编辑推荐：
本文聚焦冷等离子体活化可食用涂层（ECs）。阐述其对 ECs 性能的改进，如改变表面性质；探讨对新鲜农产品品质的影响，包括酶活性、生化属性等方面；还提及在可持续发展目标中的作用，为食品包装研究提供参考。
1. 引言
可食用涂层（ECs）作为一种可持续的保鲜方式，能保护新鲜农产品品质、延长储存期。它是由多糖、蛋白质等天然材料制成的生物聚合物薄层，可阻挡气体、水蒸气、微生物，还能防紫外线辐射。但与常用合成聚合物相比，ECs 存在机械强度低、对水分敏感、表面功能性差、粘附性不佳和水蒸气阻隔性差等问题。
为改善这些性能，人们采用了多种方法，如添加纳米颗粒、交联剂、增塑剂，进行伽马射线、激光、紫外线照射、超声处理、冷等离子体处理、微波处理和高压均质化等。其中，冷等离子体技术因具有诸多优势而备受关注。
冷等离子体（CP）通过在特定频率范围内，对两电极板间的气体施加电场产生，可在常压下利用直流电（DC）或交流电（AC）实现。它能通过蚀刻、解聚、交联或接枝、官能团转化等方式改变可食用涂层的性质。近年来，冷等离子体改性可食用涂层在食品包装领域展现出替代合成塑料的潜力，有助于解决粮食安全和环境可持续性等全球关键挑战，符合多个联合国可持续发展目标（SDGs） 。已有研究表明，CP - 活化的 ECs 能延长多种水果的储存时间、抑制微生物生长，但目前缺乏对其作用机制及在新鲜农产品包装中适用性和功能性的全面综述。
2. 冷等离子体改性增强可食用涂层性能
冷等离子体技术逐渐成为食品处理和包装材料改性的新工具，美国食品药品监督管理局（FDA）和欧盟已认可其在食品去污方面的潜力，食品制造商也认为它通常被认为是安全的（GRAS）。冷等离子体处理能在纳米尺度上改变生物聚合物基可食用涂层的表面形态和化学成分，进而影响涂层的阻隔性能和对食品表面的粘附性，还能改善植物检疫性能，且与热敏性成分兼容。
冷等离子体增强 ECs 性能主要通过四种机制：蚀刻，去除或重新聚集低分子量的小聚合物颗粒；表面活化，断裂化学键并积累自由基以创建新的功能化基团；化学键降解；聚合物链之间的交联。常见的冷等离子体产生方法包括介质阻挡放电（DBD）、射频（RF）、大气压等离子体射流（APPJs）和电晕放电等离子体（CDP）等。
2.1 表面性质
2.1.1 化学结构和功能化
冷等离子体处理（CPT）能引发多种化学反应，如表面活化、聚合物交联和官能团沉积。研究发现，对不同的可食用涂层进行 CPT 处理，会出现新的峰或峰强度的变化，这表明有新的化学键形成或原有化学键的改变。例如，用辉光放电等离子体（GDP）处理壳聚糖（CS）涂层，会出现对应 -OH、-NH、C - H 等拉伸振动的新峰；处理玉米醇溶蛋白涂层，会使峰强度发生位移，且结晶峰消失，表明形成了无定形结构。这些变化受等离子体处理的能量消耗（功率、电压、频率）、涂层材料、处理时间和距离以及气体源等因素影响，目前对其活化机制还需进一步研究。
2.1.2 亲水性、表面能和形态变化
亲水性是生物聚合物基涂层适用于包装应用的重要因素，CPT 能增强涂层的化学和表面极性，增加极性基团（COOH、 -OH 和 CO），提高表面张力和能量，从而改善涂层的亲水性和润湿性。处理时间越长，接触角越小，亲水性越强。
同时，等离子体处理还会引起表面形态变化。有些涂层经处理后表面变得光滑、均匀，如明胶 / 羧甲基纤维素凝胶和硅油基涂层；而有些则会出现表面粗糙度增加、形成微孔隙等变化，如聚苯乙烯接枝壳聚糖涂层和蛋白质基生物聚合物材料涂覆巴西棕榈蜡涂层。表面粗糙度的增加能增强涂层的粘附性、润湿性和接触面积，有利于生物活性，但过长时间的处理可能导致过度蚀刻，使结构变得无序。
3. 冷等离子体活化可食用涂层对新鲜农产品品质的影响
3.1 酶活性和黄曲霉毒素
农产品在储存过程中的新鲜度至关重要，关乎减少消费者拒购和降低浪费。研究表明，冷等离子体活化可食用涂层对农产品的酶活性和黄曲霉毒素含量有影响。如用等离子体（DBD，89W，60 - 120s，空气）活化壳聚糖 EC 处理开心果，可降低过氧化物和黄曲霉毒素含量，但等离子体活化时间和功率增加会使过氧化物含量上升。等离子体处理产生的活性氧和氮物种（RONS）等，既能引发脂质过氧化反应，也有助于降解化学残留和食品污染物，减少黄曲霉毒素，延迟农产品成熟和可溶性固体的降解。
3.2 生化属性
