞，3*

（1 浙江工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 杭州 310014 2 國(guó)家遠(yuǎn)洋水產(chǎn)品加工技術(shù)研發(fā)分中心（杭州） 杭州 310014 3 海洋食品精深加工關(guān)鍵技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心 遼寧大連 116034）

水產(chǎn)品具有水分含量高、肉質(zhì)柔軟、內(nèi)源酶活性強(qiáng)等特點(diǎn)，在加工和貯藏過(guò)程中容易在微生物和酶的作用下發(fā)生腐敗變質(zhì)[1]。脫水干制和低溫凍藏是保藏水產(chǎn)品的主要方法，然而干制品品質(zhì)與其包裝方式和貯藏環(huán)境密切相關(guān)。在低溫凍藏過(guò)程中，部分耐冷菌能適應(yīng)低溫環(huán)境，以水產(chǎn)品為營(yíng)養(yǎng)源繼續(xù)生長(zhǎng)繁殖，致產(chǎn)品腐敗變質(zhì)，而通過(guò)合適的預(yù)處理方法對(duì)水產(chǎn)品進(jìn)行減菌處理可以提高其在凍藏期間的品質(zhì)穩(wěn)定性[2-3]。低溫等離子體技術(shù)（Non-thermal plasma，NTP） 是新近發(fā)展起來(lái)的一種新型的食品預(yù)處理手段，具有對(duì)食品組分破壞性小、殺菌效率高、作用時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，已成功應(yīng)用于肉制品保藏和果蔬殺菌保鮮等領(lǐng)域[4]。

近年來(lái)，NTP 技術(shù)在水產(chǎn)品中的應(yīng)用越來(lái)越受到關(guān)注[5-6]。除了用于水產(chǎn)品殺菌以提高水產(chǎn)品安全性外，NTP 還能延緩黑變，降低其致敏性，減少腌制過(guò)程中亞硝酸鹽的添加量，而且可以應(yīng)用于不同水分含量的水產(chǎn)品，如干制品、半干制品和鮮活產(chǎn)品的預(yù)處理，以提高其感官評(píng)分及總體可接受性[7-9]。雖然NTP 技術(shù)具備較好的殺菌效果和非熱處理優(yōu)勢(shì)，但其在放電過(guò)程中產(chǎn)生的自由基會(huì)誘導(dǎo)蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的氧化反應(yīng)，在一定程度上降低水產(chǎn)品加工品質(zhì)[10]。在NTP 技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)嚴(yán)格控制其工作條件，以最大程度降低其對(duì)水產(chǎn)品品質(zhì)的不利影響。本文總結(jié)了低溫等離子體的產(chǎn)生方式以及作用機(jī)理，重點(diǎn)論述低溫等離子體在水產(chǎn)品中的應(yīng)用，并探討其對(duì)水產(chǎn)品組分的影響及相應(yīng)控制手段，為NTP 在水產(chǎn)品中的科學(xué)應(yīng)用提供參考。

1 低溫等離子體技術(shù)

1.1 低溫等離子體的基本概念

等離子體是在高溫、電磁場(chǎng)等高能量作用下電離空氣或稀有氣體等產(chǎn)生的一系列基本態(tài)或激發(fā)態(tài)的中性帶電活性物質(zhì)（原子、離子、電子和光子）的集合。由于系統(tǒng)中正負(fù)電荷總數(shù)相等，呈電中性，故稱(chēng)其為等離子體，也被稱(chēng)為第四態(tài)物質(zhì)[11]。根據(jù)等離子體產(chǎn)生方式的不同，可分為高溫等離子體和低溫等離子體。前者是將氣體加熱到1 000 K以上的高溫，形成溫度高達(dá)106～108K 的高溫等離子體，因此這種方法不適用于易揮發(fā)及熱敏性食品的加工[12]。由于高溫等離子體中的電子溫度Te、等離子體溫度Tg以及重粒子溫度Ti基本相等，因此高溫等離子體屬于熱力學(xué)平衡等離子體。而低溫等離子體是通過(guò)施加高能量電場(chǎng)，破壞氣體原有的平衡狀態(tài)，形成接近環(huán)境溫度的低溫等離子體。由于低溫等離子體整個(gè)體系宏觀表現(xiàn)為常溫狀態(tài)，在一定程度上避免了溫度過(guò)高對(duì)食品組分的破壞作用。與高溫等離子的熱平衡特性不同，低溫等離子體可分為熱力學(xué)平衡的熱等離子體（103～105K）和非熱力學(xué)平衡的冷等離子體（電子溫度為3×102～105K）[13]。

