果蔬類產(chǎn)品中含有人體所必需的一些維生素、無機(jī)鹽、生物酶及植物纖維，是人類賴以生存必不可少的食物。世界衛(wèi)生組織報(bào)告顯示，每人每天食用400 g以上果蔬，不僅能有效減少微量營(yíng)養(yǎng)元素的缺乏，還可以減少慢性疾病的發(fā)生。果蔬類食品具有成熟期集中、產(chǎn)量大、水分含量高等特點(diǎn)，增加了后續(xù)加工環(huán)節(jié)的難度。
冷等離子（cold plasma,CP）是一種新型的非熱加工技術(shù)，正逐步被全球食品研究者關(guān)注。CP中含有帶電粒子和活性物質(zhì)可對(duì)食品組分產(chǎn)生影響，因其具有操作簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保、處理?xiàng)l件溫和等特點(diǎn)，已在農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、機(jī)械加工、化工等領(lǐng)域中得到廣泛使用。
以CP技術(shù)在食品加工方面的應(yīng)用為切入點(diǎn)，重點(diǎn)分析該技術(shù)在果蔬類食品中的研究進(jìn)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，提出其存在問題及未來研究方向，為CP技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用和推廣提供參考和思路。
等離子體（Plasma）是一種由自由電子和帶電離子為主要成分的物質(zhì)形態(tài)，常被視為物質(zhì)的第四態(tài)，即電離了的“氣體”。由于電離出的自由電子總的負(fù)電量與正離子總的正電量相等，這種高度電離、宏觀上呈中性的氣體叫等離子體。
根據(jù)等離子體中活性粒子的相對(duì)溫度，可將等離子體分為高溫等離子體和低溫等離子體。高溫等離子體中粒子溫度高于108～109K，低溫等離子體又分為熱等離子體和CP這2種，熱等離子的溫度在上千乃至數(shù)萬開，而CP的溫度在100～1 000 K之間。食品加工中主要采用CP技術(shù)。
CP的激發(fā)裝置是CP產(chǎn)生的關(guān)鍵。根據(jù)CP激發(fā)裝置形式分為電暈介質(zhì)放電（corona discharge,CD）、常壓輝光介質(zhì)放電（glow discharge at atmospheric pressure,GDAP）、介質(zhì)阻擋放電（dielectric barrier discharge,DBD）和常壓等離子體放電（atmospheric pressure plasma jet discharge,APPJD）。圖1為這4種激發(fā)裝置系統(tǒng)示意圖。
CD裝置采用惰性氣體（氦氣和氬氣）經(jīng)黃銅管從排列呈釘齒狀的針式釷狀孔出來，在電暈點(diǎn)附近的氣體被激發(fā)成CP。呈釘齒狀排列物可以采用高壓交流電、直流電或者脈沖電壓。GDAP采用氦氣作為激發(fā)氣體，利用一個(gè)很大的間隔作為阻擋介質(zhì)，接通電源后，帶電粒子聚集在絕緣體表面，絕緣介質(zhì)間會(huì)形成電勢(shì)差。在這種裝置中，絕緣介質(zhì)至少需蓋住一個(gè)電極。DBD裝置包含2個(gè)金屬電極及絕緣介質(zhì)，絕緣介質(zhì)面積大于金屬電極，在絕緣介質(zhì)的阻擋下，電流無法通過兩極板，給兩電極板上加入電壓，絕緣介質(zhì)間的氣體會(huì)形成等離子體。APPJD裝置由電極和接地電極（環(huán)形）組成，高速氣流從2個(gè)電極間形成的空間穿過后，在噴嘴處與周圍環(huán)境中氣體分子發(fā)生碰撞形成等離子體。
CP作業(yè)效果與載氣類型、處理食品自身狀態(tài)、設(shè)備結(jié)構(gòu)形式等因素相關(guān)。
常用的載氣類型為空氣、惰性氣體、氦氣、氧氣及多種氣體混合組合?？諝馐浅杀咀畹汀⒆畛Ｓ玫妮d氣。空氣在放電過程中會(huì)激發(fā)成活性氮和活性氧，其在破壞入侵微生物、退化細(xì)胞都有一定作用。惰性氣體穩(wěn)定性強(qiáng)，在與食品接觸時(shí)對(duì)食品成分影響較小，較大程度地保持了食物原有品質(zhì)。
