冷等离子体（CP）与等离子活化水（PAW）对鲜切胡萝卜多酚、维生素及挥发性化合物的影响

《Food Science & Nutrition》：Effect of Cold Plasma and Plasma Activated Water on Polyphenols, Vitamins, and Volatile Compounds in Fresh-Cut Carrots

　　

本研究旨在评估经冷等离子体（CP）和等离子活化水（PAW）处理5、10、20、30 min的鲜切胡萝卜中生物活性化合物的含量（多酚以及维生素B₂和B₃采用高效液相色谱-串联质谱（HPLC-MS/MS）和分光光度分析，抗坏血酸采用高效液相色谱-二极管阵列检测（HPLC-DAD），挥发性谱采用顶空-固相微萃取-气相色谱-质谱（HS-SPME-GC–MS））。多酚含量主要受PAW影响；抗坏血酸含量经CP和PAW处理后统计性增加，尤其在处理10 min后；烟酰胺在两种处理中均降低，而烟酸在CP处理样品中增加。挥发性谱也受CP和PAW应用影响：CP处理5 min轻微增加挥发性化合物丰度，而PAW处理完全改变挥发性谱。最后，分光光度分析显示，CP处理20 min和PAW处理5 min的胡萝卜总酚含量（TPC）最高；总黄酮含量（TFC）则在CP处理5 min和PAW处理20 min的胡萝卜中较高；抗氧化活性在CP处理5 min和PAW处理20 min的胡萝卜中较高。总之，本研究表明CP和PAW处理均改变鲜切胡萝卜的化学组成，其中PAW处理对某些生物活性化合物含量影响更大，尤其是多酚类化合物。事实上，CP处理10和30 min的样品中多酚含量分别降低29%和26%；而PAW处理样品中多酚含量降低约70%，且与处理时间无关。

研究背景方面，论文指出等离子体被视为物质第四态，由电子、离子等带电粒子以及原子、分子、自由基等非带电粒子和紫外光子组成。随着消费者对健康、新鲜和安全食品需求增加，等离子体作为食品去污替代技术的兴趣上升；但冷等离子体（CP）用于去污时，食品表面不规则可使微生物藏匿于难以到达区域，导致去污不充分。为克服该问题，等离子活化水（PAW）被开发并研究为食品去污的有前景替代方案。论文同时指出，等离子体的抗菌活性主要与活性氧/活性氮物种（ROS/RNS）有关，这些物种可造成微生物细胞脂质、蛋白质和DNA氧化损伤，也可与食品中的宏量营养素和生物活性分子反应，发生硝化、亚硝化、羟基化、氧化、磺化氧化、脱酰胺、脱氢或加氢以及二聚化等反应，从而改变食品营养谱；且不同食品经CP处理后多酚和维生素等生物活性分子含量的研究结果相反，提示食品基质可能影响结果。因此，研究人员旨在分析非热技术（CP和PAW）对最低加工食品营养谱的影响，并以鲜切胡萝卜为对象，分析多酚、抗坏血酸、维生素B₂和B₃及挥发性化合物。

研究人员开展了CP和PAW分别处理鲜切胡萝卜5、10、20、30 min的研究，并结合HPLC-MS/MS、HPLC-DAD、HS-SPME-GC–MS和分光光度分析评价化学组成。研究结论显示，CP和PAW均改变鲜切胡萝卜化学组成，PAW对某些生物活性化合物尤其多酚影响更大；PAW处理对化学组成产生负面影响，尤其降低多酚浓度，而抗坏血酸、烟酸和烟酰胺保持不变；CP处理似乎更好地维持胡萝卜化学组成，包括生物活性分子和挥发性化合物。该研究的意义在于提示不仅处理方式而且食品基质均十分重要，基质与CP和PAW中不同物种相互作用会影响多种生物活性化合物含量；仍需新研究理解等离子活性物种与食品基质间相互作用，以在不改变食品营养特性的前提下利用这些非热技术潜力。

