超声波辅助等离子体活化纳米气泡水作为猪胃去污和腐败控制的非热干预手段

《Food Control》：Plasma activated nanobubble water assisted by ultrasound as a nonthermal intervention for pork stomach decontamination and spoilage control

　　

摘要

猪胃折叠的黏膜表面和粘稠的黏液层通过滞留微生物并限制抗菌剂的接触阻碍了去污。本文开发了超声辅助等离子体活化纳米气泡水 (PANW-U) 作为一种非热清洗系统，以提高猪胃的安全性和储存稳定性。将其理化活化、微生物减少、黏液破坏效果及保鲜性能与等离子体活化水 (PAW)、超声辅助等离子体活化水 (PAW-U) 和等离子体活化纳米气泡水 (PANW) 进行了比较评估。PANW-U 产生了更具反应性的清洗环境，其亚硝酸盐和 H₂O₂ 水平更高，氧化活性更强，酸化程度更高且电导率增加。它将猪胃的初始活菌总数从 4.10 降至 3.13 log CFU/g。进一步使用鼠伤寒沙门氏菌 ATCC 14028 作为代表性肠道细菌的分析显示，PANW-U 引起了显著的细胞损伤，其特征为细胞内活性氧 (ROS) 积累、PI 摄入增加和细胞表面变形。PANW-U 还促进了黏液脱落。这表明蛋白质和糖蛋白释放增加。它还降低了二硫键含量，改变了蛋白质构象，并削弱了粘弹性。这些变化破坏了富含粘蛋白的屏障。它们还将与黏液相关的微生物暴露于活性物种中。在冷藏储存期间，PANW-U 有效地延缓了微生物生长和挥发性盐基氮 (TVB-N) 的积累，同时减缓了气味、质构和颜色的劣化。总体而言，PANW-U 增强的去污和保鲜性能伴随着更大的活性物种相关化学活性、细菌细胞中更强的氧化和膜损伤，以及更明显的黏液结构破坏。本研究突出了 PANW-U 作为一种有前景的非热策略，用于可食用猪内脏的卫生加工和质量保鲜。

引言

鉴于全球大规模养猪屠宰，猪胃代表了一条具有重要加工和利用价值的可食用副产品流。然而，与骨骼肌不同，猪胃具有高度折叠的黏膜表面，覆盖着粘稠的黏液层。这种结构特征可以滞留微生物、组织碎片和产臭前体，从而降低消毒剂的可达性和效力。有效的猪胃去污需要两个作用。它必须灭活微生物并破坏或去除黏液屏障。

传统热处理可以有效减少微生物污染。但它可能会损害猪胃的质构、颜色和感官属性 (Khalid 等人，2023)。化学消毒剂在食品加工中广泛应用。但黏液可能会降低其效力。对化学残留和清洁标签加工的担忧也支持非热替代方案 (Teng 等人，2018)。等离子体活化水 (PAW) 是通过将水暴露于冷等离子体中产生的。它已成为一种有前景的液相抗菌技术。PAW 含有活性氧和氮物种 (RONS)。这些包括 H₂O₂、NO₂^-、NO₃^-、O₃ 和短寿命自由基 (Thirumdas 等人，2018; Rao 等人，2023)。这些物种可以损害微生物膜、蛋白质和核酸。以前的研究表明，PAW 减少了鸡胸肉、鱼片和牛肉中的微生物污染。它还有助于保持质量属性 (Roh 等人，2019; Tang 等人，2025; Teng 等人，2018)。但单独的 PAW 可能不足以处理富含黏液的动物副产品。短寿命氧化物种在等离子体活化期间产生。这些包括·OH 和其他瞬时 RONS (Bruggeman 等人，2016)。它们在等离子体 - 液体界面处或附近迅速反应。因此，它们在水性或生物基质中的渗透和扩散受到限制。此外，等离子体产生的气态物种必须溶解并保留在水中。这个过程取决于气 - 液传质、传输和液相反应 (Kaneko 等人，2024)。对于富含黏液的猪胃，有机物和类粘蛋白基质可能会形成扩散屏障。它们也可能在活性物种到达嵌入的微生物之前清除活性物种 (Mai-Prochnow 等人，2021)。这可能限制 PAW 衍生活性物种的稳定性、传质和表面可达性。

纳米气泡技术提供了一种加强 PAW 的可行策略。纳米气泡是分散在液相中的充气腔体，通常直径小于 1000 nm。它们具有较小的尺寸和缓慢的浮升速度，并且具有带电的气 - 液界面。因此，纳米气泡可以长时间悬浮在水中。它们还为气 - 液传质提供了巨大的界面面积 (Han 等人，2022)。当等离子体活化与纳米气泡生成相结合时，该界面有助于活性物种溶解并进入水中。这形成了具有更高氧化活性的等离子体活化纳米气泡水 (PANW)。同时，超声可以产生空化、微流和剪切力，这可能松动黏液结构、去除表面污染物并提高抗菌液体的渗透性。以前的研究表明，与单独的 PAW 相比，超声与 PAW 结合改善了微生物灭活 (Royintarat 等人，2020)。