低溫等離子體包含多種活性成分，如活性氧（O、O3、H2O2、-OH）、活性氮（NO、NO2-和NO3-）、帶電粒子、電子和光子等。原子氧（O）通常由分子氧的電子沖擊解離形成，也可以通過(guò)解離重組O2和電子沖擊激發(fā)態(tài)原子氧產(chǎn)生。原子氧（O）和羥基自由基（-OH）均具有很高的反應(yīng)活性，可以與幾乎所有的細(xì)胞成分發(fā)生反應(yīng)，這對(duì)微生物滅活及去過(guò)敏原等具有重要作用。帶電粒子通常是在高能量電場(chǎng)或電磁場(chǎng)作用下，誘導(dǎo)自由電荷載流子加速，致使電子、原子和分子之間發(fā)生彈性或非彈性碰撞產(chǎn)生。彈性碰撞伴隨著動(dòng)能的再分布，傳遞能量的量級(jí)較?。欢菑椥耘鲎驳哪芰哭D(zhuǎn)移高達(dá)15 eV，能夠誘導(dǎo)各種離子體產(chǎn)生激發(fā)、電離和解離等反應(yīng)[14]。

1.2 低溫等離子體的產(chǎn)生方式

根據(jù)放電方式不同，NTP 進(jìn)一步可分為輝光放電（GDP）、電暈放電等離子體射流（CDJ）、射頻放電（RF）、微波放電、介質(zhì)阻擋放電（DBD）和大氣壓等離子體射流（APPJ）等（表1）[15]。其中介質(zhì)阻擋放電（DBD）和大氣壓等離子體射流（APPJ）由于設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作，工作效率高，成為兩種應(yīng)用較為普遍的低溫等離子體系統(tǒng)。

表1 低溫等離子體產(chǎn)生方式Table 1 Generation modes of non-thermal plasma

1.3 低溫等離子體技術(shù)的滅菌機(jī)制

目前對(duì)NTP 殺菌的具體作用機(jī)理尚不明確，一般認(rèn)為，NTP 主要通過(guò)氧化損傷殺菌機(jī)制、紫外線(xiàn)輻射殺菌機(jī)制、細(xì)胞表面刻蝕機(jī)制、細(xì)胞膜電穿孔機(jī)制、靜電破壞機(jī)制等實(shí)現(xiàn)其滅菌目的。就工作模式而言，NTP 可分為直接模式和間接模式兩種類(lèi)型。直接模式是將低溫等離子體直接與受體接觸；間接模式是指低溫等離子體于遠(yuǎn)程狀態(tài)（相對(duì)受體）下產(chǎn)生，其余輝通過(guò)羽流傳遞給受體。由于大多數(shù)帶電粒子不能存活于等離子體生成區(qū)以外區(qū)域，滅菌效果由不易失活的中性反應(yīng)物種誘發(fā)[22]。

1.3.1 氧化損傷殺菌機(jī)制 等離子體放電過(guò)程中產(chǎn)生的活性氧，如超氧化物、H2O2、-OH 和O3，當(dāng)它們與細(xì)菌細(xì)胞接觸或內(nèi)化時(shí)，通過(guò)激活膜脂質(zhì)的過(guò)氧化反應(yīng)和氧化損傷DNA，從而引發(fā)細(xì)胞凋亡。其中，膜脂質(zhì)位于細(xì)胞表面附近，且對(duì)活性氧敏感，被認(rèn)為是最易受損傷的成分。脂質(zhì)在活性氧的作用下發(fā)生過(guò)氧化反應(yīng)，生成不飽和脂肪酸。在脂質(zhì)過(guò)氧化鏈反應(yīng)中，活性氧與多不飽和脂肪酸中氫原子形成脂肪酸根（L·），最后在O2作用下氧化為脂質(zhì)過(guò)氧化氫（LOOH）。當(dāng)脂肪酸鏈縮短或與電荷接觸時(shí)，脂質(zhì)過(guò)氧化氫在膜內(nèi)旋轉(zhuǎn)的能力發(fā)生改變，生物膜流動(dòng)性增強(qiáng)，進(jìn)而失去結(jié)構(gòu)完整性[23]。Joshi 等[24]研究發(fā)現(xiàn)DBD 誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激反應(yīng)通過(guò)氧化損傷膜脂質(zhì)，使大腸桿菌形態(tài)發(fā)生顯著變化，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。除了NTP 直接誘導(dǎo)膜脂質(zhì)氧化導(dǎo)致細(xì)胞凋亡外，氧化反應(yīng)產(chǎn)物還可通過(guò)氧化修飾胞內(nèi)遺傳物質(zhì)以實(shí)現(xiàn)滅活微生物的目的。例如：已失活的大腸桿菌的DNA 氧化損傷程度與膜脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)密切成正比，初步證實(shí)了等離子體氧化損傷微生物的雙重作用機(jī)制。Han等[25]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了APPJ 可通過(guò)放電產(chǎn)生活性氧，同時(shí)攻擊細(xì)胞外膜和胞內(nèi)成分，從而起到滅菌的目的。需要強(qiáng)調(diào)的是，NTP 誘導(dǎo)產(chǎn)生的活性氧滅菌機(jī)制與微生物的種類(lèi)密切相關(guān)，一般而言，其主要通過(guò)過(guò)氧化物作用于革蘭氏陰性菌膜脂質(zhì)，而對(duì)于革蘭氏陽(yáng)性菌則通過(guò)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)透過(guò)細(xì)胞內(nèi)膜而氧化損傷遺傳物質(zhì)（圖1）。

