清洗预处理通过残余表面水的介导效应增强介质阻挡放电等离子体对新鲜枸杞的保鲜效果

《Food Chemistry》：Washing pretreatment enhances dielectric barrier discharge plasma preservation of fresh goji berries through residual surface water-mediated effects

　　

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  清洗预处理改善了DBD对鲜枸杞的保鲜效果。
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  残留的表面水分减少了DBD引起的果皮损伤。
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  H₂O + DBD在贮藏期间的表现与PAW + DBD相当。
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  清洗后再进行DBD处理改善了保鲜效果并去除了危害物质。

引言

鲜枸杞作为即食水果的价值日益提升，但其商业化受限于极窄的采后处理窗口（Fatchurrahman等人，2022年）。该果实表皮脆弱且含水量高，因此即使在常温下短时间贮藏也会伴随快速的失水、软化及微生物腐败（Kafkaletou等人，2017年）。在枸杞中，Alternaria alternata（A. alternata，链格孢）是主要的采后污染物，相关的链格孢毒素除可见的腐败现象外，还引入了额外的安全隐患（Xing等人，2020年）。现有的保鲜方法，如冷链贮藏、气调贮藏、可食用涂膜及化学处理，在一定程度上可以延缓变质。然而，这些方法往往增加了成本或工艺复杂度，且部分方法可能引入残留或感官问题（Hoffmann等人，2025年）。

大气冷等离子体因能够在不施加高热负荷的情况下快速实现表面去污染而在采后保鲜领域引起了广泛关注（Shishir等人，2025年）。在现有的等离子体构型中，介质阻挡放电（DBD）尤为引人注目，因为样品可以直接放置在放电间隙中，使果实表面暴露于高活性的等离子体环境中（Dalvi-Isfahan和Mahmoodi-Eshkaftaki，2024年）。此外，其结构简单，便于大规模快速果实加工。这种直接模式对于快速灭活微生物以及转化表面关联的危害物质（如农药残留和霉菌毒素）具有优势（Du等人，2022年；Singh和Thakur，2024年）。既往研究表明，DBD可以减少枸杞上A. alternata的污染并降低链格孢毒素负担（Du等人，2023年）。在温和条件下，DBD还可以诱导与抗性相关的生理反应并改善贮藏性能（Du, Gao等人，2024年；Du, Mi等人，2024年）。然而，这种高活性也可能损害精细的果实表面。由于农业产品表面天生不平整，且大气空气DBD容易产生丝状放电和空间不均匀的能量沉积，直接处理可能导致局部表面损伤，这在鲜枸杞等薄皮果实中尤为明显（Brandenburg等人，2023年），从而增加了精细果实表面损伤的风险。由于等离子体首先与蜡质层/角质层相互作用，这种效应强烈依赖于功率，从而在处理效果和表面安全性之间形成了持续存在的权衡关系（Dalvi-Isfahan和Mahmoodi-Eshkaftaki，2024年；Du等人，2025年）。因此，仅改善微生物和化学去污染是不够的；一个实用的DBD工艺还必须控制其与脆弱果实表面的相互作用。

清洗预处理可能提供了一种重新平衡这一权衡关系的可行途径。清洗本身已是常规的采后操作，可以去除灰尘、田间碎屑以及部分表面微生物负荷（Murray等人，2017年）。更重要的是，清洗后会在果实表面留下一个瞬态的液膜。在等离子体加工中，这一液膜不应被视为被动残留物。残留的表面液膜意味着随后的DBD处理涉及等离子体-表面-液体相互作用，这可以改变表面附近活性物种的生成和行为（Bruggeman等人，2016年；López等人，2019年；Stapelmann等人，2024年）。相应地，残留的表面液膜可能缓冲等离子体与果实表面的直接接触，并在随后的DBD处理中充当水相活性物种的介质。这一化学作用尤为相关，因为等离子体激活水（PAW）已显示出作为新鲜农产品抗菌清洗介质的潜力，并且能够保持有用的处理后活性（Lee等人，2023年；Malahlela等人，2024年）。尽管如此，PAW在制备和贮藏后主要保留相对长寿的活性组分，而短寿命物种则快速衰减。在清洗后立即施加DBD可以在果实-液体界面直接再生高度活性物种，同时保留清洗的物理清洁效果。因此，将清洗与DBD相结合解决了一个特定的加工需求，即单独清洗或DBD都无法完全解决的需求：在有效实现表面去污染的同时，限制等离子体对果实表皮的直接损伤。

