冷等离子体结合纳米复合包装提升大葱采后保鲜效果的创新策略研究

《Scientific Reports》：Improving disinfection and packaging strategies for the effective preservation of welsh onion (Allium fistulosum L.)

本研究针对大葱(Allium fistulosum L.)采后品质易劣变的问题，系统评估了冷等离子体(ACP)和γ射线辐照两种非热消毒技术，结合四种气调纳米复合包装材料在不同储存条件下的保鲜效果。研究发现25 kV/5 min冷等离子体处理最佳，能显著提高总酚含量(196.84 mg GAE/g DW)和抗氧化活性(IC50 78.74 μg/mL)，并有效保留挥发性硫化合物。PF3A包装在12个月储存期内表现出最优的品质维持效果。该研究为叶菜类蔬菜的绿色保鲜提供了新技术组合方案。

　　

在东亚国家的餐桌上，大葱(Allium fistulosum L.)作为一种兼具药用价值和调味功能的蔬菜占据重要地位。它不仅富含酚类化合物和挥发性硫化合物，还具有显著的抗氧化、抗炎和抗菌特性。然而，这类叶菜类蔬菜采后极易发生品质劣变，微生物污染和氧化降解导致营养成分流失、色泽变差和风味物质减少，成为制约其保鲜期和商品价值的关键难题。

传统的消毒方法如化学处理可能存在残留问题，而热处理方法易导致热敏性成分损失。γ射线辐照虽能有效灭菌，但较高剂量可能影响植物的生物活性成分。因此，开发非热力、高效且环保的保鲜技术成为采后领域的研究热点。冷等离子体(ACP)作为一种新兴的非热消毒技术，通过产生活性氧物种(ROS)和紫外线等作用机制，能在低温下有效灭活微生物，且对温度敏感产品的品质影响较小。然而，单靠消毒处理不足以维持长期储存品质，合适的包装材料对阻隔氧气、水分和光线至关重要。

为此，来自印度、伊拉克等多国研究人员在《Scientific Reports》上发表了题为"Inproving disinfection and packaging strategies for the effective preservation of welsh onion(Allium fistulosum L.)"的研究论文，系统比较了冷等离子体与γ射线辐照对大葱采后品质的影响，并创新性地结合四种气体阻隔型纳米复合薄膜包装，评估其在常压和真空条件下长达12个月的保鲜效果。

本研究主要采用以下关键技术方法：1）采用完全随机设计，比较γ射线辐照(1、3、5 kGy)和介质阻挡放电(DBD)冷等离子体处理(15、20、25 kV，5、10、15 min)对干燥大葱样品的消毒效果；2）使用四种不同组成的纳米复合包装材料(PF1-PF4)，在常压(A)和真空(V)条件下进行长达12个月的储存实验；3）通过福林-酚(Folin-Ciocalteu)法测定总酚含量(TPC)，DPPH自由基清除实验评估抗氧化活性(以IC₅₀表示)，色差计测定L、a、b*值，同时采用水蒸气蒸馏提取并结合GC-MS分析挥发性成分。

Disinfection

研究发现消毒方式显著影响大葱的酚类物质含量。γ射线辐照导致总酚含量下降，5 kGy剂量时最低(19.5 mg GAE/g DW)。相反，冷等离子体处理样品酚类含量更高，其中25 kV处理5分钟效果最佳，总酚含量达196.84 mg GAE/g DW。

抗氧化活性分析显示，25 kV/5 min冷等离子体处理样品具有最强的自由基清除能力(IC₅₀ 78.74 μg/mL)，而5 kGyγ辐照样品活性最低。随着冷等离子体强度从15 kV增至25 kV(固定5分钟)，IC₅₀从168.36 μg/mL显著降至78.74 μg/mL，表明抗氧化能力增强。

颜色特性方面，消毒方法对b(黄蓝轴)值影响显著，而对L(亮度)和a(红绿轴)值无显著影响。对照组b值最高(22.39)，25 kV/10 min冷等离子体处理次之(21.89)。延长冷等离子体处理时间至15分钟会导致b*值下降。