圖1 APPJ 對(duì)革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽(yáng)性菌的氧化損傷機(jī)制[26]Fig.1 Oxidative damage mechanisms of APPJ against gram-negative and gram-positive bacteria[26]

1.3.2 紫外線(xiàn)輻射殺菌機(jī)制 低溫等離子體是帶電粒子、化學(xué)反應(yīng)物種和紫外光等的混合物。由于紫外線(xiàn)表現(xiàn)了優(yōu)異的殺菌特性，其應(yīng)用也較為廣泛。等離子體的紫外部分位于100～380 nm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)，可分為紫外A 區(qū)（315～380 nm）、紫外B 區(qū)（280～315 nm）、紫外C 區(qū)（200～280 nm）和真空紫外區(qū)（100～200 nm）[14]。其中，殺菌能力最為顯著的是波長(zhǎng)位于紫外線(xiàn)C 區(qū)的短波紫外線(xiàn)。這主要是由于波長(zhǎng)在260 nm 左右的紫外線(xiàn)會(huì)使胞嘧啶和胸腺嘧啶在同一DNA 鏈中相互作用生成二聚體，產(chǎn)生的嘧啶二聚物通過(guò)影響DNA 的堿基配對(duì)，進(jìn)一步導(dǎo)致DNA 復(fù)制過(guò)程中發(fā)生突變，從而抑制細(xì)胞增長(zhǎng)繁殖[23]。Trompeter 等[27]研究了不同波長(zhǎng)的紫外光源（172，222，308 nm）對(duì)黑曲霉孢子的滅菌效果。結(jié)果表明，經(jīng)紫外光輻射，黑曲霉孢子數(shù)量分別減少約4，5，3 lg（CFU/g），黑曲霉孢子減少速率取決于輻射器發(fā)出的不同波長(zhǎng)和輻射能量。其中最短波長(zhǎng)和最高光子能量的紫外光源殺菌效果最好。同時(shí)，將電極形狀從圓形改為矩形可以提高放電均勻性，黑曲霉孢子的滅活數(shù)從1 lg（CFU/g）增至4 lg（CFU/g）。

1.3.3 細(xì)胞表面刻蝕機(jī)制 低溫等離子體放電過(guò)程中產(chǎn)生的自由基或其它活性成分，通過(guò)強(qiáng)烈攻擊生物細(xì)胞表面或與表面元素反應(yīng)結(jié)合，使細(xì)胞損傷而不能快速自我修復(fù)，從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，這種作用機(jī)制被稱(chēng)為NTP 的“細(xì)胞表面刻蝕機(jī)制”。具體過(guò)程為，NTP 工作過(guò)程中所產(chǎn)生的初級(jí)等離子體（電子和離子）以及自由基，在轉(zhuǎn)移至微生物界面后，在原子氧的觸發(fā)下，NTP 產(chǎn)生的活性成分與微生物表面的某些原子發(fā)生反應(yīng)，生成CO2等揮發(fā)性化合物，從而導(dǎo)致基體重量的損失。此過(guò)程伴隨著第一原子層的燒蝕以及表面化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，最終使微生物細(xì)胞損傷[28]。Lee 等[29]研究了微波誘導(dǎo)氬等離子體常壓下對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的滅菌作用，發(fā)現(xiàn)兩種細(xì)菌均在NTP 工作1 s 內(nèi)完全失活。掃描電鏡圖像顯示，未經(jīng)等離子體處理的大腸桿菌孢子呈橢球狀，經(jīng)NTP 處理1～5 s，其細(xì)胞壁出現(xiàn)明顯孔洞，細(xì)胞體積顯著減小，且變形為無(wú)定形結(jié)構(gòu)。金黃色葡萄球菌細(xì)胞呈球狀，經(jīng)NTP 處理3 s，其細(xì)胞膜破裂致使內(nèi)容物釋放至細(xì)胞膜表面，當(dāng)NTP 工作4 s 時(shí)，其細(xì)胞被還原為較小組織結(jié)構(gòu)和顯微碎片。

