引言
牛奶是人类饮食的重要组成部分，提供优质蛋白质、脂肪、维生素和矿物质。根据联合国粮农组织（FAO）的数据，全球超过六十亿人定期消费牛奶及乳制品（Food 2008）。然而，由于牛奶含水量高、接近中性pH值（约6.7）且营养丰富，是微生物的优良培养基，极易受到各种致病菌的污染（Ahmad等, 2019）。
最令人担忧的牛奶传播病原体之一是单核细胞李斯特菌，它是李斯特菌病的致病原因。李斯特菌病是一种严重的食源性感染，住院率超过90%，病死率为20–30%，尤其在免疫功能低下者、孕妇、新生儿和老年人中更为严重（Mortari等, 2014）。与其他许多食源性病原体不同，李斯特菌属于嗜冷菌，可在冷藏温度（0–45°C）下生长，并在广泛的pH范围（4.1–9.0）内存活（Ombarak等, 2016）。这一特性给乳制品行业带来了独特挑战，因为即使是巴氏杀菌后低水平的污染，也可能在冷藏储存期间导致细菌大量繁殖。
尽管传统巴氏杀菌十分有效，李斯特菌的巴氏杀菌后污染仍然是乳制品加工中的相关担忧。已有多起有据可查的李斯特菌病暴发与巴氏杀菌乳有关。1983年，马萨诸塞州一起涉及巴氏杀菌全脂乳和2%乳的暴发导致了49例李斯特菌病病例和14例死亡（Fleming等, 1985）。最近，2015–2016年加拿大安大略省的一起暴发与巴氏杀菌巧克力奶有关，涉及34例确诊病例。对加工厂的调查在巴氏杀菌后设备中检测到了暴发菌株，表明污染发生在热处理之后（Hanson等, 2019）。这些暴发事件表明，虽然充分的巴氏杀菌能有效灭活李斯特菌，但在加工或包装过程中后续的污染可使病原体重新进入牛奶，并在冷藏储存期间维持或生长。因此，能够在控制巴氏杀菌后污染的同时保持牛奶品质的额外非热干预措施，可能提供一种重要的互补食品安全策略（Fleming等, 1985; Hanson等, 2019）。
此外，与其他非芽孢形成病原体相比，李斯特菌表现出显著的热耐受性。在标准巴氏杀菌温度（71.7°C）下，李斯特菌在全脂奶中的D值（即90%杀灭所需时间）约为0.9秒（Bradshaw等, 1985）。虽然这表明李斯特菌无法在适当的巴氏杀菌条件下存活，但若干因素可能会影响热灭活效果，包括在最适温度以上生长（42.8°C）可使耐热性提高2.5至3倍，以及长链细胞的形成使耐热性高于正常分散细胞（Bunning等, 1988）。
传统热巴氏杀菌方法，如低温长时法（LTLT：63°C 30分钟）、高温短时法（HTST：72–75°C 15–30秒）和超高温瞬时杀菌法（UHT：135–150°C 2–5秒），被广泛用于消除牛奶中的病原微生物。然而，这些热处理工艺存在显著缺点。高温可导致乳清蛋白变性（损失5–15%）、水溶性维生素减少（损失10–25%）、美拉德反应产物的形成、物理性质变化，以及对颜色和风味等感官特性产生负面影响（Top?u等, 2006; Akta?等, 2019）。对于李斯特菌而言，由于其相对较低的热耐受性较高，通过热手段实现完全灭活往往需要更强烈的处理，从而加剧了这些品质损失。
为回应消费者对最小加工、保鲜产品以及保留营养和感官品质的需求，非热巴氏杀菌技术作为传统热处理的有前景替代方案应运而生（Ceribeli等, 2023）。其中，冷等离子体技术因其能够产生活性氧和氮物种（RONS），包括羟基自由基（•OH）、臭氧（O3）、过氧化氢（H2O2）和二氧化氮（NO2），这些活性物种通过破坏细胞膜、氧化脂质和蛋白质以及破坏细胞内成分而发挥强效抗菌作用，因而备受关注（Adamovich等, 2017）。
近年来的研究表明，冷等离子体对李斯特菌具有抗菌效果。研究已表明，冷等离子体处理可显著降低李斯特菌计数，其效果取决于电压、处理时间、气体组成和食品基质等关键加工参数（Gurol等, 2012; Coutinho等, 2018）。然而，气相等离子体的一个主要局限是其在牛奶等不透明液体中穿透深度有限。液相等离子体允许在浸没于液体中的气体或蒸气空腔内形成电击穿，使等离子体与液体在处理介质全过程中直接接触。在本系统中，主要采用氩气注入以促进等离子体放电的形成，提供稳定的气相。虽然注入的不凝性气体可能会影响气泡动力学，但文丘里结构独立设计用于通过压力降低、湍流和剪切诱导的气泡形成产生液动力学空化。在这些空腔内形成的等离子体产生活性物种，随后跨越气-液界面进入周围牛奶（Asghari等, 2023; Back等, 2023）。
液动力学空化，特别是使用文丘里管反应器的液动力学空化，是另一种通过气泡形成和溃灭产生机械力的非热技术（Gogate, 2011）。空化气泡的剧烈溃灭（内爆）产生微射流、冲击波和局部高温，这些作用可物理破坏微生物细胞壁和聚集物（Sun等, 2020）。先前研究表明，单独使用空化技术可使牛奶中的大肠杆菌减少约0.87 log，并可灭活水样中的各种病原微生物（Dong等, 2018; Pegu等, 2023）。
虽然空化和等离子体已被分别研究，但它们在连续系统中的顺序集成产生了协同效应。Abramov等（2021）的研究表明，液动力学空化与等离子体在水净化中的结合产生了自由基、紫外线和冲击波，从而增强了微生物灭活效果（Abramov等, 2021）。空化引起的湍流增强了传质，并将等离子体产生的活性物种分散于整个液体中，而等离子体则提供了有效微生物灭活所需的化学氧化应激。
尽管关于冷等离子体和空化的研究日益增多，但两者在牛奶等复杂食品基质中联合应用于灭活李斯特菌的研究仍基本未被探索。大多数现有研究集中在较简单的体系上，如水或缓冲液，或研究其他病原体，如大肠杆菌。李斯特菌独特的生理特征——其在胁迫条件下的存活能力、随生长历史变化的热耐受性以及其嗜冷特性——需要针对牛奶的专门研究。
本研究通过介绍一种创新的非热巴氏杀菌系统来弥补这一研究空白，该系统将文丘里管液动力学空化反应器与液相等离子体技术相结合，用于灭活牛奶中的李斯特菌。本研究评估了一种可规模化的传统热巴氏杀菌替代方案，具有应用于工业乳制品加工的前景（Lunder等, 2025）。
