介电屏障放电（DBD）冷等离子体替代亚硝酸盐控制含Monascus色素Nham中Clostridium botulinum并改善持水力与肌原纤维碎片指数的化学计量学解析

《Food Chemistry Advances》：Effect of dielectric barrier discharge (DBD) cold plasma on inactivation of Clostridium botulinum, water holding capacity, myofibril fragmentation index of nitrite-free Nham containing Monascus pigment and chemometric analysis

　　

大量研究已表明，介电屏障放电（DBD）冷等离子体可灭活肉毒梭菌（Clostridium botulinum）。因此，本研究比较含Monascus色素的Nham与对照组Nham，考察DBD冷等离子体对C. botulinum灭活及产品理化与化学特性的影响。在12 h发酵期内，经200 kV DBD冷等离子体处理10 min后，对照组Nham和含Monascus色素Nham中C. botulinum水平均未检出。此外，DBD冷等离子体使含Monascus色素Nham在整个发酵过程中的a*值降低，同时提高持水力（WHC）和肌原纤维碎片指数（MFI）。经DBD冷等离子体处理的含Monascus色素Nham的傅里叶变换红外光谱（FTIR）显示，与氢键相关的C–H、O–H和N–H峰发生变化，这影响了Monascus色素或蛋白质与DBD冷等离子体产生的活性氧（ROS）和活性氮（RNS）相互作用后的结构修饰。主成分分析（PCA）显示，DBD冷等离子体处理的含Monascus色素Nham的特征值与其他处理明显区分，受电导率、MFI和WHC影响，其变量投影重要性（VIP）评分大于1。因此，在含Monascus色素Nham的大规模生产中，DBD冷等离子体处理可能替代亚硝酸盐，以防止C. botulinum并改善产品嫩度和保水性。

Wattanakul等围绕无亚硝酸盐含Monascus色素Nham的安全生产与品质提升开展研究。Nham是泰国发酵香肠，常由碎猪肉、猪皮、熟米饭、泰国大蒜及盐、硝酸盐/亚硝酸盐、磷酸盐等组成，经天然微生物在室温发酵2–3 d，主要微生物包括乳杆菌和片球菌。硝酸盐/亚硝酸盐可抑制病原体并促进亚硝基肌红蛋白形成，但可转化为亚硝胺及其他N-亚硝基化合物，带来健康风险。Monascus色素可提供红色并具抗菌等作用，但仅依赖该色素可能不足以控制Nham密封厌氧发酵过程中的C. botulinum污染。DBD冷等离子体作为非热技术可灭活C. botulinum芽孢及营养细胞，但针对无亚硝酸盐含Monascus色素Nham中C. botulinum交叉污染、WHC、MFI及化学计量学分析的数据仍不足。因此，研究人员比较对照组Nham、含Monascus色素Nham及经200 kV、10 min DBD冷等离子体处理的含Monascus色素Nham在12 h发酵中的变化。总体结论是DBD处理可使C. botulinum至少降低3 log cycles，并在12 h内维持未检出，同时改善WHC和MFI、降低a*和剪切力，提示其在大规模生产中替代亚硝酸盐的潜力。

主要关键技术方法（不超过250字）：研究人员首先制备Latilactobacillus curvatus（L. curvatus；乳酸菌）细胞悬液和C. botulinum芽孢悬液，其中L. curvatus TISTR 938来源于泰国科学技术研究院（TISTR），C. botulinum type A ATCC 3502来源于泰国Rajamangala University of Technology Krungthep；制备Monascus色素并测定citrinin。Nham按对照组（80 ppm亚硝酸钠）和Monascus色素组（80 ppm）配制并接种，Monascus色素组在发酵前经DBD冷等离子体200 kV处理10 min。检测电导率与O₃，并测定还原糖、氨基酸、L*、a*、b*、pH、剪切力、WHC、MFI和FTIR；采用SPSS 30.0的Duncan新复极差检验（DMRT）及MetaboAnalyst 6.0进行PCA和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）的VIP分析。

