冷等离子体（CP）联合222 nm远紫外（UV）：一种面向樱桃番茄微生物灭活与贮藏品质提升的协同非热保鲜技术

《Journal of Future Foods》：Application of cold plasma combined with far ultraviolet: A technique for microbial inactivation and quality improvement of cherry tomatoes

　　

评估了Log-linear（对数线性）、Biphasic（双相）、Weibull（威布尔）和Weibull + Tail（威布尔+拖尾）模型。与单独冷等离子体（cold plasma, CP）或远紫外（far ultraviolet, UV）处理相比，CP+UV处理表现出更优的杀菌功效。CP+UV可有效减少并控制背景微生物。CP+UV处理60 s可提升樱桃番茄品质。

该论文发表在《Journal of Future Foods》。樱桃番茄（Solanum lycopersicum var. cerasiforme）因外观、风味和营养丰富而受重视，但采后易因机械损伤和微生物侵染迅速腐败，导致营养损失和货架期缩短。现有低温贮藏虽抑制呼吸、酶活和微生物生长，但回温后微生物增殖并可诱导果皮褐变；化学消毒剂如次氯酸钠、过氧化氢和电解水虽有效，但长期使用存在健康和环境风险；气调包装和减压贮藏存在气体组成不稳定、基础设施成本高等问题。因此，需要开发高效、安全、环保的预贮藏去污保鲜技术。冷等离子体（cold plasma, CP）具有高杀菌效率、无化学残留和保持营养品质等优势，表面介质阻挡放电（surface dielectric barrier discharge, SDBD）系统可产生CP，其活性氧和氮物种（reactive oxygen and nitrogen species, RONS）通过脂质过氧化、蛋白氧化和DNA降解灭活微生物，但单独CP存在暴露时间长和灭活不完全等局限。222 nm远紫外（far ultraviolet, UV）是新型非热抗菌技术，具有环境相容、低辐射剂量和安全等优点。前期研究表明，CP+UV可加速O₃和NO_X等活性抗菌物质生成，增强食品表面细菌和病毒灭活；机制上，UV增强等离子体微放电以提高活性物种产量，并直接损伤DNA，形成双重作用，但该协同技术尚未用于果蔬采后保鲜。采后保鲜的核心挑战是在有效杀菌的同时保持或提升果实品质。高浓度活性氧（reactive oxygen species, ROS）可导致氧化损伤、加速组织衰老和细胞凋亡，而适宜浓度ROS可作为信号分子增强抗氧化防御。因此，适宜剂量CP+UV可能替代化学消毒剂。Xiaowei Sheng等研究人员先通过接种试验和动力学建模比较CP、UV、CP+UV对樱桃番茄上金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus, S. aureus）和大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli）的杀菌效果，再以最优技术评价其对背景微生物和品质的影响。结果表明，CP+UV杀菌效果优于单独CP或UV，60 s处理可提升品质并延长货架期，为新型非热技术在果蔬保鲜中的应用提供了理论基础和实践证据。

主要技术方法概括：樱桃番茄来源广西，购自南京本地市场，单果12–15 g，采摘后24 h购买，30 min内运至实验室；模式菌S. aureus ATCC 6538和E. coli ATCC 25922来自中国普通微生物菌种保藏管理中心。采用南京农业大学设计的CP+UV系统，含SDBD CP发生器、222 nm UV反应器和空气循环系统；CP频率8.5 kHz、功率密度2.5 W/cm²，UV辐照度0.92 ± 0.05 mW/cm²，流速4 m³/min。接种番茄处理0–150 s，进行菌落计数，并用GInaFIT对Log-linear、Biphasic、Weibull和Weibull + Tail模型拟合；非接种番茄处理30、60、90 s，于10°C、85% RH贮藏35 d，评估微生物和品质指标。

3.1 接种于樱桃番茄上的S. aureus与E. coli失活动力学建模：选择抗性较高的S. aureus和E. coli为模式菌，初始回收量约7.95 ± 0.04和7.00 ± 0.14 Log₁₀ CFU/tomato。CP+UV处理150 s使二者降至低于1 Log₁₀ CFU/tomato。四模型中，UV最佳拟合为Biphasic，CP和CP+UV最佳拟合为Weibull + Tail；UV处理150 s后仍有大于1 Log₁₀残留，CP约120 s和100 s使S. aureus与E. coli低于1 Log₁₀，而CP+UV仅75 s和63 s即达同一水平，显示协同杀菌优效。