关键技术方法概括（不超过250字）：样品为当地超市（Cesena, Italy）购买的全鲜胡萝卜（Daucus carota），5°C冷藏并于2天内使用，平均果质量478.55±11.12 g，总可溶性固形物（TSS）约13.00 °Brix；清洗后用次氯酸钠30 ppm处理5 min、干燥10 min、去皮切丝。CP采用表面介质阻挡放电（SDBD）等离子源，峰值电压6 kV、频率23 kHz、表面功率密度2.6 W/cm²，距离4 cm，室温26±1°C处理5–30 min，30 min时NO_x最高1690±248 ppm。PAW由脉冲电晕放电1 min制备，500 mL无菌蒸馏水，最高电压15 kV、频率5 kHz，pH 3.48±0.08，H₂O₂为13.98±3.47 mg/L、NO₂为1.18±0.06 mg/L；胡萝卜与液体比1:3 w/v，振荡摇床处理5–30 min。分析采用HPLC-MS/MS定量多酚及维生素B₂、B₃，HPLC-DAD测定抗坏血酸，HS-SPME-GC–MS分析挥发物，分光光度法测定TPC、TFC和DPPH抗氧化活性，并以方差分析（ANOVA）、Tukey检验和主成分分析（PCA）统计。

3.1 多酚的HPLC-MS/MS分析（Analysis of Polyphenols Through HPLC-MS/MS）：通过HPLC-MS/MS定量36种多酚，胡萝卜中检出/定量了没食子酸、新绿原酸、绿原酸、4-羟基苯甲酸、咖啡酸、p-香豆酸、阿魏酸、鞣花酸、飞燕草素-3,5-二葡萄糖苷、根皮苷、槲皮素和山柰酚等。总体上多酚浓度随处理时间延长而下降，CP和PAW处理均存在显著差异。CP处理10和30 min总多酚较对照分别降低29%和26%；PAW处理总多酚由对照51.64 mg·kg^?1降至14.37–16.14 mg·kg^?1，约降低70%，不同处理时间间无显著差异。没食子酸在PAW处理后显著下降；新绿原酸在PAW处理5 min后增加，10和20 min不变；绿原酸在CP处理胡萝卜中最丰富，但CP和PAW处理后均下降；4-羟基苯甲酸在两种处理后未转化，咖啡酸仅存在于PAW处理样品；p-香豆酸在CP处理中除10 min外几乎恒定，在PAW处理30 min下降；阿魏酸随PAW处理时间略降但无显著差异；飞燕草素-3-葡萄糖苷、鞣花酸和槲皮素在PAW处理后完全消失，原文将花青素降解归因于羟基自由基和臭氧对色团的氧化裂解。

3.2 抗坏血酸分析（Analysis of Ascorbic Acid）：通过HPLC-DAD定量抗坏血酸。CP处理影响抗坏血酸含量，浓度随处理时间延长而下降，至10 min差异显著，之后继续下降但无显著差异。PAW处理对升酸含量无显著影响，5–10 min略增，20 min略降，30 min再升，各处理时间差异不显著。

3.3 核黄素、烟酰胺和烟酸分析（Analysis of Riboflavin, Nicotinamide and Nicotinic Acid）：通过HPLC-MS/MS分析维生素。核黄素在所有样品中完全缺失；维生素B₃受CP和PAW处理影响。CP处理中烟酰胺初始4.28 mg·kg^?1，至10 min下降但无显著差异，20 min最高，30 min最低；烟酸在CP处理10 min最高且与其他样品差异显著，20 min最低。PAW处理中烟酰胺至10 min增加但无显著差异，20和30 min下降且无显著差异；烟酸随处理时间总体下降但无显著差异。维生素B₃总量（烟酰胺与烟酸之和）在CP处理中一般增加，在PAW处理中一般下降。

3.4 挥发性化合物的HS-SPME-GC–MS分析（Analysis of Volatile Compounds by HS-SPME-GC-MS）：通过HS-SPME-GC–MS鉴定醛、醇、萜烯、酯、呋喃、酮、烃、有机酸、腈和类胡萝卜素等化学类别。CP处理醛类呈振荡变化，5 min增7%，10–20 min降9%–4%，30 min增8%；PAW处理醛类最高在10 min增60%，最低在30 min增44%。醇类在CP处理5 min增10%后随处理时间下降，PAW处理下降尤其30 min降85%。萜烯在CP处理随处理时间下降尤其20 min降68%，PAW处理呈振荡总体下降且20 min最低降46%。酯类在CP处理5 min增26%后下降，PAW处理仅30 min检出辛酸乙酯。呋喃仅鉴定2-戊基呋喃，CP处理下降，PAW处理10 min出现后20和30 min下降。酮类在CP处理5 min降29%后增加尤其10 min增30%；PAW处理随处理时间下降34%–20%–25%，30 min增1%。有机酸在CP处理总体增加尤其30 min增24%，PAW处理随处理时间下降尤其30 min降76%。类胡萝卜素在CP处理增加尤其10 min增36%，PAW处理20–30 min增6%–7%。总体CP处理使挥发物丰度略增，10 min最高增10%；PAW处理10 min略增1%，5、20、30 min分别下降6%、7%、7%；CP和PAW处理10 min均略增挥发物量。