1.3.4 細(xì)胞膜電穿孔機(jī)制 低溫等離子體細(xì)胞膜電穿孔機(jī)制主要是通過(guò)其所產(chǎn)生的電場(chǎng)破壞微生物細(xì)胞膜的完整性從而實(shí)現(xiàn)滅菌目的。NTP 電穿孔機(jī)制的滅菌效果與低溫等離子體的作用方式有關(guān)。直接模式下NTP 的滅菌機(jī)理與高壓脈沖電場(chǎng)類(lèi)似，通過(guò)產(chǎn)生的較強(qiáng)電場(chǎng)作用壓縮微生物細(xì)胞膜使其產(chǎn)生孔隙，細(xì)胞內(nèi)容物隨之流出，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。而在間接模式下，樣品遠(yuǎn)離電場(chǎng)產(chǎn)生區(qū)域，較弱的電場(chǎng)區(qū)域?qū)ξ⑸锟咕饔糜邢轠23]。

1.3.5 靜電破壞機(jī)制 當(dāng)積累在細(xì)胞壁表面的帶電粒子局部靜電張力超過(guò)細(xì)胞膜的拉伸長(zhǎng)度時(shí)，細(xì)胞膜完整性遭到破壞，從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡，這就是NTP 的靜電破壞機(jī)制。一般而言，帶電粒子表面電位越大，NTP 的靜電破壞作用越強(qiáng)。帶電粒子表面電位大小隨著等離子體離子質(zhì)量的增加而增加。例如：在等離子體中，使用質(zhì)量較大的惰性氣體，微生物受到靜電破壞的可能性更大。除此之外，低溫等離子體的靜電破壞作用還與微生物細(xì)胞膜的抗拉程度、形狀和質(zhì)地有關(guān)[30]。Boudam 等[30]研究了DBD 產(chǎn)生的非平衡大氣壓等離子體對(duì)枯草芽孢桿菌和大腸桿菌的作用效果。經(jīng)NTP 處理后發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌表面較光滑，而大腸桿菌表面存在一些較小的不規(guī)則“粉刺”。這主要是由于NTP 通過(guò)靜電破壞機(jī)制，破壞大腸桿菌外細(xì)胞膜完整性，細(xì)胞質(zhì)釋放出細(xì)胞外，呈團(tuán)簇分布。而枯草芽孢桿菌由于缺乏外膜，具有更厚的細(xì)胞表層，能為其提供更高的抗拉強(qiáng)度和剛性。因此，枯草芽孢桿菌經(jīng)等離子體處理后沒(méi)有明顯的形態(tài)損傷，而細(xì)胞活力有所下降。

2 NTP 技術(shù)在水產(chǎn)品加工中的應(yīng)用

水產(chǎn)品富含多不飽和脂肪酸、蛋白質(zhì)等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，易受微生物污染而腐敗變質(zhì)。由于地域限制，水產(chǎn)品較長(zhǎng)的運(yùn)輸周期也對(duì)高效安全滅菌方法的選擇提出了較高要求。NTP 自身不含任何化學(xué)物質(zhì)，在處理水產(chǎn)品過(guò)程中，無(wú)有毒有害物質(zhì)產(chǎn)生，對(duì)于多種微生物抑制作用顯著，可有效應(yīng)用于水產(chǎn)品滅菌。按照殺菌方式不同，低溫等離子體對(duì)水產(chǎn)品的滅菌方式可分為直接作用殺菌、間接作用殺菌和等離子活化水殺菌[30-31]。