處理食品自身狀態(tài)主要指食品表面粗糙程度、水分、存在形態(tài)等。食品表面粗糙程度可以影響CP中活性物質(zhì)的攻擊效果;CP作用在水分較高的食品上，會(huì)產(chǎn)生過氧化氫自由基、超氧陰離子和其他活性氧化物質(zhì)，導(dǎo)致食品成分氧化作用增強(qiáng)；活性物質(zhì)能與液體食品成分接觸，對(duì)穿透深度影響不大，而固體食品中水分、孔隙率、成分等因素會(huì)影響活性物質(zhì)的穿透能力，進(jìn)而影響CP作業(yè)效果。
設(shè)備結(jié)構(gòu)形式的影響主要體現(xiàn)在對(duì)冷等離子束流速的影響。一般來說，低流速氣體中半衰期短的活性物質(zhì)難以達(dá)到食品內(nèi)部，CP作業(yè)效果較弱，而增加氣體流速會(huì)增加活性物質(zhì)與食品成分相互作用的概率，但過高的氣體流速會(huì)縮短活性物質(zhì)在食品中的停留時(shí)間，從而減弱CP作用效果。
干燥前傳統(tǒng)預(yù)處理方式通常采用化學(xué)液體浸泡、切分、扎孔、漂燙等方法，在處理時(shí)存在汁液流失，易受微生物侵染等問題。CP技術(shù)處理果蔬類食品時(shí)，可與食品表面的水分作用，發(fā)生蝕刻，形成微孔，打破食品表面蠟質(zhì)層的阻礙，加速干燥進(jìn)程。Ashtiani等應(yīng)用CP技術(shù)先對(duì)葡萄進(jìn)行預(yù)處理再進(jìn)行熱風(fēng)干燥，研究發(fā)現(xiàn)與常規(guī)干燥技術(shù)相比，隨著預(yù)處理時(shí)間的增加，干燥時(shí)間和能耗也都在減少，預(yù)處理50 s時(shí)，能縮短干燥時(shí)間26.27%，減少能耗26.30%。
CP技術(shù)在處理食品物料時(shí)，物料內(nèi)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)會(huì)受到不同程度的損傷或與其發(fā)生反應(yīng)，造成物料成分發(fā)生不同程度的變化。Zhou等利用CP技術(shù)處理枸杞時(shí)發(fā)現(xiàn)，與未處理干燥相比，枸杞中總酚和總黃酮含量隨著預(yù)處理時(shí)間的增加呈現(xiàn)先增加后減少趨勢(shì)，合適的CP預(yù)處理時(shí)間可以提高總酚和總黃酮的含量。此結(jié)論在火龍果、石榴汁、紅棗和藍(lán)莓的試驗(yàn)中也有相同的報(bào)道。
然而，由于CP技術(shù)作用于食品物料表面，一部分學(xué)者認(rèn)為CP技術(shù)對(duì)食品物料顏色有輕微或者沒有影響，如辣椒、柑橘皮。而Kashfi等對(duì)薄荷進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，CP中的自由基會(huì)穿透物料表面，與內(nèi)部的活性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，加劇顏色褐變程度，紅菊苣和藍(lán)莓中也有類似結(jié)論報(bào)道。
化學(xué)保鮮技術(shù)是果蔬貯藏保鮮常用手段，但存在殘留量高、劑量比例控制精度差等問題。CP技術(shù)在進(jìn)行果蔬保鮮時(shí)，具有處理時(shí)間短、處理溫度低、能較好保存果蔬內(nèi)營(yíng)養(yǎng)成分的特點(diǎn)，受到研究者的廣泛關(guān)注。張勇等利用CP技術(shù)進(jìn)行西蘭花的保鮮試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，處理過的西蘭花貯藏15 d的品質(zhì)相當(dāng)于未處理貯藏11 d的品質(zhì)。Tappi等研究發(fā)現(xiàn)，使用CP技術(shù)處理哈密瓜與未處理組相比，試驗(yàn)組的儲(chǔ)存時(shí)間明顯變長(zhǎng)。
CP可有效減少乙烯、乙醇等代謝物產(chǎn)生，誘導(dǎo)果蔬氣孔減小，降低果蔬呼吸強(qiáng)度，延緩變色腐敗。王照琪等在進(jìn)行獼猴桃保鮮試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)：未處理獼猴桃切片培養(yǎng)48 h時(shí)，果實(shí)開始腐敗，失水皺縮嚴(yán)重；培養(yǎng)72 h時(shí)，果實(shí)完全腐敗，喪失食用價(jià)值；而處理后的獼猴桃片培養(yǎng)72 h，果實(shí)顏色鮮綠，邊緣組織與果皮連接緊密，失水皺縮現(xiàn)象不明顯。