3.5 分光光度分析（Spectrophotometrical Analysis）：通过TPC、TFC和DPPH测定得出，CP处理TPC增至20 min后30 min下降；PAW处理TPC呈振荡，5 min最高、10 min最低。TFC最高值出现在CP处理5 min和PAW处理20 min；DPPH抗氧化活性在CP处理5 min和PAW处理20 min较高。该结果与HPLC-MS/MS多酚定量不一致，原文解释为分光光度分析不如定量分析特异，其他还原性化合物和氧化产物可干扰试剂反应，而HPLC-MS/MS使用分析标准品验证并可定量目标分子，数据更清晰。

3.6 挥发性谱的主成分分析（Principal Component Analysis of Volatile Profiles）：通过PCA分析挥发物与处理时间关系。CP处理10 min样品与对照差异最大；CP处理5 min与20和30 min挥发谱相反。结合HS-SPME-GC–MS，10 min CP处理完全改变挥发谱，5 min CP处理略增挥发物丰度并较好保留挥发组成。PAW处理完全影响挥发谱，处理时间对挥发组成无影响，尤其5–10–20 min样品；HS-SPME-GC–MS显示PAW处理10 min挥发物丰度略增，但挥发组成完全改变。

讨论与局限总结：原文没有独立讨论部分，结论中讨论基质重要性及方法差异；分光光度法与HPLC-MS/MS结果不一致，归因于分光光度法特异性较低和干扰；PAW处理未设酸化水对照，无法分离PAW酸性pH与活性等离子体物种对观察变化的各自贡献；CP和PAW未在同一批胡萝卜上处理，浓度不能直接比较，只能按各自对照计算化学组成变化百分比。

研究结论（Conclusions）译文：本研究表明CP和PAW处理影响鲜切胡萝卜化学组成。HPLC-MS/MS多酚定量显示，PAW处理胡萝卜总多酚含量显著下降，而CP处理胡萝卜总多酚含量几乎不变且无显著变化。CP和PAW处理影响胡萝卜抗坏血酸：CP处理胡萝卜抗坏血酸随处理时间延长而下降，至10 min差异显著；PAW处理胡萝卜抗坏血酸在5–10 min增加，20 min略降，30 min再升，但无显著差异。关于维生素B₂和B₃，核黄素在所有样品中完全缺失，烟酰胺在PAW和CP处理样品中均下降；相反，烟酸在CP处理样品中较PAW处理样品显著增加，提示烟酰胺可能转化为烟酸。挥发物分析显示两种处理均改变醛、醇、萜烯、酯、呋喃、酮、烃和有机酸丰度；总体随暴露时间增加，一些化合物减少而另一些增加，提示处理影响这些物质产生所依赖的化学反应。PCA显示5 min CP处理略增挥发物丰度并较对照保留挥发组成，而PAW处理完全改变挥发组成。CP和PAW处理的分光光度分析与多酚定量分析不同：TPC最高值见于CP处理20 min和PAW处理5 min胡萝卜；TFC最高值见于CP处理5 min和PAW处理20 min胡萝卜；DPPH法测定的抗氧化活性在CP处理5 min和PAW处理20 min胡萝卜中较高。总之，本研究表明CP和PAW处理均改变鲜切胡萝卜化学组成，PAW处理对生物活性化合物含量影响更大，尤其对多酚浓度产生负面影响；而抗坏血酸、烟酸和烟酰胺保持不变。CP处理似乎更好地维持胡萝卜化学组成，包括生物活性分子和挥发性化合物。该研究显示不仅处理方式而且基质均十分重要；基质与CP和PAW中不同物种相互作用也影响各种生物活性化合物含量。仍需新研究更好理解等离子活性物种与接受处理食品基质间相互作用，以在不改变食品营养特性的前提下利用这些非热技术潜力。