低温等离子灭菌新技术及在食品中的应用

【摘 要】本文介绍了低温等离子体的概念、灭菌机理以及采用低温等离子技术对食品进行灭菌处理，从而提高水果、蔬菜以及其它不适合采用传统的加热以及化学灭菌的食品安全性。

【关键词】低温等离子体；灭菌；新技术；食品安全

前言

早在1874年就发现某些气体放电的同时，往往伴有少量的有机固态沉积物生成，但直到70年代末，人们才真正开始对等离子体（plasma）进行详细研究。最初的研究主要集中在空间等离子体领域，80年代起向以材料为导向的研究领域大转变，以后在微电子学，环境科学，能源与材料科学等领域开始高速发展。

近年来，科学家发现低温等离子体技术不但可以作为一种辅助加工手段被广泛用来制造各种性能优良的新材料，研制新的化学物质和化学过程，加工改造和精制材料及其表面，而且还发现低温等离子体对致病菌具有很强的杀伤力。现有的一些研究表明，该技术能避免现有灭菌方法的一些局限性和不足，在常温下具有很好的灭菌效果，并且不会损坏被处理物，不产生副产物及有毒残留物，具有节能、环保的特点，因而成为国内外竞相研究的热点。

1 低温等离子体的概述

等离子体是指经气体电离产生的由大量带电粒子和中性粒子所组成的体系，因这种气体的正电荷总数与负电荷总数在数值上相等，故称为等离子体。等离子体被称为继“固、液、气"三态以外的新的物质聚集态，即物质第四态[1]。

国际上将等离子体分为热等离子体（Hot plasma）和冷等离子体（Cold plasmas）[2]。国内学者将等离子体划分成三类：高温等离子体；热等离子体；冷等离子体。而把热等离子体和冷等离子体归纳到低温等离子体中。低温等离子体中存在着大量的、种类繁多的活性粒子，比通常的化学反应所产生的活性粒子种类更多、活性更强，更易于和所接触的材料表面发生反应，因此它们被用来对材料表面进行改性处理。与传统的方法相比，等离子体表面处理具有成本低、无废弃物、无污染等显著的优点，同时可以得到传统的化学方法难以达到的处理效果。

2 低温等离子体的杀菌机理

低温等离子体的杀菌机理主要有以下几种：

高速粒子的穿透效应【3】：等离子体装置能持续不断的产生很高浓度的正负离子，这些正负离子在微生物表面产生的剪切力大于其细胞膜表面张力，在这个能量释放的过程中，细菌的细胞壁因此而受到严重破坏，足够多的正离子会穿透多孔的细胞壁，渗透至细胞内部，破坏细胞电解质，损害细胞膜，导致细胞死亡。

电场效应【4】：当平均电场强度超过一定强度时，细菌细胞膜会被击穿。因细胞膜很薄，作用在细胞膜上的电场强度很高，将使细胞出现不可恢复的击穿，导致细菌死亡。

紫外光作用【5】：在等离子体产生过程中可放出大量紫外光。这种高能紫外光子被DNA等核酸吸收而起到杀菌作用。

高能粒子和活性自由基的作用【6】：氧化性气体等离子体中，含有大量原子氧、自由基等活性物质，它们易与细菌体内蛋白质和核酸发生反应，致细菌死亡。

近十年来，应用等离子体技术处理环境污染问题已做了各种尝试，都是利用高能等离子体破坏有害物质。其中，放电低温等离子体技术是近20年发展起来的新型高级氧化技术，因其处理效率高、操作简便、与环境兼容性好等优点引起了研究者的广泛关注。

3 低温等离子灭菌新技术在食品中的应用

低温等离子体消毒灭菌是一种新型的灭菌技术，主要应用于医疗卫生、环境保护领域，近年来已经逐渐应用于食品加工业中。

随着生活水品的提高以及食品加工业的发展，人们在关注食品安全的同时，对食品营养性的要求也在不断提高。特别是常规的高温高压蒸汽灭菌造成的各种营养元素的损失已经引起人们的普遍关注。实践证明，应用低温等离子灭菌技术来杀灭食品本身以及加工过程中产生的细菌，对产品的鲜度、风味和滋味影响较小。

在果蔬食品保鲜方面，将贮藏果蔬食品的系统导入低温等离子体，不仅可以杀灭和分解储藏物环境和表面的病原微生物、农药及有害气体，同时某些自由基的产物在低温环境下可以长期滞留在储藏物内部。随时分解储藏物呼吸产生的有害气体，应用该技术可排除和分解乙烯等有害气体，储藏100天的果蔬腐烂率仅为1%。

4 结论

本文介绍了等离子体的概念，并且对低温等离子体的灭菌机理、应用做了详细的介绍。低温等离子体技术为最近几十年才发展起来的高科技新技术，对致病菌具有很强的杀伤力，在农业和食品领域的研究才刚刚起步，如果能将该项技术引入水产品健康养殖和食品安全加工体系，将有极其重要的理论意义和广泛的应用前景。

随着市场竞争的日趋激烈，操作成本的不断提高以及研究的不断深入，采用低能耗、低操作费用以及对待杀菌物体低损伤的低温等离子体杀菌技术将是食品行业发展的必然趋势。

参考文献：

[1] Moreira A J， Mansano R D， Pinto T J A. et a1.Sterilization by oxygen Plasma[J].Applied Surface Science， 2004，235：151-155

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[4] Birmingham， J G，and D.J.Hammersotrom. Bacterial decontamination using ambient pressure nonthermal discharge[J]. IEEE Trans Plasma Sci，2000，28（1）：51-55.

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[6] Anto， Tri， Sugiarto，Masayuki Sato.Pulsed plasma processing of organic compounds in aqueous solution[J].Thin Solid Films，2001，396：295-299.

作者简介：

李蕴 ，女（1982，01—），山东菏泽人，硕士学历，助教，研究放心应用化学。