2.1 NTP 用于水產(chǎn)品殺菌

2.1.1 NTP 直接作用殺菌 NTP 直接作用殺菌是指將樣品直接暴露于低溫等離子體環(huán)境中，通過(guò)NTP 放電過(guò)程所產(chǎn)生的紫外線(xiàn)、帶電粒子和活性成分在微生物細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生一系列復(fù)雜的生化反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)殺菌目的。NTP 直接作用可以最大限度增強(qiáng)等離子體產(chǎn)生的上述殺菌功能性因子與微生物間的相互作用，因此對(duì)微生物的抑菌效果也更為明顯。施姿鶴等[32]比較研究了DBD 低溫等離子體的直接作用和間接作用對(duì)鮐魚(yú)殺菌效果的影響，結(jié)果表明，采用直接作用殺菌效果更為顯著和高效，滅菌率比間接處理高35.88%，且NTP 直接處理僅71.5 s 后，產(chǎn)品的菌落總數(shù)降低了64.02%。Kim 等[5]也發(fā)現(xiàn)在干紫菜經(jīng)CDJ 低溫等離子體直接作用處理20 min 后，微生物數(shù)量顯著降低，其中需氧菌數(shù)量減少2 lg（CFU/g），霉菌和海洋細(xì)菌分別減少1.2 lg（CFU/g）和1.5 lg（CFU/g）。由上可知，NTP 直接處理能有效抑制水產(chǎn)品中微生物生長(zhǎng)繁殖，阻止產(chǎn)品腐敗變質(zhì)，然而由于含有大量反應(yīng)活性成分的NTP 與水產(chǎn)品直接接觸，可能會(huì)對(duì)水產(chǎn)品的功能成分產(chǎn)生不利影響。因此，應(yīng)綜合考慮處理參數(shù)對(duì)產(chǎn)品理化特性及感官品質(zhì)的影響，在保證水產(chǎn)品衛(wèi)生質(zhì)量的同時(shí)，最大化減小NTP對(duì)水產(chǎn)品整體品質(zhì)的影響。

2.1.2 NTP 間接作用殺菌 NTP 間接作用殺菌是指樣品經(jīng)過(guò)特定包裝或加大樣品與低溫等離子體源的間距對(duì)樣品進(jìn)行殺菌處理的一種方式。與NTP 直接作用相比，間接模式下的NTP 作用強(qiáng)度有限，一定程度上減少了對(duì)水產(chǎn)品組分的不利影響，然而需同時(shí)考慮NTP 的滅菌效果。Albertos等[33]研究了DBD 低溫等離子體對(duì)對(duì)苯二甲酸乙二醇酯包裝的新鮮鯖魚(yú)魚(yú)片滅菌效果的影響，結(jié)果表明，經(jīng)DBD 處理24 h 內(nèi)，腐敗菌（總需氧嗜冷菌、假單胞菌和乳酸菌）數(shù)量顯著降低，有效抑制了產(chǎn)品腐敗變質(zhì)。Puligundla 等[34]研究了CDJ 等離子體對(duì)半干秋刀魚(yú)微生物殺菌效果的影響，處理過(guò)程中，等離子體發(fā)射電極與樣品間相距25 mm。結(jié)果表明，經(jīng)等離子體處理10 min，樣品中需氧菌滅活約3.5 lg（CFU/g），酵母菌和金黃色葡萄球菌分別減少3.26 lg（CFU/g）和3.08 lg（CFU/g）。

2.1.3 NTP 活化水殺菌 NTP 活化水是低溫等離子體直接與蒸餾水接觸形成的一種酸化的含氮氧化物溶液[35]。一般而言，能產(chǎn)生大氣壓低溫等離子體的裝置均可用于制備等離子活化水（Plasma actived water，PAW），其中最常用的兩種裝置為DBD 和APPJ 系統(tǒng)。NTP 通常以水為輸送介質(zhì)，通過(guò)兩種途徑產(chǎn)生反應(yīng)性物質(zhì)：（1）NTP 在水中直接放電；（2）NTP 先在空氣中放電形成活性氧，后與水結(jié)合。NTP 在水中直接放電后，水在亞穩(wěn)態(tài)下活化一段時(shí)間后，產(chǎn)生不易分解的過(guò)氧化氫、硝酸鹽和亞硝酸鹽等副產(chǎn)物，進(jìn)一步相互反應(yīng)后抑制了細(xì)菌繁殖生長(zhǎng)。NTP 間接放電后的水中存在活性氧和活性氮等反應(yīng)性物質(zhì)，通過(guò)協(xié)同氧化破壞細(xì)胞遺傳物質(zhì)實(shí)現(xiàn)抗菌目的[31]。基于此原理，PAW 可凈化水產(chǎn)品加工過(guò)程中所產(chǎn)生的工業(yè)廢水，一方面可減輕水產(chǎn)品加工企業(yè)的環(huán)保壓力，另一方面可避免加工中水質(zhì)不佳導(dǎo)致產(chǎn)品的交叉污染。PAW 的滅菌效果與其產(chǎn)生時(shí)間和工作時(shí)間密切相關(guān)。Traylor 等[35]研究了PAW 對(duì)大腸桿菌的長(zhǎng)期抗菌效果。結(jié)果表明，PAW 產(chǎn)生的1～7 d 內(nèi)，當(dāng)細(xì)菌細(xì)胞經(jīng)PAW 處理15 min 時(shí)，大腸桿菌滅活由5 lg（CFU/g）降為0；而當(dāng)細(xì)菌細(xì)胞經(jīng)PAW 處理3 h時(shí)，大腸桿菌滅活由6 lg（CFU/g）降為2 lg（CFU/g）。Patange 等[36]發(fā)現(xiàn)經(jīng)PAW 處理的肉類(lèi)工業(yè)廢水中的大腸桿菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌的數(shù)量能有效降低到檢測(cè)點(diǎn)以下。Kulawik 等[31]研究表明，PAW 可應(yīng)用于魚(yú)干加工過(guò)程的多個(gè)環(huán)節(jié)，如水洗、切片、包裝和廢水利用（圖2）。