尽管清洗、PAW和DBD已分别用于新鲜农产品保鲜，但仍有两个重要问题有待解决，这对于工艺设计和机理阐释均至关重要。首先，尚不清楚清洗后残留的液体是否实质性地改变了DBD与果实间的界面相互作用，从而改善保鲜效果与表面相容性之间的平衡。其次，如果随后在湿界面处进行的原位DBD处理主导了响应，则需要确定额外的PAW制备步骤相比常规水清洗是否提供了可测量的益处。解决这些问题对于判断是否可以开发更简单的清洗-DBD序列而不牺牲处理性能至关重要。因此，在本研究中，水清洗和PAW清洗分别与DBD组合，并与单独处理进行了对比。PAW + DBD作为基准，用于确定PAW预处理是否相比常规水清洗提供了额外益处。评估内容包括采后质量、表面微观结构、放电特性、回收表面液体的动态变化以及农药和毒素的去除或抑制情况。研究目标不仅仅是比较处理结果，而是要确定清洗预处理是否为提高DBD的效果和表面相容性提供了必要的界面步骤，以及普通水能否在不经过PAW预激活的情况下提供这一功能。技术路线图如图1所示。

各章节摘要

材料与试剂

硫酸氧钛-硫酸水合物、N-丙基乙二胺吸附剂、十八烷基硅烷键合硅胶和石墨化碳黑购自长沙华康生物科技有限公司。NaCl、硫酸（98% wt）、H₂O₂（30% wt）、乙醇、丙酮、Ti(Cl)₄、马铃薯葡萄糖培养基、正丙醇、琼脂、VCl₃、NaN₃、醋酸、乙腈和甲酸由国药集团化学试剂有限公司提供。克百威（98%）和啶虫脒（98.6%）标准品购自Tanmo

清洗后DBD处理对枸杞质量的影响

如图2A所示，与未处理对照组相比，清洗显著改善了枸杞的状态。清洗后进行DBD处理（PAW + DBD和H₂O + DBD）在贮藏期间（0-8天）对外观保持效果最佳。腐败率分析进一步量化了这些观察结果（图2B）。单独清洗在贮藏第6天将腐败率降低了8.68%。使用具有某些抗菌特性的PAW清洗后

结论

本研究评估了清洗后立即进行DBD作为鲜枸杞互补保鲜策略的效果。两种清洗-DBD组合均降低了贮藏期间的腐败率和失重率，并且在所测条件下，H₂O + DBD的表现与PAW + DBD相当。代表性的SEM观察和光学/电学测量结果与残留表面液膜可能具有的界面作用一致。H₂O₂和NO₂^?的同步衰减与可能的

CRediT作者贡献声明

杜宇航（Yuhang Du）：撰写 – 初稿，验证，方法论，调查研究，形式化分析，概念设计。米顺娜（Shuna Mi）：撰写 – 初稿，可视化，资源，数据整理。袁少峰（Shaofeng Yuan）：撰写 – 审阅与编辑，验证，方法论，调查研究，形式化分析。余航（Hang Yu）：撰写 – 审阅与编辑，监督，资源，项目管理，资金获取，概念设计。姚伟荣（Weirong Yao）：撰写 – 审阅与编辑，监督，资源，项目

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在准备本工作期间，作者使用了ChatGPT/OpenAI以提高论文的可读性和语言表达。在使用该服务后，作者根据需要审阅和编辑了内容，并对已发表文章的内容承担全部责任。

利益冲突声明

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致谢

本工作得到了江苏省前沿技术研发计划（BF2025321）、国家重点研发计划（2025YFD2100204）以及国家自然科学基金（32372421、32302247）的资助。

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