冷等离子体用于控制食品中的真菌和真菌毒素：去污效力、解毒、食品质量与安全

《Food Control》：Cold Plasma for Control of Fungi and Mycotoxins in Foods: Decontamination Efficacy, Detoxification, Food Quality, and Safety

　　

摘要

真菌污染和黄曲霉毒素积累仍然是最难控制的食品安全问题之一，因为产毒生物和预形成的毒素是两个截然不同的干预靶标，其易感性各不相同。因此，冷等离子体作为一种非热技术，能够破坏真菌细胞和孢子，同时对真菌毒素进行化学转化，引起了广泛关注。然而，现有文献往往通过对孤立的终点指标进行解读：真菌对数减少量、母体毒素的消失或短期品质保持。本综述批判性地将这些终点整合为一条跨越真菌灭活、抑制后续毒素产生、降解现有真菌毒素、转化产物的鉴定与毒理学评价、以及食品品质与安全性保持的完整证据链。本综述首先概述了冷等离子体的生成、活性氧与氮物种化学、主要反应器几何构型，以及直接、间接和等离子体活化液体处理途径。随后比较了不同食品原料中的真菌控制证据，并探讨了物种、孢子状态、等离子体条件和基质特性如何决定处理效能与处理后恢复。对于真菌毒素，对黄曲霉毒素、脱氧雪腐镰刀菌烯醇、玉米赤霉烯酮、赭曲霉毒素A、伏马菌素、T-2/HT-2毒素和展青霉素的证据进行了评估，明确区分了降解与已证实的去毒效果。近期研究越来越多地鉴定转化产物，并且在少数情况下验证了细胞毒性或体内毒性的降低，但达到此证据水平的研究仍然罕见。食品组成、水分、孔隙率、表面可及性、活性物种淬灭以及脂质/蛋白氧化被证明决定了实际的效能-品质-安全窗口。最后，本综述分析了剂量标准化、处理均匀性、能效、连续加工、规模放大和监管障碍。核心结论是，工业转化必须从毒素去除百分比向整合性验证推进，涵盖持久性真菌控制、毒素再积累预防、经验证的去毒效果、产品品质、毒理学安全性以及可扩展的工艺性能。

引言

丝状真菌在收获前、干燥储存过程中以及整个分销过程中污染食品。除腐败之外，曲霉属、镰刀菌属、青霉属和链格孢属还可能会形成化学性质稳定的次级代谢产物，这些代谢产物在真菌生长停止后依然存在。主要暴露载体为谷物，但坚果、油料作物、香料、干果、生鲜果蔬、牛奶及奶制品等其他产品也受到影响。具体情况取决于作物种类、气候、农艺实践、采后处理和储存条件。

毒理学问题同样涉及多方面。黄曲霉毒素与强效遗传毒性和致癌危害相关；赭曲霉毒素A、伏马菌素、单端孢霉烯醇类毒素（如脱氧雪腐镰刀菌烯醇）、玉米赤霉烯酮、T-2/HT-2毒素、展青霉素以及不断涌现的修饰型或新型真菌毒素在靶器官、分子机制和暴露模式方面各不相同。因此，食品安全监管必须同时兼顾毒素特异性和商品特异性。联合出现、掩蔽形式、批内分布不均以及气候驱动的 fungal 生态学变化及区域真菌毒素谱系改变进一步增加了风险管理难度。温度和水分的变化也可能缩小安全干燥和储存条件范围，增加维持稳定采后环境的难度。这些压力增加了对非热补充技术的需求，这些技术可以在不造成高热负荷的情况下降低真菌和真菌毒素危害。冷等离子体就是其中之一，但必须与预防性干燥和储存控制配合使用。

生物来源与化学危害是分离的，这是该问题的一个定义性特征。去除活真菌并不能消除已存在的毒素；如果毒素被降解但产毒真菌未被抑制，这将在储存期间允许毒素重新积累。

当前的真菌和真菌毒素管理结合了预防性和污染后措施。采前控制包括良好农业规范、作物轮作、抗性或低敏感品种、适当的灌溉和施肥、虫害和病害管理、适时收获、允许使用的杀菌剂以及选定的生物防治。采后措施依赖于快速干燥、低水分或水分活度、温度和湿度控制、卫生储存、气调控制和虫害预防，以限制真菌生长和进一步真菌毒素产生。

