电极几何构型对表面介质阻挡放电等离子体活化水理化特性及抗菌效能的调控机制研究

本研究针对等离子体活化水（PAW）制备过程中电极结构优化问题，通过对比六边形与方形电极在表面介质屏障放电体系中的性能，发现六边形电极在200?W功率下可显著提升活性氧（ROS）浓度（p?

　　

在食品工业中，微生物污染始终是威胁食品安全的核心问题。传统的热力杀菌技术虽有效，但可能影响食品的营养成分和感官特性。非热杀菌技术因此成为研究热点，其中等离子体活化水（Plasma-Activated Water, PAW）因其高效、无残留的特点展现出巨大潜力。然而，PAW的抗菌效果受多种因素影响，尤其是放电电极的几何结构对活性成分生成的作用机制尚不明确。为此，来自首尔大学的研究团队在《International Journal of Food Microbiology》上发表论文，系统探究了电极几何形状对PAW理化特性及抗菌效能的影响。

本研究主要采用表面介质阻挡放电（Surface Dielectric Barrier Discharge）技术生成PAW，通过电化学分析法定量检测活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）浓度，并选用四种常见食源性病原体（大肠杆菌O157:H7、鼠伤寒沙门氏菌、单核细胞增生李斯特菌和金黄色葡萄球菌）作为抗菌效能的评价模型，通过细菌灭活实验（log减少值计算）和自由基清除实验验证关键杀菌机制。

电极构型对ROS生成的影响

研究比较了六边形电极（PAW-H）和方形电极（PAW-S）在相同功率（200?W）下的性能。结果显示，PAW-H体系的ROS浓度显著高于PAW-S（p?

对食源性病原体的杀菌效果

在200?W功率下作用1分钟，PAW-H对大肠杆菌O157:H7和鼠伤寒沙门氏菌的灭活效果分别达到3.55?log和3.24?log，显著优于PAW-S。延长处理时间至30分钟后，PAW-H对单核细胞增生李斯特菌和金黄色葡萄球菌的log减少值分别升至3.61和1.89，进一步证实其高效广谱的杀菌能力。

功率参数的优化与机制验证

通过调节放电功率发现，175?W时ROS生成量达到峰值，对应抗菌效能最优。自由基清除实验证明，羟基自由基（·OH）和单线态氧（¹O₂）是介导细菌灭活的关键活性物种，其浓度与电极构型和功率设置紧密相关。

该研究结论表明，电极几何构型是优化PAW抗菌性能的关键工程参数，六边形电极可通过增强放电效率显著提升ROS产量与杀菌效果。同时，功率参数的精细调控对最大化PAW效能至关重要。这一发现为PAW技术在食品加工中的规模化应用提供了理论依据和技术支撑，尤其为解决高耐药性病原体的控制难题提供了新思路。