综述：冷等离子体技术在食品系统中的机制、多功能应用及工业化路径

本综述系统阐述了冷等离子体（CP）技术作为新兴非热加工方法在食品领域的突破性进展。通过解析活性物质介导的作用机制，重点论证了CP在微生物/孢子灭活、有害物（农药、霉菌毒素）降解、材料改性及过敏原性降低等方面的多重功效，其化学残留零残留特性显著优于传统热/化学方法。尽管面临参数优化、规模化适配等产业化挑战，CP技术仍展现出替代传统加工的变革潜力。

　　

冷等离子体技术：食品工业的绿色革命

CP系统与作用原理

冷等离子体（CP）是通过电放电产生的部分电离非热气体，工作温度维持在25-60°C。典型CP系统包含高压电源（AC/DC或脉冲射频）、放电腔室和反应气体供应系统（常用空气、O₂、N₂或Ar）。其核心作用机制在于产生的活性氧氮物种（RONS）如·OH、O₃和NO^·，这些物质能穿透微生物细胞膜，破坏DNA和蛋白质结构。值得注意的是，介质阻挡放电（DBD）和大气压射流（APPJ）是目前食品处理中最常用的两种等离子体生成方式。

微生物灭活新纪元

面对全球每年6亿食源性疾病病例的严峻形势，CP技术展现出卓越的病原体灭活能力。研究表明，CP对大肠杆菌、沙门氏菌等革兰氏阴性菌的杀灭效率可达5-log，对耐热性更强的枯草芽孢杆菌孢子也能实现3-log减少。这种非热效应源于RONS对细胞膜脂质过氧化的级联反应，以及带电粒子对细胞壁的物理蚀刻作用。相较于121°C高温灭菌，CP处理鲜榨果汁时维生素C保留率可提升40%以上。

毒素与农药降解利器

在黄曲霉毒素B₁降解方面，CP处理30分钟即可使花生中的毒素含量降低82%，其机制是通过·OH自由基攻击毒素分子的呋喃环双键。对于有机磷农药，CP产生的O₃能将其分子中的P=S键转化为P=O键，显著降低毒性。实验显示，氦气等离子体处理5分钟可使苹果表面的毒死蜱残留减少76%，且不影响果实硬度。

材料改性创新应用

CP在食品包装材料改性方面表现突出。经Ar等离子体处理的聚乙烯薄膜，其水蒸气透过率降低35%，同时拉伸强度提高20%。更引人注目的是，CP处理能使小麦面筋蛋白的α-螺旋结构增加15%，显著改善3D打印食品的成型精度。

工业化进程挑战

当前CP技术处于TRL4-7阶段，面临三大产业化瓶颈：①处理参数需根据食品基质特性（如含水量、孔隙率）动态优化；②不规则几何形状食品（如整鸡）的处理均匀性难题；③长期营养物相互作用机制尚不明确。最新解决方案包括开发旋转式DBD反应器和智能参数调控系统。

未来发展方向

建立CP处理标准化协议成为当务之急，需重点研究：①RONS在不同食品中的穿透动力学模型；②CP与温和热处理（50-60°C）的协同效应；③处理过程对维生素B族等热敏感物质的影响规律。德国已率先制定CP处理食品的检测标准，这为全球监管框架建立提供了重要参考。

通过持续优化设备设计和深化作用机制研究，CP技术有望在未来五年内实现从实验室到食品工厂的跨越式发展，为全球食品安全和品质提升提供革命性解决方案。