圖2 NTP 技術(shù)在魚(yú)干加工中的應(yīng)用[31]Fig.2 Applications of NTP technology in dried fish processing[31]

2.2 改善水產(chǎn)品理化特性

除了NTP 用于水產(chǎn)品殺菌以提高產(chǎn)品衛(wèi)生質(zhì)量外，NTP 還可以改善產(chǎn)品的理化特性。新鮮魚(yú)體中富含游離組氨酸，當(dāng)其死亡后游離組氨酸在組氨酸脫羧酶和組胺無(wú)色桿菌、摩根式變形桿菌的共同作用下產(chǎn)生大量組胺[37]。食用組胺過(guò)量的食品對(duì)人體健康有害。施姿鶴等[32]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)DBD 系統(tǒng)處理的貽魚(yú)組胺含量顯著降低，貯藏期延長(zhǎng)，認(rèn)為NTP 處理殺滅了與組胺生成有關(guān)的微生物（表2）。李天琪[38]研究了NTP 處理對(duì)即食魷魚(yú)絲品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)NTP 處理前、后產(chǎn)品感官品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)無(wú)明顯變化，隨貯藏期延長(zhǎng)，經(jīng)NTP 處理的產(chǎn)品水分含量、蛋白質(zhì)含量下降速率顯著低于對(duì)照組；其pH 值、揮發(fā)性鹽基氮值（TVB-N）、過(guò)氧化值（POV）及酸價(jià)上升速率顯著低于對(duì)照組。以上結(jié)果表明，NTP 處理可用于延長(zhǎng)產(chǎn)品貯藏期。Choi 等[39]研究發(fā)現(xiàn)魷魚(yú)干碎片經(jīng)CDJ 處理后，其感官評(píng)分無(wú)明顯變化，而水分活度（Aw）低于臨界值0.6，有效降低了產(chǎn)品被微生物腐敗的風(fēng)險(xiǎn)。Aw 降低主要是由于CDJ 等離子體處理過(guò)程中局部熱量積累導(dǎo)致。Puligundla 等[34]研究了NTP 處理對(duì)半干太平洋秋刀魚(yú)品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，NTP 處理對(duì)產(chǎn)品水分含量、TVB-N 值、pH 值和Aw 無(wú)明顯影響，樣品色澤顯著改善，產(chǎn)品感官評(píng)分和總體可接受性顯著提高。劉品等[7]研究了NTP 技術(shù)對(duì)南美白對(duì)蝦品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，NTP 處理降低了多酚氧化酶酶活性，有效抑制了產(chǎn)品黑變，提高了在冷藏條件下南美白對(duì)蝦的貨架期。

表2 NTP 技術(shù)在改善水產(chǎn)品品質(zhì)中的應(yīng)用Table 2 Application of NTP technology in improving aquatic product quality

2.3 降低水產(chǎn)品致敏性

食物過(guò)敏是機(jī)體攝入某些食物時(shí)發(fā)生的異常免疫反應(yīng)，與抗原的免疫球蛋白（IgE）發(fā)生的介導(dǎo)反應(yīng)密切相關(guān)。介導(dǎo)反應(yīng)是指機(jī)體吸入抗原后產(chǎn)生特異性免疫球蛋白抗體，免疫球蛋白與細(xì)胞膜上IgE FC 段高親合力受體結(jié)合，使機(jī)體呈過(guò)敏狀態(tài)[40]。水產(chǎn)品作為重要蛋白質(zhì)來(lái)源之一，其中含有的小清蛋白、原肌球蛋白、膠原蛋白、精氨酸激酶、肌球蛋白輕鏈、肌鈣結(jié)合蛋白、肌鈣蛋白C 和磷酸丙糖異構(gòu)酶等均易引起食物過(guò)敏[41]。