研究结果：
3.1 12 h发酵过程中Nham（对照组）及未/经200 kV、10 min DBD冷等离子体处理的含Monascus色素Nham中L. curvatus和C. botulinum计数的动态变化。通过微生物计数及电导率、O₃、还原糖和氨基酸测定，原文发现对照组和含Monascus色素Nham经DBD处理后C. botulinum均未检出；未处理含Monascus色素Nham中C. botulinum由2.92 log CFU/g升至9.55 log CFU/g；DBD处理至少实现3 log cycles灭活。8–12 h时DBD处理组L. curvatus低于对照组；DBD处理组电导率和O₃较高；未处理含Monascus色素Nham的还原糖和氨基酸较低，与C. botulinum和L. curvatus共同生长消耗有关。

3.2 12 h发酵过程中Nham（对照组）及未/经200 kV、10 min DBD冷等离子体处理的含Monascus色素Nham的颜色、pH、剪切力、WHC和MFI。通过色度、pH、质构、离心法WHC和MFI测定，原文发现DBD处理使含Monascus色素Nham的L*和b*较高、a*较低；未处理含Monascus色素Nham在4 h后pH较低，12 h降至4.75，而DBD处理组pH较高并与蛋白水解产物有关；8–12 h DBD处理组剪切力最低（7.45–8.21 N），12 h时WHC和MFI分别达89.11%和178.42，高于对照组和未处理组。原文将其归于ROS/RNS对肌节和胶原结构的降解及静电电荷引起的蛋白结构松弛。

3.3 12 h发酵后Nham（对照组）及未/经200 kV、10 min DBD冷等离子体处理的含Monascus色素Nham的FTIR光谱。通过FTIR分析，原文发现未处理含Monascus色素Nham在1589、2850、1044和1405 cm?1处有与Monascus红色素相关的峰；DBD处理后2850 cm?1移至2933 cm?1，3218和3356 cm?1分别移至3345和3560 cm?1，显示C–H、O–H和N–H等氢键相关峰改变；各处理1685 cm?1的酰胺I带β-折叠结构与蛋白降解、凝胶网络持水及MFI升高相一致。

3.4 化学计量学分析：PCA、PLS-DA的VIP、K-means聚类分析和HCA热图。通过PCA、VIP、K-means和HCA分析，原文发现PC1和PC2解释100%总变异，其中PC1占98%，仅DBD处理的含Monascus色素Nham被明显区分，PC2占2%；电导率、MFI和WHC的VIP评分大于1。HCA与K-means显示0–4 h氨基酸、还原糖、a*、剪切力、pH和电导率较高，8–12 h WHC、b*、MFI、L*、L. curvatus和O₃升高，这些变量显著影响PC1分组。

讨论与结论翻译：原文讨论认为，DBD冷等离子体产生的ROS/RNS和O₃可破坏细胞壁/膜、DNA和蛋白质，并提高电导率；pH变化与乳酸菌产酸及蛋白水解有关；WHC升高与静电排斥和蛋白结构松弛有关；FTIR的C–H、O–H、N–H位移及β-折叠增加与MFI和WHC升高一致。原文结论指出，200 kV、10 min DBD冷等离子体使含Monascus色素Nham中C. botulinum灭活3 log cycles，12 h发酵期内对照组和DBD处理组均未检出C. botulinum；DBD处理后8–12 h L. curvatus数量低于对照组；未处理含Monascus色素Nham的还原糖和氨基酸较低与C. botulinum和L. curvatus共同生长有关；DBD处理降低a*和剪切力、提高WHC和MFI；FTIR显示氢键相关峰位移；VIP>1的电导率、MFI和WHC可区分处理。原文还指出，Monascus色素降解可通过提高色素浓度或包埋缓解；约2.92 log CFU/g的残留L. curvatus可用于12 h以上工业生产发酵；实验室结果提示商业应用潜力，但仍需放大试验、延长发酵和感官评价确认。