低温等离子体（LTP）用于畜禽肉保鲜：杀菌效应、作用机制与应用进展

《Foods》：Low-Temperature Plasma for Livestock and Poultry Preservation: Bactericidal Effects, Mechanisms and Application Progress

　　

畜禽肉是重要的营养来源，但在流通环节会产生显著损耗。本综述聚焦低温等离子体（low-temperature plasma, LTP）的产生与分类、其在不同类型畜禽肉保鲜中的应用效果，以及涉及微生物灭活（microbial inactivation）、肉品理化性质（physicochemical properties）调控和感官属性（sensory attributes）改善的核心机制。文中分析了不同放电模式（discharge modes）、气体介质（gas media）及工艺参数（process parameters）对保鲜效果的影响。LTP通过活性氧/活性氮物种（reactive oxygen/nitrogen species, ROS/RNS）实现保鲜：这些活性物种通过破坏微生物细胞膜而发挥杀菌作用，并通过调控脂质氧化（lipid oxidation）和蛋白质构象（protein conformation）维持肉品品质。不同放电形式、参数及过度处理会显著影响保鲜效果。未来研究应聚焦分子机制（molecular mechanisms）、个性化保鲜方案（personalized preservation schemes）、低成本设备（low-cost equipment）与工艺标准化（process standardization）。将LTP与其他技术及智能装备（intelligent equipment）集成，将提升其工业应用水平，减少肉品损耗并保障食品安全，为改进肉品保鲜提供理论支撑。

1 引言
畜禽肉是优质蛋白、血红素铁、锌、硒、维生素B₁₂及必需脂肪酸的重要来源，但流通中微生物繁殖、脂质氧化和蛋白质降解会造成显著损耗。传统冷藏、化学防腐剂和辐照存在能耗、残留及营养损伤等局限。低温等离子体（low-temperature plasma, LTP）通过电离气体产生活性氧/活性氮物种（reactive oxygen/nitrogen species, ROS/RNS）、紫外和高能粒子，可在室温下杀菌、抑制氧化并维持品质。本综述聚焦畜禽肉，梳理放电模式与气体介质对保鲜效果的影响，将微生物灭活、氧化变化和感官品质统一讨论，并区分LTP单独与联合处理。

2 LTP技术的产生与分类
等离子体是固、液、气之外的第四态，由电离气体形成准中性电离气体；非热等离子体亦称LTP，通常在30–60 ℃、常压或真空下由电场或电磁场电离气体产生。主要放电形式包括介质阻挡放电（dielectric barrier discharge, DBD）、电晕放电（corona discharge, CD）、微波放电（microwave discharge, MD）和射频放电（radio frequency discharge, RF）。
2.1 DBD：电极间插入绝缘介质以限制电流并避免弧光，可在常压稳定产生ROS/RNS，用于肉和果蔬表面杀菌、包装材料抗菌改性及毒素降解。
2.2 CD：高电场下导体表面局部空气电离，无需真空，适用于高通量气体处理、空气净化、静电除尘和包装杀菌。
2.3 MD：微波场加速电子碰撞电离，无需电极，效率高、密度高且均匀，用于半导体刻蚀和薄膜沉积。
2.4 RF：高频电场加速电子，采用电容或电感耦合，可连续放电，效率与可控性好，用于微电子、新能源和分析检测。

3 LTP在肉品质调控中的应用
文献中LTP包括直接处理、等离子体活化水（plasma-activated water, PAW）或溶液、包装材料/可食膜处理、提取物/生物聚合物改性及联合处理；不同配置的活性物种寿命、穿透深度、有效剂量和工业可行性不同，不能直接比较。
3.1 畜肉：包装结合DBD与抗菌纳米纤维膜可抑制微生物、脂质氧化和色变并延长货架期；LTP改性果胶/壳聚糖气凝胶吸湿垫可延缓猪肉腐败；氩冷等离子体（argon-cooled plasma, Ar-CP）结合含精油活性包装可延长猪肉香肠货架期并降低硫代巴比妥酸反应物（thiobarbituric acid reactive substances, TBARS）。牛肉中LTP处理乳清蛋白-羧甲基壳聚糖涂膜可降低挥发性盐基氮（total volatile basic nitrogen, TVB-N）、延缓变色并维持质构；包装内冷等离子体和冷等离子体降解可降低烤牛肉饼多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs）；DBD解冻可缩短时间、降低能耗并保持结构。羊肉中冷等离子体-超声辅助提取物具抗氧化抗菌活性；冷等离子体与TP联合可抑制总菌、嗜冷菌、肠杆菌科和假单胞菌。
3.2 禽肉：鸡胸肉直接DBD以氧/氩低压处理可降低细菌数，氩处理感官和色稳定性较好；空气和氮气等离子体均可延长货架期，空气等离子体杀菌更强；包装内LTP可抑制沙门氏菌，涂层和搅拌增强灭活。鸭肉中LTP与碳酸氢钠（NaHCO₃）联合可提高鸭肌原纤维蛋白（myofibrillar proteins, MPs）溶解度和表面疏水性，降低浊度和粒径，减轻蛋白结构损伤。
3.3 LTP与其他技术联合处理：单独LTP受活性物种寿命短、穿透有限和过度氧化限制，常与抗氧化剂、超声、盐类、生物聚合物和活性包装联合；DBD与TP喷涂可降低羊肉大肠杆菌和总菌数，抑制TVB-N和pH升高并延长冷藏货架期；绿原酸预处理可提高抗氧化能力，降低羰基、杂环胺和PAHs；PAW-超声协同提高鸡胸肉和鸡皮中大肠杆菌和金黄色葡萄球菌降低量且不改变蛋白、脂质或质构；冷等离子体与NaHCO₃联合增强鸭MP凝胶强度并降低蛋白氧化；PALA与DBD联合降低鸡胸肉剪切力并提高肌原纤维碎片指数。