由于過(guò)敏是由免疫球蛋白引起的，降低過(guò)敏原水平可能是減少致敏風(fēng)險(xiǎn)的有效方法。Wu 等[42]研究表明，大氣壓低溫等離子體對(duì)狗過(guò)敏原（Canf1）滅活率高達(dá)80%，真菌過(guò)敏原（Alta1 和Aspf1）失活率超過(guò)50%，塵螨過(guò)敏原（Derp1）的失活率約30%。其主要原因可能是等離子體產(chǎn)生的-OH 破壞了抗原抗體結(jié)合表位，從而失去了引起過(guò)敏反應(yīng)的能力。失活率的差異性取決于過(guò)敏原蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)形式。同時(shí)，等離子體也可以誘導(dǎo)蛋白質(zhì)構(gòu)象發(fā)生變化，降低某些蛋白質(zhì)的致敏性。例如：低溫等離子體可誘導(dǎo)蛋白質(zhì)α-螺旋及β-折疊等二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，破壞抗體結(jié)合位點(diǎn)。此外，等離子還可降低抗原與抗體的結(jié)合表位，從而降低水產(chǎn)品致敏性。Shriver 等[8]研究發(fā)現(xiàn)蝦經(jīng)DBD 系統(tǒng)處理后，免疫球蛋白與原肌球蛋白、蝦提取物的結(jié)合率降低，蝦原肌球蛋白的致敏性降低76%，這可能是由于等離子體作用過(guò)程中產(chǎn)生自由基，掩蓋或破壞了結(jié)合表位。

2.4 減少腌制過(guò)程中亞硝酸鹽用量

腌制水產(chǎn)制品作為水產(chǎn)品主要的加工形式之一，在腌制過(guò)程中添加一定量的亞硝酸鹽可賦予產(chǎn)品特殊的顏色和風(fēng)味。目前，已有研究表明NTP技術(shù)可在工作過(guò)程中生成亞硝酸鹽類(lèi)物質(zhì)且未產(chǎn)生其它毒性物質(zhì)，因此可作為亞硝酸鹽的替代物，來(lái)減少腌制過(guò)程中亞硝酸鹽的添加量。其中，等離子體所產(chǎn)生的含氮活性物質(zhì)是亞硝酸鹽生成的主要來(lái)源。具體作用機(jī)理是以空氣為原料，空氣中的氧氣和氮?dú)庠诟吣茉醇ぐl(fā)下產(chǎn)生含氮活性物質(zhì)，進(jìn)一步與水分子間通過(guò)一系列復(fù)雜反應(yīng)生成亞硝酸鹽類(lèi)物質(zhì)[43]。Jung 等[9]研究發(fā)現(xiàn)用低溫等離子體直接處理肉漿（豬肉、水及氯化鈉混合物），NTP 與樣品內(nèi)水、肌原纖維蛋白及肌動(dòng)蛋白等相互作用生成亞硝酸鹽，且NTP 作用過(guò)程中未產(chǎn)生其它有害物質(zhì)。Kim 等[44]研究發(fā)現(xiàn)乳化香腸經(jīng)NTP 處理未產(chǎn)生致突變性和毒性物質(zhì)。除了較高的安全性外，NTP 技術(shù)所處理的食品也表現(xiàn)出了與亞硝酸鹽添加相類(lèi)似的品質(zhì)特性。如Yong 等[45]通過(guò)比較APPJ 技術(shù)與添加亞硝酸鈉的牛肉干品質(zhì)，以研究APPJ 在肉干生產(chǎn)中替代亞硝酸鈉的可行性。結(jié)果表明，APPJ 技術(shù)處理的牛肉干表現(xiàn)出與添加亞硝酸鈉的產(chǎn)品相媲美的色澤品質(zhì)。Lee 等[46]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)與亞硝酸鈉腌制的火腿相比，APPJ 處理的罐裝火腿在味道和整體接受度上得分更高。上述結(jié)果表明NTP 技術(shù)在腌制食品中替代亞硝酸鹽具有較高的應(yīng)用潛力。