一旦污染物料进入食品或饲料链，管理措施包括清理、分拣、去除受损谷粒、去壳、碾磨、清洗以及基于热或辐照的加工。已存在的真菌毒素也可通过选定的化学、生物或酶促处理来减少，但其在食品中的使用高度依赖商品和司法管辖区，且比常规预防性或物理措施受到更严格限制。

这些方法存在重要局限性。预防措施可降低风险，但不能可靠地去除已积累的毒素。分拣和碾磨可能转移而非消除污染，热加工则受限于几种真菌毒素相对较高的热稳定性。化学处理可能产生残留物或需要中和，而生物方法可能存在底物特异性、速度相对较慢以及难以在工业规模上标准化的问题。因此，核心技术挑战不仅是降低某一种分析标志物，而是在保持食品品质的同时实现有效的真菌控制和毒素减少，并满足毒理学和监管要求。这些局限性增加了人们对补充性非热技术的兴趣，包括冷等离子体，后者可在近环境整体温度下产生化学反应活性物种、带电粒子、电场和光子。

冷等离子体又称非热等离子体，是一种部分电离的非平衡态气体，其中高能电子与相对低温的重粒子共存。在本综述中，"冷等离子体"作为通用术语使用。根据放电构型和应用不同，冷等离子体也可在减压条件下产生。

食品等离子体研究最初侧重于细菌去污，但后续研究展示了抗真菌活性和等离子体介导的真菌毒素转化。先前的综述已涵盖了等离子体装置、抗真菌机制、真菌毒素降解、食品品质效应以及针对产毒真菌和低水分食品的应用。相比之下，另有研究主要将常压和室温等离子体作为微生物和酶工程诱变工具用于真菌毒素生物降解，而非直接食品去污。

本综述区别于上述综合研究之处在于，通过关联证据链评估冷等离子体：持久性真菌灭活、预防后续毒素产生、降解已存在的真菌毒素、转化产物表征、毒理学验证、食品品质保持以及可扩展的工艺性能。特别强调该证据链中的缺口，并区分分析降解与实验支持的去毒效果。该框架使表面成功的治疗能够按照食品安全转化所需证据的完整性来评判。

本综述围绕整合控制链而非孤立终点进行组织。第一个要求是持久性真菌控制，因为存活或亚致死损伤的群体在有利储存条件下可以恢复。第二个是阻止后续毒素产生。第三个是降解已存在的毒素。第四个是对所产生的产物进行化学和毒理学表征。完成这些步骤后，可就该干预措施在食品质量和食品安全方面进行评估。

证据因此被理性化为一系列：真菌控制、防止进一步毒素形成、真菌毒素降解、转化产物的表征与毒性、食品品质与安全的维持。这种框架有意将"母体毒素消失"与"去毒"区分开来。前者是分析观察，而后者是需要生物相关毒性降低证据以及无新危害产生的陈述。最近，玉米赤霉烯酮/黄曲霉毒素B1/黄曲霉毒素M1和展青霉素研究开始向这一更高证据标准迈进，但此类工作仍是例外而非普遍。

本综述旨在：(i) 简要概述冷等离子体的基本原理、活性氧与氮物种化学，以及用于灭活真菌和真菌毒素的反应器类型；(ii) 批判性比较不同商品中真菌及其孢子的灭活效果；(iii) 评估最重要的食源真菌毒素的降解，明确区分降解与已证实的去毒；(iv) 考察食品基质的影响、品质后果和毒理学安全性；(v) 评估工艺优化、处理均匀性、能效和规模放大；(vi) 界定工业转化所需的局限性和优先实验。本综述仅包括初级食品和食品相关研究。尽管等离子体化学强烈依赖来源和基质，但可能的途径借助机制支持性等离子体物理和氧化还原文献进行解释，但不提供推论性联系作为直接证据。因此，研究依据对转化支持及反对证据的完整性和强度进行比较，而非仅依据报告的去污效能。