对草莓和苹果等农产品的研究发现，CP 处理会影响其生化属性。如用 DBD 等离子体改性壳聚糖 / 纳米复合纤维素处理草莓，会降低抗坏血酸（AA）含量，延迟可溶性固形物含量的降解，维持较低的 pH 水平。用等离子体活化海藻酸钠涂层处理‘Granny Smith’苹果，会使总可溶性固形物（TSS）增加，这得益于涂层材料性能的改善，减少了呼吸速率（RR）和水分损失，延迟了淀粉向糖的转化。
3.3 农产品颜色
CP 处理的 ECs 有助于维持农产品的视觉外观，抑制果实软化。对核桃、开心果、草莓和苹果等的研究表明，处理后的农产品在颜色方面有不同变化，有的增加了 L值，有的改变了 a、b*、C * 值。但不同农产品受影响的情况存在差异，CP 处理的 ECs 抑制褐变酶的生化作用和潜在机制还需进一步研究，目前其在新鲜农产品上的应用也有待进一步探索。
3.4 重量损失和硬度
冷等离子体改性可食用涂层能有效减少新鲜农产品的重量损失（WL）。如用明胶 / 羧甲基纤维素（GCMC）涂层结合喷气等离子体处理蓝莓、苹果和核桃，以及用 GDP 改性 EC 处理葡萄，都能显著降低重量损失，这与涂层材料的水蒸气阻隔性能改善有关。对于硬度，不同研究结果有所不同，开心果经处理后硬度无显著变化，而草莓则出现延迟硬度损失的情况，CP 处理的 ECs 抑制农产品生理过程的作用方式还需深入研究。
3.5 呼吸速率
呼吸速率是影响新鲜农产品储存营养消耗和货架期的关键生理因素。研究发现，CP 活化的 ECs 能降低不同水果的呼吸速率，如用 GCMC 涂层结合喷气等离子体处理苹果、核桃和蓝莓，以及用 CP 改性壳聚糖 / 纳米复合纤维素 EC 处理草莓，都能使呼吸速率降低。但不同水果对 CP 处理的响应存在差异，这可能与等离子体操作参数（处理距离、时间、电压、频率和气体源）有关，其延迟呼吸速率的有效性可能与果实表面的屏障限制氧气使用有关。
3.6 微生物污染
CP 活化的 ECs 能有效抑制新鲜农产品表面的腐烂和微生物污染，且不影响其理化、感官和营养特性。如用 GDP 处理的壳聚糖涂层抑制了葡萄的腐烂，喷气等离子体活化的 GCMC 显著降低了蓝莓、苹果和核桃的腐烂发生率，等离子体活化的海藻酸钠 EC 减少了草莓上的微生物数量。处理时间对微生物灭活效果有影响，延长处理时间通常能更有效地减少微生物数量。CP 处理产生的具有抗菌特性的活性物种，能破坏微生物细胞和脂质氧化，导致细胞代谢功能紊乱和死亡，但目前对 CP 活化 ECs 的抗菌和抗真菌功效研究较少，还需从分子水平进一步评估其抗菌效果，以提高新鲜农产品的微生物安全性。
4. 未来趋势
目前对等离子体处理生物聚合物用于水果包装的研究多集中在薄膜，对涂层的研究较少。现有研究多在实验室规模，缺乏对 ECs 屏障性能、粘附性、交联、聚合和降解的直接监测。未来应开展更多商业试点研究，验证数据的商业可行性。同时，还需研究成本效益、技术转移、扩大生产过程、环境因素和消费者接受度等问题，以及 CP 活化 ECs 的监管框架、毒性、致敏性和生物安全性，优化等离子体处理条件，考虑可能形成的次级产物，深入研究 CP 改性 ECs 的机制，并在最佳储存条件下进行研究。
5. 可持续发展目标和冷等离子体改性可食用涂层
冷等离子体改性可食用涂层包装在推进可持续发展目标（SDGs）方面具有重要作用。它有助于实现 SDG #2，通过延长新鲜农产品的货架期，保护农产品免受 spoilage，确保新鲜食品的供应，从而改善营养状况，减少饥饿；符合 SDG #12，作为传统塑料包装的环保替代品，促进可持续消费和生产，推动食品行业的循环经济；支持 SDG #9 和 #17，通过鼓励科学家、企业和监管机构之间的合作，推动创新，加强资源实施，支持当地农业和经济，提高消费者对可持续性的认识，促进可持续发展的长期努力。
6. 结论
可食用涂层在工业应用中受限于其较差的表面功能、阻隔和粘附特性。冷等离子体处理（CPT）为改善这些性能提供了有前景的技术，能通过多种物理改性方式增强涂层在食品包装中的适用性和功能性。然而，目前对冷等离子体激活 ECs 的机制研究较少，且在将等离子体和等离子体活化包装材料商业化之前，需要研究 ECs 和等离子体处理同时应用对新鲜水果和蔬菜的营养价值、物理和生化品质、成分、流变学和感官特性的影响。此外，过长时间的 CPT 对可食用涂层的大多数功能特性有害，因此需要优化冷等离子体的操作参数以用于工业应用。未来研究应关注冷等离子体处理对改性可食用涂层功能特性和延长货架期能力的长期影响，以及在最佳储存条件下的效果。
