《Plasma Processes and Polymers》：Microwave-Discharge Generated Plasma Functionalized Water as an Intervention Technology for Microbiological Safety in the Fresh Poultry-Processing Industry
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禽肉产业面临来自弯曲杆菌属（Campylobacter spp）和沙门氏菌属（Salmonella spp）污染的严峻安全挑战。本研究提出采用等离子体功能化水（plasma-functionalized water，PFW）来控制这些病原体，以适应高通量禽类加
禽肉产业面临来自弯曲杆菌属（Campylobacter spp）和沙门氏菌属（Salmonella spp）污染的严峻安全挑战。本研究提出采用等离子体功能化水（plasma-functionalized water，PFW）来控制这些病原体，以适应高通量禽类加工链中的加工实践和速度。等离子体发生时间、水体体积和接触时间是控制PFW抗菌效力及化学特征的关键等离子体工艺参数。弯曲杆菌属和沙门氏菌属可被降至微生物检测限以下，并丧失全部代谢活性。在禽肉残留物存在的情况下，需要延长接触时间以提升细菌灭活效果。PFW在烫毛温度下仍能保持其抗菌潜力。研究提出PFW可灵活地维持禽类加工链中不同关键环节（如清洗和烫毛）的微生物安全性。
论文解读
一、研究背景与意义
禽肉在全球肉类市场中占据领先地位，凭借丰富的营养价值、经济实惠以及较低的环境足迹而备受青睐，其年产量约达1.333亿吨并保持持续增长。然而，微生物安全问题始终威胁着禽肉产业、公众健康和经济稳定。沙门氏菌属（Salmonella spp）和弯曲杆菌属（Campylobacter spp）是挑战鲜禽肉卫生安全的主要致病菌，其污染可发生于从农场到餐桌的整个禽类产业链条，已在全球范围内引发多起食源性暴发事件。摄入这些病原体可导致严重的胃肠道疾病，对免疫功能低下的患者甚至可能致命。
当前已采取多种干预措施来控制病原体，包括物理和化学干预（如氯、氯化物、有机酸）以及非热技术干预（如辐照、高压加工、脉冲电场、超声和紫外线）。然而，热处理通常被避免以保持鲜肉品质；部分化学制剂因残留问题在欧洲被禁用，其具有长期毒性和致突变性；此外，禽类产业链中的微生物菌群对这些杀菌剂具有广泛的适应机制，反而促进了交叉污染。因此，亟需建立对可在污染关键点灵活应用的新型技术的深入理解，以有效预防和控制这些病原体。
冷等离子体（cold plasma，CP）是物质的第四态，是一种新兴的非热技术，通过向中性气体施加电能产生。研究团队基于禽类产业利益相关方的参与，识别了当前禽类加工链中可引入冷等离子体技术的潜在位点，提出将等离子体功能化水（PFW）作为烫毛和清洗阶段用水的替代方案，用于宰后胴体消毒、生产线非生物表面和设备消毒，以及 chilling 阶段替代水雾喷雾。本研究聚焦于将PFW引入清洗和烫毛环节以提升禽类加工链宰后微生物安全性的可行性。
二、研究目的
研究人员旨在系统评估PFW作为禽类加工链中微生物安全干预技术的可行性与有效性，具体包括：测试活性氧氮物种（reactive oxygen and nitrogen species，RONS）随气体发生时间和处理体积的规模化规律，以在有限接触时间约束下实现高微生物灭活率；阐明低pH与特定含氮物种在细菌灭活中的相对重要性；考察PFW在烫毛温度下的热稳定性。
三、关键技术方法