3.2 CP+UV对贮藏期樱桃番茄微生物负载的影响：未接种番茄经30、60、90 s处理，初始总活菌数（total viable count, TVC）为4.02 ± 0.22 Log₁₀ CFU/g，处理后降至2.95、2.13、1.81 Log₁₀ CFU/g。90 s组第7天TVC快速回升至5.46 ± 0.04 Log₁₀ CFU/g，并伴随丙二醛（malondialdehyde, MDA）升高和硬度下降。第21天对照和90 s组超过6 Log₁₀ CFU/g腐败阈值，30和60 s组仍低于阈值；第28天仅60 s组保持安全（5.63 ± 0.24 Log₁₀ CFU/g）。酵母/霉菌计数（yeast/mold count, YMC）趋势相似，超过安全限时间分别为对照21 d、30 s组28 d、60 s组35 d、90 s组21 d。60 s处理使货架期由14 d延长至28 d。

3.3 CP+UV对腐烂率和失重的影响：前7 d各组无腐烂；第14天对照和90 s组腐烂率分别为5.55%和8.33%，30和60 s组延迟至第21天和第28天。失重率随贮藏增加，30和60 s组低于对照，90 s组在0–21 d显著较高。结果表明，适宜CP+UV处理可延迟腐烂并抑制失重。

3.4 CP+UV对表观和颜色的影响：对照和90 s组出现开裂、脱水皱缩和汁液渗漏，60 s组有效抑制微生物腐败。贮藏中L*值降低，a*值先升后降，b*值略降；30和60 s组延缓L*下降，90 s组加速。a*峰值在对照为第14天，30和60 s组分别延迟至第21天和第28天，90 s组提前至第7天。第0天各组ΔE*无显著差异，贮藏末60 s组ΔE*显著较低。表明60 s处理可维持色泽稳定。

3.5 CP+UV对硬度、抗坏血酸（ascorbic acid, AsA）、可滴定酸（titratable acidity, TA）和总可溶性固形物（total soluble solids, TSS）的影响：初始硬度为6.40–6.60 N，贮藏后下降；第35天60 s组最高为4.95 ± 0.25 N，30 s组为4.17 ± 0.17 N，对照和90 s组分别为3.14 ± 0.13和3.05 ± 0.19 N。AsA呈先升后降，处理早期低于对照，峰值在对照和90 s组为第7天，在30和60 s组为第21天，末期30和60 s组显著高于对照。TA和TSS均下降，60 s组维持较高水平。表明最优处理抑制呼吸、保持品质。

3.6 CP+UV对总酚（total phenolic, TP）、MDA和抗氧化活性的影响：TP先升后降，末期30和60 s组显著高于对照，90 s组与对照无显著差异。MDA在对照第14天显著升高，90 s组第7天，30和60 s组分别第28天和第35天；第35天对照MDA较初始增加2.57倍，比60 s组高64.2%。后期30和60 s组DPPH（1,1-二苯基-2-三硝基苯肼）自由基清除能力和铁还原/抗氧化能力（ferric reduction/antioxidant power, FRAP）高于对照，90 s组较低。表明低剂量CP+UV可调谐ROS代谢并增强内源抗氧化系统。

3.7 采用雷达图对CP+UV处理樱桃番茄参数进行可视化定性分析：以贮藏21 d品质参数标准化后作雷达图，30和60 s处理提高L*值、硬度、TP、TSS、TA、AsA、DPPH和FRAP，并降低TVC、YMC、腐烂率、失重、ΔE*和MDA；60 s组综合品质最优，对照和90 s组失去商品价值。

讨论总结：CP+UV杀菌源于CP产生RONS，UV增强等离子体微放电并直接损伤DNA；但剂量窗口关键。90 s高剂量可产生过量ROS，导致氧化损伤、MDA积累、组织软化和后期微生物增殖；30–60 s适宜剂量可降低微生物，并通过ROS信号增强抗氧化防御，提高TP、DPPH和FRAP，延缓MDA积累和衰老。研究人员推断，CP+UV保鲜作用不仅来自微生物灭活，还来自激活内源抗氧化和防御酶系统；未来应直接测定超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、过氧化物酶（POD）和苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性。研究结论翻译：本研究揭示CP+UV技术可灭活樱桃番茄上的S. aureus和E. coli，降低微生物负载并减缓贮藏品质劣变。接种试验和Weibull-Tail动力学分析表明，CP+UV杀菌效果优于单独CP或UV。CP+UV处理30和60 s的樱桃番茄在贮藏21 d后品质属性显著提升，包括L*值、硬度、TP、TSS、TA、AsA、DPPH和FRAP，同时降低TVC、YMC、腐烂率、失重、ΔE*和MDA含量。总体，最优剂量CP+UV（60 s）作为改善樱桃番茄微生物安全与品质的新方法具有显著潜力。由于所用E. coli为非致病菌株，未来应针对致病菌株如E. coli O157:H7验证功效以确保鲜食农产品安全；还需中试规模研究处理均匀性、阴影效应、通量和能效等工业可扩展性问题。