不同消毒技术对精油含量影响显著。15和20 kV冷等离子体处理15分钟时精油得率最高(0.54% w/w)，为1分钟处理的三倍以上。γ辐照在3和5 kGy时也能提高精油含量。GC-MS分析显示二丙基二硫醚(9.0-18.3%)和二丙基三硫醚(9.4-16.4%)是主要挥发性成分，含硫化合物占总精油含量的80.0-92.3%。5 kGyγ辐照时二丙基二硫醚含量最高(18.3%)，而20 kV/10 min冷等离子体处理时二丙基三硫醚含量最高。

Packaging

包装方式和储存时间显著影响酚类物质保存。所有包装处理的总酚含量随储存时间延长(4-12个月)而下降，PF1A、PF3V和PF4AV处理在4-8个月间酚类含量减少约50%。储存4个月时，PF3A处理酚类含量最高(162.72 mg GAE/g DW)；12个月时，PF4V处理最低(57.4 mg GAE/g DW)。

抗氧化活性方面，PF3A处理在整个储存期间平均IC₅₀值最低(113.0 μg/mL)，表明其抗氧化能力保持最佳。PF4V处理8个月后活性最低(IC₅₀ 262.0 μg/mL)。

颜色参数分析表明，储存时间对所有包装方法的L、a、b值均有显著影响。L值随储存时间延长而下降，4个月时PF1A样品最高(53)，12个月时PF3V对照最低。a值在PF2V处理12个月时最高(9.7)。b值在PF4V处理12个月时显著增加，表明颜色向黄色偏移。

精油含量受包装类型和储存时间共同影响。PF1V、PF2A和PF3A包装中，延长储存时间导致精油含量下降；而PF2V、PF3V、PF4A和PF4V处理中，精油含量在6个月时达到峰值。12个月时所有处理精油含量均最低。

精油成分分析显示，主要成分包括二丙基三硫醚(9.4-16.4%)、二丙基二硫醚(9.0-16.3%)、甲基丙基三硫醚(8.1-14.3%)、二烯丙基二硫醚(6.8-10.7%)、二甲基三硫醚(5.3-10.5%)和d-柠檬烯(4.0-9.1%)。真空包装PF1中，关键含硫化合物浓度随储存时间延长而下降，而d-柠檬烯含量增加。PF2常压包装中，延长储存时间导致二甲基三硫醚增加，二丙基三硫醚和d-柠檬烯减少。PF3包装中总含硫化合物在常压和真空条件下均随储存时间延长而减少。PF4包装中，含硫化合物在两种储存条件下均减少，d-柠檬烯在常压下减少而在真空下增加。

研究表明，冷等离子体处理(特别是25 kV/5 min)能有效保留和增强大葱的生物活性成分，其效果优于γ射线辐照。短时高强度冷等离子体处理可能通过紫外辐射刺激植物表皮细胞酚类物质合成，而延长处理时间可能导致活性氧物种(ROS)介导的降解。颜色参数变化主要与加工过程中氧化反应导致的色素降解有关。

包装评估表明，高密度聚乙烯(HDPE)基纳米复合材料因其低水蒸气渗透性，能有效维持产品稳定性。真空包装虽能减缓氧化和微生物生长，但可能导致酚类化合物和含硫挥发性成分的损失。PF3A(常压)处理在12个月储存期内表现出最佳的品质维持效果，说明包装材料透气性与储存环境的协同作用至关重要。

该研究的创新点在于首次将冷等离子体处理与气体阻隔型纳米复合包装结合，为叶菜类蔬菜提供了一种协同保鲜策略。冷等离子体作为非热力消毒技术，能有效灭活微生物同时保留热敏性成分；纳米复合材料则通过调控气体交换，延缓氧化和挥发性成分损失。这一组合策略不仅延长了大葱的货架期，还较好地保持了其功能成分和感官品质，为果蔬采后保鲜提供了新思路，对食品和制药行业具有重要应用价值。