本研究采用大气压微波等离子体射流（MidiPLexc）系统生成PFW，该装置以1标准升/分钟（SLM）的压缩空气流量运行，前向、反向和吸收功率分别为80、10和70 W，火炬频率为2.45 MHz，功率密度为3.95 kW/cm3。研究人员分别对100、300和600 mL三种初始体积的去离子水（dH?O）进行0至60分钟不同时长的等离子体处理。采用非分散红外/紫外（NDIR/NDUV）技术监测气相中等离子体排放的臭氧（O?）、一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO?）浓度。PFW的化学特征通过pH计和电导率仪测定，采用离子色谱（IC）定量硝酸根（NO??）和亚硝酸根（NO??），并使用紫外-可见分光光度计（UV-Vis）获取吸收光谱。抗菌效果评估以鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella enterica serovar Typhimurium ATCC 14028）和空肠弯曲杆菌（Campylobacter jejuni NCTC 11168）为目标菌株，在磷酸盐缓冲液（PBS）和鸡肉汁液（chicken juice，CJ）模型中进行浮游细胞和48小时生物膜处理试验，通过微生物回收计数和XTT代谢活性测定进行评估。热稳定性研究在50、60和70°C条件下进行。
四、研究结果
4.1 化学特征表征
气相监测结果显示，等离子体排放中O?、NO和NO?的平均浓度分别为139.51、541.14和493.64 ppm。O?在5分钟时达到峰值1447 ppm后逐渐下降，而NO随发生时间持续上升至9891 ppm。PFW处理使pH从5.55降至1.89，电导率随处理时间延长而升高。NO??和NO??浓度随发生时间延长而增加，但增大水体体积会降低其浓度，需相应延长发生时间以达到相近化学特征。总体而言，将水体体积扩大6倍，需将发生时间同样延长6倍以获得相似的PFW化学特征。UV-Vis光谱检测到亚硝酸的存在。
4.2 PFW的抗菌效果
PFW对鼠伤寒沙门氏菌和空肠弯曲杆菌表现出强杀菌活性，在15秒接触时间内分别实现7.57和9.40 log?? CFU/mL的灭活。空肠弯曲杆菌对所有测试的PFW均高度敏感，其代谢活性在15秒内降至检测限以下。发生时间是决定PFW对鼠伤寒沙门氏菌杀菌效果的关键参数，PFW-100mL经10和15分钟发生时间处理后可在15秒内实现完全灭活。接触时间同样具有重要影响，延长接触时间可提升灭活效果。增大水体体积至300或600 mL需相应延长发生时间（45至60分钟）才能达到相近的杀菌效力。
4.3 复杂基质中的抗菌效果
在鸡肉汁液存在条件下，两种目标细菌对PFW表现出更强的抵抗性，空肠弯曲杆菌需45秒接触时间实现2.66 log?? CFU/mL灭活，鼠伤寒沙门氏菌则需10分钟才能降至检测限以下，这归因于有机质对等离子体活性物种的清除作用。PFW对两种病原体形成的48小时生物膜均表现出强清除能力，在15秒接触时间内实现完全灭活，与0.8 ppm氯的效力相当。
4.4 热稳定性
PFW在50至70°C烫毛温度下，pH和电导率变化不大，亚硝酸因热诱导分解而减少，但其杀菌效果在烫毛温度下并未降低。鼠伤寒沙门氏菌在15秒接触时间内仍可实现7.51 log?? CFU/mL的灭活，表明高温烫毛不会削弱PFW的杀菌潜力。
五、讨论与结论
研究表明，发生时间、初始发生体积和接触时间是控制PFW抗菌效率的关键工艺参数。在15秒接触时间内即可实现浮游细胞和生物膜的完全灭活及代谢活性丧失。低pH与含氮物种的协同作用对细菌灭活至关重要，单独的酸性pH或单独的亚硝酸盐/硝酸盐均无法达到PFW同等效力。要扩大水体体积同时保持化学特征和抗菌效率，需按比例延长发生时间。鸡肉汁液有机质的存在要求延长接触时间以将微生物负荷降至检测限以下。PFW在各种烫毛温度下均保持其抗菌潜力，表明其在禽类加工链烫毛环节具有广阔应用前景。研究结果显示了规模化与分散化应用的潜力，但仍需专门的工程和中试规模研究。该研究获爱尔兰农业、食品与海洋部资助（项目编号17/F/275，FIRM计划），作者声明无利益冲突。