由于CP處理可催化介質(zhì)氣體形成多種活性基團(tuán)和粒子，這些基團(tuán)和粒子能與微生物氧化反應(yīng)產(chǎn)生H2O和CO2，抑制微生物的呼吸作用，延長(zhǎng)果蔬保鮮。潘越等進(jìn)行小白杏保鮮試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，CP處理杏果的硬度為未處理組的1.5倍，VC和多酚含量分別是未處理組的1.4和1.2倍。任潔等在進(jìn)行番茄保鮮試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與未處理組相比，CP處理可維持較好的硬度，保持較高的總酚、可滴定酸和可溶性固形物的含量，延緩呼吸速率的升高。
CP對(duì)操作環(huán)境無特殊要求，并且激發(fā)電壓雖高但不會(huì)產(chǎn)生過多熱量，溫度不會(huì)明顯升高。因此，CP作為一種新的殺菌方式具有極大的發(fā)展?jié)摿?。Ziuzina等利用CP技術(shù)分別對(duì)圣女果處理10,60和120 s后發(fā)現(xiàn)，其表面的沙門菌、大腸桿菌、單細(xì)胞增生性李斯特菌分別從初始菌落的3.1,6.3和6.7 lg(CFU/g）減少至檢測(cè)限。趙瑩等進(jìn)行草莓殺菌試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，CP可使草莓表面的菌落總數(shù)由3.64 lg(CFU/g）降至0.83 lg(CFU/g），殺菌率達(dá)99.8%。蕭文宇等對(duì)藍(lán)莓進(jìn)行殺菌試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與未處理組相比，細(xì)菌菌落總數(shù)下降1.09 lg(CFU/g），果實(shí)表面的灰霉菌、鏈格孢菌與酵母數(shù)量分別下降2.02,1.47和1.43 lg(CFU/g）。CP處理可有效抑制果蔬表面微生物的生長(zhǎng)。
CP在電壓作用下，可對(duì)果蔬表面殘留的農(nóng)藥分子進(jìn)行解離，形成自由基、活性種類和不穩(wěn)定的化合物，達(dá)到降解果蔬表面農(nóng)藥殘留的目的。Sarangapani等對(duì)藍(lán)莓施加80 k V和5 min CP處理發(fā)現(xiàn)，藍(lán)莓表面的啶酰菌胺和吡蟲啉分別減少約80%和75%。Karaca等研究發(fā)現(xiàn)利用CP處理無籽鮮葡萄儲(chǔ)藏36 d后，啶酰菌胺、甲基嘧啶胺、嘧菌環(huán)胺、環(huán)酰菌胺和異菌脲濃度分別減少46.2%,51.6%,34.7%,64.5%和23.9%。
CP中的活性氧、活性氮是蛋白質(zhì)改性的關(guān)鍵成分，這些成分可以誘導(dǎo)蛋白質(zhì)中的化學(xué)鍵形成、氨基酸側(cè)鏈氧化、多肽鏈之間交聯(lián)等，可在無外源化學(xué)試劑或酶的條件下改變天然蛋白質(zhì)功能結(jié)構(gòu)，進(jìn)而達(dá)到改善蛋白質(zhì)功能的作用。Zhang等利用CP處理豌豆蛋白，結(jié)果發(fā)現(xiàn)處理后豌豆蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)有部分展開，表面疏水性增加，促進(jìn)蛋白質(zhì)間形成聚集體，同時(shí)在加熱過程中，蛋白聚集體會(huì)通過疏水和氫鍵之間的相互作用，形成更穩(wěn)定的三維凝膠網(wǎng)絡(luò)，改善了蛋白的凝膠性質(zhì)。王然等對(duì)大豆蛋白施加50 W和60 s的CP處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，大豆蛋白的α-螺旋含量從31.93%下降到23.56%，三級(jí)構(gòu)象變得更為緊湊，表面性能、持水能力和持油能力都顯著提高，游離疏基含量從9.77μmol/g蛋白增加到17.76μmol/g蛋白，表面疏水性從2 330.9增加到3 680.7。
CP技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于果蔬類食品加工等方面。CP技術(shù)具有低溫、短時(shí)、破壞性小、無殘留等優(yōu)點(diǎn)，不僅是高質(zhì)量果蔬類食品加工的首選方式，也是當(dāng)下提升食品附加值的趨勢(shì)。隨著在線監(jiān)測(cè)、人工智能等現(xiàn)代技術(shù)的不斷引進(jìn)，人們對(duì)食品加工領(lǐng)域的需求也不斷提升，未來CP技術(shù)在食品加工生產(chǎn)應(yīng)用中將會(huì)具有更廣闊的發(fā)展領(lǐng)域。