基于这些考虑，本研究提出了一种结合等离子体活化纳米气泡水辅助超声 (PANW-U) 用于猪胃去污的联合非热处理策略。首先，通过测量 pH 值、电导率、NO₂^- 含量、H₂O₂ 含量和傅里叶变换红外光谱 (FTIR) 来评估不同处理液体的理化特性和反应特性。然后通过菌落总数确定对猪胃的即时微生物灭活效果。为了进一步阐明 PANW-U 的抗菌机制，选择了鼠伤寒沙门氏菌 ATCC 14028 (鼠伤寒沙门氏菌 ATCC 14028) 作为一种特征明确的革兰氏阴性肠道模型菌株进行标准化机制评估，因为它与动物源性食品中的污染相关。通过确定活细胞计数、细胞内活性氧 (ROS) 积累、使用 PI 染色检测膜完整性变化以及通过扫描电子显微镜 (SEM) 检测细胞形态变化来评估抗菌效果。随后，使用共聚焦激光扫描显微镜 (CLSM)、FTIR、拉曼光谱、流变学分析和 SEM 研究了不同处理对猪胃黏液的影响，以评估细菌分布、黏液结构变化和黏液去除行为。最后，在冷藏储存期间监测菌落总数、挥发性盐基氮 (TVB-N) 含量、电子鼻图谱、质构和颜色，以评估微生物生长、蛋白质腐败、气味演变和质量稳定性。猪胃折叠且覆盖黏液的表面可能会阻碍抗菌剂的渗透和有效接触，从而降低去污效率。基于这一挑战，PANW-U 被开发为一种集成的非热清洗策略，结合了纳米气泡辅助的等离子体衍生活性物种的保留和传输以及超声诱导的空化、微流和剪切力。这种组合旨在提高活性物种的输送，同时削弱保护性的黏液屏障。因此，本研究为 PANW-U 在猪胃及其他富含黏液的可食用内脏的卫生加工和质量保鲜中的潜在应用提供了机制基础和初步证据。

章节摘要

原料

新鲜猪胃样品购自同一当地屠宰场 (中国泰安兴月有限公司)。它们分别在三个单独的时间获得，每批次独立运输至实验室，在 4 °C 下加工和处理。每批采购被视为一次独立实验，给出三个独立实验重复 (n = 3)。每批收集约 8 kg 猪胃，并在冷藏条件下分为八十份 100 g

等离子体活化溶液的理化性质和活性物种积累

清洗溶液的理化特性如图 1 所示。与 CK 相比，等离子体活化处理积累了亚硝酸盐和 H₂O₂，增加了电导率并降低了 pH 值，表明有效的水相活化。PANW-U 显示出最高的亚硝酸盐和 H₂O₂ 水平以及最强的 MB 脱色。PANW 和 PANW-U 在大约 105.65 和 164.10 nm 处显示出主导的纳米级峰值，证实了纳米气泡的存在。这些变化表明等离子体活化，

结论

本研究表明，超声辅助等离子体活化纳米气泡水 (PANW-U) 是一种有效的非热清洗策略，可提高猪胃的卫生质量和储存稳定性。与 PAW、PAW-U 和 PANW 相比，PANW-U 显示出更强的化学活化，这由活性物种积累和氧化活性的增强所表明。该处理实现了猪胃天然微生物负荷的最大减少，并产生了最强的

CRediT 作者贡献声明

Xu Guo: 监督，资源，项目管理，方法论，数据整理。Jing Liu: 写作 – 原稿，验证，软件，调查。Jing Wu: 写作 – 审阅与编辑，写作 – 原稿，可视化，验证，软件，方法论，调查。Luping Zhao: 验证，监督。Jianying Zhao: 资金获取。Churan Wang: 验证，形式分析，概念化。Huixin Zuo: 可视化，验证，监督。Mingming Huang: 写作 –

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些可能会影响本文报告中工作的出现。

致谢

该工作得到了 国家自然科学基金 (NO. 32202142); 数据将按要求提供。江苏农林职业技术学院科学研究支持项目 (2024kj48); 句容科技项目 - 农业技术创新基金一般计划 (ZA32317); 江苏省高等教育机构自然科学研究一般计划 (23KJD550002)。

Jing Wu|Jing Liu|Xu Guo|Huixin Zuo|Churan Wang|Jianying Zhao|Luping Zhao|Mingming Huang

山东农业大学食品科学与工程学院，中国泰安 271018