4 LTP实现肉保鲜的机制
4.1 微生物灭活机制：LTP通过ROS/RNS、电离和电场效应多途径抑制或杀灭微生物。ROS包括·OH、O₂^?、O₃、H₂O₂，RNS包括NO、NO₂、NO₂^?、ONOO^?；·OH引发脂质过氧化，O₃氧化磷脂双分子层，NO改变膜电位并与ROS协同，导致膜完整性丧失和内容物泄漏，革兰阴性菌更敏感。ROS/RNS氧化或硝化氨基酸残基，使酶失活或蛋白变性，并阻断三羧酸循环和ATP生成；RNS可降解真菌几丁质和β-葡聚糖。核酸层面，·OH产生8-羟基脱氧鸟苷等氧化产物，O₃导致磷酸二酯键断裂，ONOO^?引起脱氨和骨架损伤；病毒衣壳蛋白氧化变性及RNA断裂导致感染性丧失。气体组成和参数影响活性物种分布。
4.2 对肉理化性质的影响
4.2.1 pH值：鲜肉pH约7.0–7.2，宰后糖酵解产乳酸使pH下降；LTP使表层与ROS/RNS反应而轻微降pH，贮藏中抑制微生物生长而减缓pH升高，不破坏自然下降过程。
4.2.2 持水性：鲜肉含水70–75%；LTP可使表面脱水，改变自由水/结合水比例并增加汁液损失，活性物种可触发蛋白氧化或交联，改变蛋白构象和亲水性，PAW可诱导PSE样鸡肉蛋白氧化和构象重组而影响水结合。
4.2.3 脂质：磷脂中多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids, PUFAs）对氧化敏感；LTP通过ROS/RNS触发自由基链式氧化，生成氢过氧化物并进一步分解为醛、酮、羧酸和挥发物，TBARS用于评价氧化程度，氧气加剧氧化，氩气更温和可控。
4.2.4 蛋白质：LTP活性物种引发蛋白氧化、断裂和交联，改变空间构象和表面性质，影响溶解性、乳化性、起泡性和凝胶性；ROS/RNS攻击芳香族和含硫氨基酸，诱导α-螺旋向β-折叠和无规卷曲转变，暴露疏水和功能基团；PAW可改变鸡MP二级和三级结构并提高凝胶强度。
4.3 对肉感官特性的影响
4.3.1 色度：LTP显著改变L*、a*、b*值，受功率、时间、气体和肉特性影响；PAW可诱导肌红蛋白氧化，较长时间使红褐色褪去甚至变绿，间接处理鲜猪肉L*略升、a*显著下降，b*长时间处理后升高。
4.3.2 风味与滋味：肉风味由挥发性化合物与感官特征共同决定，LTP处理中风味主要来自脂质和蛋白氧化分解；脂肪氧化产生醛、酮、醇，惰性气体负面影响小于氧气；适度LTP可促进牛肉支链氨基酸降解并增加果香，过度处理产生硫化物等异味；鸭肉中LTP可抑制含硫含氮不良挥发物并优化风味协调性。
4.3.3 质构：质构由肌原纤维蛋白结构、肌间脂肪和细胞完整性调控；适度LTP可解聚肌原纤维蛋白、降低肌纤维束密度并改善嫩度，Warner–Bratzler剪切力（Warner–Bratzler shear force, WBSF）、质构剖面分析（texture profile analysis, TPA）/双压缩和穿刺测试为主要评价方法；LTP还可破坏表层细胞膜完整性，促进肌浆蛋白与肌原纤维蛋白相互作用，形成更稳定凝胶网络；过度处理导致蛋白过度氧化聚集，增加汁液损失和硬度。

5 结论
LTP通过ROS/RNS等多途径破坏微生物细胞膜、蛋白和核酸，实现高效杀菌；同时调控脂质氧化、延缓蛋白变性、维持pH稳定性、色泽和质构，延长货架期，具有无化学残留、低能耗和环境友好等特点。其效果受放电方式、气体介质和工艺参数显著影响。当前机制研究仍需深化，不同肉种适应性优化和工艺标准化等问题尚待解决。未来应聚焦机制精准解析、放电参数和气体组合优化及个性化保鲜方案，为减少肉品流通损耗和保障食品安全提供支持。