超声波等离子体活化水雾系统的开发与优化及其对葡萄番茄中大肠杆菌O157:H7的灭活作用

为解决传统清洗方法对新鲜农产品表面大肠杆菌O157:H7灭活效果不足的问题，研究人员开发了一种超声波等离子体活化水雾（PAW-mist）系统。通过优化等离子体功率（60 W）、处理时间（120 min）和超声雾化参数（20 W, 30 min），实现了2.1 log CFU/g的细菌灭活效果，且不影响番茄感官品质，为农产品非热杀菌提供了可持续解决方案。

　　

新鲜农产品表面的致病菌污染一直是食品安全领域的重大挑战，尤其是葡萄番茄等表面不平整的蔬果，传统化学消毒剂难以有效渗透缝隙和生物膜。更棘手的是，常规方法可能破坏产品感官特性或产生环境负担。近年来，等离子体活化水（Plasma-Activated Water, PAW）因其富含活性氧（ROS）和活性氮（RNS）而展现出广谱抗菌潜力，但浸泡处理存在覆盖不均、耗水量大等问题。

针对这一技术瓶颈，韩国首尔的研究团队在《Food Control》发表了一项创新研究。他们设计了一套集成超声波雾化的PAW-mist系统，通过将等离子体处理后的水转化为微米级雾滴，显著提升了杀菌效率和可持续性。研究采用三阶段技术路线：首先通过介质阻挡放电（DBD）等离子体在不同功率（20-60 W）和时间（0.5-120 min）下活化蒸馏水；随后利用超声（20-60 W）将PAW雾化并处理接种大肠杆菌O157:H7的番茄；最后通过扫描电镜和生化分析揭示杀菌机制。

Grape tomato preparation
实验选用市售葡萄番茄，经次氯酸钠预处理后接种10⁷ CFU/g的菌液，建立标准化污染模型。

Physicochemical properties of plasma-activated water
研究发现，60 W等离子体处理120分钟时，3 L小体积PAW的pH降至2.3，电导率（EC）升至350 μS/cm，氧化还原电位（ORP）达+450 mV，这些变化与活性物质浓度呈强相关性。

Conclusions
优化后的PAW-mist系统在30分钟处理中实现2.1 log CFU/g的杀菌效果，远超浸泡处理的0.7 log CFU/g。电镜显示细菌细胞膜出现孔洞，丙二醛含量升高证实脂质过氧化，且活性氧在胞内累积。该技术不仅维持番茄色泽和硬度，PAW在4°C下稳定性超过7天，符合工业化应用需求。

这项研究的突破性在于：首次将超声雾化与PAW结合，通过物理-化学协同效应解决了农产品表面杀菌的覆盖难题；建立的参数优化模型为其他农产品应用提供参考；减少90%用水量的设计响应了SDG 12可持续生产目标。未来可进一步探索该系统对诺如病毒等食源性病原体的灭活潜力，推动非热杀菌技术的商业化进程。