3 NTP 技術(shù)對(duì)水產(chǎn)品組分的影響及其機(jī)制

3.1 對(duì)脂質(zhì)氧化的影響

水產(chǎn)品由于富含不飽和脂肪酸而極易發(fā)生脂質(zhì)氧化，從而對(duì)產(chǎn)品口感和風(fēng)味產(chǎn)生不利影響。脂質(zhì)氧化往往由自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)誘導(dǎo)發(fā)生，因此等離子體產(chǎn)生的自由基反應(yīng)性物質(zhì)均能誘導(dǎo)脂質(zhì)氧化。水產(chǎn)品的預(yù)處理方式會(huì)影響氧化速率。Choi等[39]研究了CDJ 等離子體對(duì)魷魚(yú)干碎片滅菌效果、理化性質(zhì)和感官評(píng)價(jià)的影響。研究發(fā)現(xiàn)魷魚(yú)干碎片經(jīng)等離子體處理3 min 后，產(chǎn)品中的微生物數(shù)量顯著降低，而硫代巴比妥酸反應(yīng)物（Thiobarbituric acid reactive substance，TBARs） 值由1.75 mg/kg 增加到2.07 mg/kg，表明等離子體能夠促進(jìn)脂質(zhì)氧化反應(yīng)。低溫等離子體產(chǎn)生了大量的O3、單線(xiàn)態(tài)氧和過(guò)氧化物等活性物質(zhì)，并進(jìn)一步與魷魚(yú)絲干燥過(guò)程產(chǎn)生的初級(jí)脂質(zhì)氧化產(chǎn)物（如游離脂肪酸） 反應(yīng)，可能是加劇產(chǎn)品氧化酸敗的主要原因。Albertos 等[33]研究了DBD 大氣壓低溫等離子體不同工作電壓（70 kV 和80 kV）和不同處理時(shí)間（1，3，5 min）對(duì)新鮮鯖魚(yú)魚(yú)片質(zhì)量參數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)增加工作電壓和延長(zhǎng)處理時(shí)間均能增加產(chǎn)品氧化速率。最近研究表明，NTP 處理的產(chǎn)品中TBARS 增加含量明顯低于其它非熱食品加工方式[45]，這表明通過(guò)調(diào)節(jié)NTP 技術(shù)參數(shù)和改變產(chǎn)品的預(yù)處理方法或許是抑制脂質(zhì)氧化的有效途徑之一。

3.2 對(duì)蛋白質(zhì)氧化的影響

與脂質(zhì)氧化類(lèi)似，蛋白質(zhì)氧化也可由自由基誘導(dǎo)發(fā)生。等離子體產(chǎn)生的反應(yīng)活性成分（O3、H2O2和-OH 等） 可以促使蛋白質(zhì)發(fā)生肽骨架斷裂、氨基酸間相互轉(zhuǎn)化、蛋白質(zhì)交聯(lián)和氨基酸側(cè)鏈氧化等一系列變化。作為蛋白質(zhì)氧化的主要產(chǎn)物，羰基含量的增加能夠促進(jìn)蛋白質(zhì)交聯(lián)，從而降低肉制品的多汁性和嫩度。此外，羰基的形成可以歸因于氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)的修飾，尤其是通過(guò)肽鍵切割對(duì)NH-或NH2進(jìn)行修飾[47]。Juan 等[48]研究了低溫大氣等離子體對(duì)-20 ℃，4 ℃和8 ℃貯藏的鯖魚(yú)蛋白質(zhì)氧化的影響。結(jié)果表明，所有貯藏溫度下等離子體均顯著加速了羰基形成，且較高的貯藏溫度會(huì)加速蛋白質(zhì)氧化。這可能是由于NTP 放電導(dǎo)致肌原纖維蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，促使隱藏羰基暴露在蛋白質(zhì)表面，使其更易與等離子體產(chǎn)生的自由基接觸。因此，選擇合理的NTP 工藝參數(shù)對(duì)于蛋白質(zhì)氧化過(guò)程的控制至關(guān)重要。

4 結(jié)論與展望

作為一種新型的非熱加工技術(shù)，NTP 在水產(chǎn)品加工領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。雖然NTP 處理在一定程度上誘導(dǎo)了水產(chǎn)品脂質(zhì)和蛋白質(zhì)氧化，但可通過(guò)與抗氧化技術(shù)耦合、優(yōu)化NTP 工作參數(shù)等手段最大程度減少NTP 對(duì)水產(chǎn)品品質(zhì)的不利影響。整體而言，NTP 經(jīng)濟(jì)、安全可靠，能夠顯著增強(qiáng)水產(chǎn)品的安全品質(zhì)，然而，目前關(guān)于NTP 在水產(chǎn)品中的研究仍非常有限，具體表現(xiàn)為：（1）NTP 對(duì)生鮮水產(chǎn)品品質(zhì)的影響機(jī)理有待深入研究。相對(duì)于腌制品，生鮮水產(chǎn)品水分含量高，保鮮難度大，而NTP 對(duì)生鮮水產(chǎn)品組分構(gòu)成及水分分布的研究對(duì)于實(shí)現(xiàn)NTP 技術(shù)效應(yīng)最大化，以達(dá)到產(chǎn)品品質(zhì)與安全性間的平衡具有重要意義。（2）等離子活化水對(duì)水產(chǎn)品品質(zhì)的影響缺乏。目前等離子活化水主要以水產(chǎn)品加工用水為研究對(duì)象，能夠顯著減少最終產(chǎn)品的微生物污染，而等離子活化水對(duì)水產(chǎn)品加工及感官品質(zhì)的影響有待研究。