文献检索策略与研究选择标准

进行了结构化的批判性证据检索，更新至2026年7月。检索在PubMed/MEDLINE及学术网络索引以及出版商平台上进行。使用了以下检索字符串：a) 等离子体术语：'cold plasma', 'cold atmospheric plasma', 'non-thermal plasma', 'dielectric barrier discharge', 'plasma jet', 'corona', 'gliding arc', 'high-voltage atmospheric cold plasma', 'plasma activated water'；b) 真菌术语：'Aspergillus', 'Fusarium'……

冷等离子体生成基本原理

当足够能量被传递至气体时，即可产生包含电子、离子、激发态物种、自由基和光子的群体等离子体。在冷或非平衡等离子体中，电子具有足够的能量进行激发和解离，而气体整体温度接近环境温度。介质阻挡放电至少使用一层介电层和交变或脉冲高压，以限制电流并防止转变为热电弧。表面介质阻挡放电和弥散共平面……

目标真菌与跨食品商品去污证据

冷等离子体研究主要聚焦于曲霉属、镰刀菌属、青霉属，以及较小程度上的链格孢属和其他采后腐败真菌。证据在谷物和坚果中最强，包括榛子、开心果、花生、玉米和小麦，以及红椒、日晒番茄和其他农产品。

报告的效能范围从生长延迟到减少……

已研究的主要真菌毒素

黄曲霉毒素B1及相关黄曲霉毒素、牛奶中的黄曲霉毒素M1、DON、ZEN、赭曲霉毒素A、伏马菌素、T-2和HT-2毒素、链格孢毒素以及展青霉素均属于冷等离子体研究范畴。证据深度存在不一致性。黄曲霉毒素的食品基质数据和转化产物研究最为广泛，而DON和ZEN的基质数据随时间推移逐渐增强；OTA和展青霉素则有更新的机制研究，伏马菌素和A型……

食品组成与物理结构的影响

食品并非被动载体。等离子体化学受水分活度、水分含量、脂质组分、蛋白含量、碳水化合物结构、抗氧化剂、色素、盐和表面形态的影响。水分可能增强界面化学和水相活性物种的生成，但如果水分过多，反应可能偏离毒素或微生物。脂质和酚类化合物可作为氧化剂清除剂，粗糙或多孔表面则会提供遮挡……

工艺优化、处理均匀性与渗透

冷等离子体优化应旨在优化多个相互关联的终点，而不仅仅是去除百分比。对于真菌毒素污染食品，工艺参数应根据真菌负荷、剩余毒素含量、转化产物的存在、产品质量和吞吐量进行优化；玉米研究表明，考虑真菌和毒素的生成都很重要。暴露时间、功率……

关键局限性与验证缺口

冷等离子体研究在不同研究之间尚不可比，很大程度上依赖于简化的污染模型，且在去毒效果和长期控制方面尚未得到充分验证。目前仍缺乏通用的等离子体剂量指标，因为相同的电压和处理时间可能产生不同的放电功率和活性物种通量。因此，有必要包括足够的电学、反应器、气体、装载量……

结论

冷等离子体目前在真菌灭活和主要食源真菌毒素降解方面已有充分证据，但其有效性高度依赖于等离子体化学、真菌物种、毒素结构、食品基质、污染深度、水分和产品装载量。

此处综合的证据表明，利用纯化毒素或表面加标食品获得的结果不能假定代表自然污染的商品，在这些商品中，屏蔽、活性物种淬灭以及
CRediT 作者贡献声明
Sohail Mumtaz：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，监督，软件，方法论，调查，正式分析，构思。Kainat Gul：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 原稿，可视化，软件，方法论，正式分析，构思
未引用的参考文献
Schrenk 等人，2020。
数据和材料的可用性
不适用。本综述基于已发表的文献，在本手稿准备期间未生成或分析新数据集。
利益冲突
作者声明他们没有利益冲突。
出版同意书
所有作者已阅读并批准最终手稿，并同意其出版。
伦理声明
本综述未涉及人类参与者或动物，因此不需要伦理批准。
资助
作者未接受到针对本工作的特定资助。
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作者未接受到针对本工作的特定资助。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有任何已知的竞争财务利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本论文中报告的工作。
Sohail Mumtaz|Kainat Gul