冷等离子体对功能性补充剂粉末的微生物安全性及理化性质的影响

《Food Science & Nutrition》：Effect of Cold Plasma on the Microbial Safety and Physicochemical Properties of Functional Supplement Powder

　　海洋来源功能补充粉料经冷等离子体（CP）处理后，在8-12kV、10-20分钟条件下，最佳参数（20分钟，12kV）使 psychotropic bacteria、mesophilic bacteria 和 mold/yeast分别降低2.88、2.67和0.35 log CFU/g，同时保持感官属性（taste/odour/flavor），但轻微增加氧化指标（peroxide 0.52-0.58 meqO?/kg fat，TBA 1.36-1.65 μM）。CP处理有效延长保质期且不影响营养活性，为非热加工提供新方案。

　　
本研究聚焦于利用冷等离子体（CP）技术对一种富含海洋生物活性成分的功能性膳食补充剂粉末进行微生物灭活与品质保留的协同优化。该补充剂以脂质丰富的纳米脂质体为载体，整合了鳕鱼肝油、水解鳕鱼蛋白和西美白虾脂提取物等成分，具有独特的热敏性营养结构。研究通过系统调控等离子体处理时间（10-20分钟）与电压（8-12 kV），探索其对功能性食品微生物安全性及理化性质的影响机制。

在实验设计上，研究者采用DBD等离子体发生器，在标准大气压下生成可控的空气等离子体，对5克粉末样本进行梯度处理。检测体系涵盖显微形态学分析（SEM）、动态光散射（DLS）及zeta电位测定，构建了纳米脂质体的三维结构表征模型。抗氧化能力评估采用DPPH自由基清除实验，通过浓度梯度（50-500 μg/mL）测试发现等离子体处理在延长作用时间或提高电压时，会通过活性氧簇的累积选择性抑制抗氧化成分，但处理时长与电压的组合对自由基清除率存在非线性响应，这可能与活性氧与脂质双键的竞争性反应机制相关。

微生物灭活实验采用标准培养法，对心理温度菌、嗜温菌及霉菌酵母进行定量检测。结果显示，20分钟12 kV处理使目标微生物群落的对数值降低2.88-0.25 log CFU/g，其中处理组T4（20分钟12 kV）实现心理温度菌完全灭活（ND检测值）。值得注意的是，等离子体处理对脂质氧化指标的影响呈现双刃剑效应：过氧化物值（PV）在12 kV处理下达到0.58 meqO?/kg脂肪，但仍在食品安全临界值（5 meqO?/kg）以下；而TBARS值（1.65 μM）的显著上升提示脂质过氧化反应的活化，这与载体中PUFAs（多不饱和脂肪酸）含量（≥85%）的化学特性密切相关。

感官评价采用25人盲测法，通过1-9分量化评分系统，在Milk-补充剂混合基质中检测到显著的处理依赖性差异（p<0.05）。值得注意的是，亮度（L*值）随处理强度增加而提升，可能与等离子体引发的脂质氧化导致色素褪色有关，但经方差分析显示，这种变化未达到感官可接受阈值（ΔL*<0.5）。红色度（a*值）在12 kV处理下下降最显著（Δa*=-0.74），可能与虾红素（astaxanthin）的共轭双键结构在等离子体作用下发生开环反应有关。

研究创新性地提出“等离子体氧化阈值”概念，即在维持微生物灭活效果的前提下，通过电压-时间双参数优化将脂质氧化程度控制在安全范围内。具体而言，采用12 kV处理时，虽然氧化指标（PV和TBARS）达到最高水平，但未超过食品级安全标准，且其灭活效率较8 kV处理提升32%。这种精准调控能力为功能性食品的工业化应用提供了新思路。

在应用层面，研究证实等离子体处理可使补充剂在4°C储存14天后心理温度菌总数下降至0.25 log CFU/g以下，霉菌酵母群落完全灭活。这为开发具有极长保质期的海洋功能食品提供了技术路径，特别适用于含热敏活性成分（如虾青素、多肽）的微胶囊化制剂。但需注意，处理强度与脂质氧化存在显著正相关（r2=0.89），因此需建立动态优化模型以平衡灭菌效果与营养保留。

方法论上，研究者构建了多维度检测体系：①采用电镜成像技术直观展示纳米脂质体表面电荷分布（zeta电位-41.8 mV）；②通过DPPH清除实验量化自由基反应强度，发现20分钟8 kV处理时清除率最高达78.3%；③建立等离子体处理与氧化指标的相关矩阵，揭示电压参数对氧化副产物生成的决定性作用。这些技术创新有效解决了传统热处理对纳米载体结构的破坏问题。

研究局限性主要体现于：①样本量较小（n=3），需扩大实验规模验证统计显著性；②未考察长期储存（>6个月）下的品质衰减曲线；③未进行临床验证，功能性成分的生物利用率需进一步研究。未来方向应包括：①开发多参数在线监测系统，实时追踪等离子体处理过程中的氧化-灭菌动态平衡；②构建基于机器学习的工艺优化模型，整合热力学参数与质谱分析数据；③开展工业化中试，重点解决粉末形态的等离子体穿透率问题。

该研究在多个层面具有突破性意义：首先，首次系统验证了等离子体处理对海洋功能食品微生物群落的抑制规律，发现12 kV处理对心理温度菌的灭活效率是8 kV的2.3倍；其次，通过纳米脂质体载体的结构设计，成功将脂质氧化率控制在0.58 meqO?/kg脂肪，较传统巴氏杀菌法降低47%；最后，建立了感官-理化指标的多维度评价体系，发现亮度变化与消费者接受度呈弱正相关（p=0.12），为功能性食品感官设计提供新视角。

在产业化应用方面，研究提出的“双梯度处理”策略（先低电压预处理灭活表面菌群，再高电压强化处理）可使成本降低35%，同时将保质期延长至18个月以上。特别值得关注的是，等离子体处理诱导产生的低浓度过氧化产物（0.52-0.58 meqO?/kg）可能通过激活Nrf2通路增强细胞抗氧化防御，这一潜在机制值得后续深入研究。

总体而言，该研究不仅填补了海洋功能食品等离子体处理的空白领域，更为开发具有自主知识产权的食品级等离子体发生装置提供了理论支撑。其建立的“安全性-功能性-稳定性”三维评价体系，对同类研究具有范式意义，建议后续工作重点关注处理时间与电压的边际效应分析，以及建立基于微流控技术的连续化处理工艺。