肉类具有较高的营养价值，是人体摄入优质蛋白的重要来源。肉类营养丰富，容易被微生物污染导致腐败变质，主要通过低温、热处理和一些化学方法来保持肉及肉制品的食用品质。冷等离子体（CP）处理是确保肉类安全的新技术，活性粒子的存在可有效灭活多种微生物并降低内源酶活性，但存在脂肪和蛋白氧化及感官特性劣变的负面影响。为了取得最佳平衡即最大杀菌效果和最小质量损失，CP处理条件值得重点研究。

西安交通大学等离子体生物医学研究中心的樊润泽、许德晖*和西安交通大学生命科学与技术学院的祁苗等人对CP对肉蛋白结构和功能影响的作用机制进行了综述，并对其在肉品保藏加工的应用及对品质影响的最新进展进行总结。

1、冷等离子体技术概述

等离子体作为一种部分或完全电离的气体，被称为物质的第四态，通过气体在高电压或其他形式能量的激发下产生。组分包括正负离子、原子、电子、含有活性氧（ROS）、活性氮（RNS）等活性粒子以及各种电磁波包括紫外线、红外线和可见光。活性粒子是参与放电的气体与电子在能量激发下通过发生分解、电离、吸附等物理化学过程而产生，其中ROS主要包括氧原子、羟自由基（·OH）、单线态氧（1O2）、过氧化氢（H2O2）、臭氧（O3）、超氧阴离子自由基（O2-·）等，RNS主要包括一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、过氧亚硝酸（ONOOH）等，此外还有氢粒子（主要指H+和H原子）。等离子体在直接或间接应用于食品时，活性粒子会在气相、液相等组分中发生复杂的传质和转化，从而生成更多种类的活性粒子。

冷等离子体直接处理

CP直接处理时会对食品组分、pH值、温度产生影响。含有活性氧（ROS）和活性氮（rRNS）可以诱导肽键断裂、蛋白质交联和氨基酸侧链上的许多修饰，造成其结构的改变，食物中脂肪和糖类也会因为CP而发生结构性改变，蛋白质还可由糖和脂质的氧化副产物间接诱导氧化。活性粒子的存在往往会导致体系pH值的降低，这是由于非共价连接的活性粒子的转化比如H₂O分子与液相或空气中的H2O2反应形成的酸性H₃O⁺或产生NO₂和NO形成的硝酸和亚硝酸及蛋白氧化分解导致氨基酸的裂解进入介质，导致了酸性化合物的产生，使体系pH值降低至3～7。也有研究发现提取介质和蛋白或生肉本身的缓冲特性使得等离子体处理pH值变化不大，pH值差异产生的因素主要包括处理量、缓冲能力、以及使用的等离子体源和载气的选择。pH值的变化一定程度会影响蛋白性能，但也有研究认为CP引起的pH值变化对肌红蛋白（Mb）颜色变化并无影响。此外，等离子体直接处理虽然作为一种非热技术，但处理过长时间也会造成体系温度的升高，在鲜肉中的应用要尤为注意。

冷等离子体活化后间接处理

等离子体直接处理和用活化溶液处理发挥作用的活性粒子存在区别，直接处理时短寿命活性粒子可以产生影响，而间接处理时长寿命活性粒子发挥主要作用O₂^-，CP处理水可形成•OH、H2O2、O₂^-•,NO₃^-、NO₂^-等30余种常见液相活性粒子，这些活性粒子使等离子体活化水（PAW）具有3 个主要特征：抗菌活性、氧化能力和比去离子水更低的pH值。其他溶液，如生理盐水、H2O2溶液和磷酸盐缓冲液制备的其他等离子体活化溶液（PAS）可以进一步提高灭菌效率，然而灭菌效果仍然有限。使用低质量分数（0.05%～0.20%）乳酸制备的等离子体活化乳酸（PALA）具有比PAW更多的活性粒子。不同浓度水杨酸制备的PAS中，随水杨酸浓度的增加，相应PAS的pH值降低，杀菌率增加。将PAW或PAW冻冰进一步应用于肉品保鲜具有较好前景，短寿命活性粒子对PAW冻冰的杀菌作用贡献有限，长寿命活性粒子主要包括H2O2、O₃和NO₃^-在杀菌时发挥重要作用。活化植物匀浆由于其功能性和较高的固有pH值也是将CP应用于肉品的一种方式，紫苏提取物、大蒜、洋葱、冬菇匀浆处理后经过等离子体处理后成为合成亚硝酸盐的替代品，活化植物蛋白溶液由于缓冲能力也成为亚硝酸盐替代物的良好选择。

冷等离子体联合其他技术处理

不论直接处理还是间接处理，CP在一定程度上都导致了脂肪和蛋白质的氧化。植物提取物、抗坏血酸、精油因其优异的抗菌和抗氧化特性而被用作食品防腐剂，其与CP联合使用可以减轻CP处理肉品过程中造成的蛋白和脂肪氧化等负面影响，其抗菌特性也在延长肉品保质期方面发挥协同作用。CP与抗氧化剂丁基化羟基甲苯、肌肽、迷迭香、松树皮、石榴提取物联用，或与抗坏血酸、乙醇椰子壳提取物、藤黄提取物（复合脉冲电场处理）、鱿鱼骨壳寡糖、乳清分离蛋白-生姜提取物涂层联用均在一定程度上减轻了脂肪和蛋白质的氧化。此外，为增强CP的抗菌性能，还可通过联合其他食品保鲜的栅栏因子，如纳米技术、超声处理、脉冲光等非热处理技术来协同发挥更好的杀菌效果。3 种CP处理装置示意图如图1所示。

2、冷等离子体技术在肌肉蛋白改性中的应用

肌原纤维蛋白（MP）

溶解度

肌红蛋白（Mb）

Mb通常以3 种形式存在：氧合肌红蛋白（OMb）、脱氧肌红蛋白（DMb）和高铁肌红蛋白（MMb），它们的相对比例决定了新鲜红肉的颜色。Mb由血红素和珠蛋白组成，其颜色由与血红素中铁结合的配体类型（O₂、H2O、NO、CO等）、铁的氧化状态（亚铁或铁）以及卟啉环或珠蛋白的完整性决定。CP处理下，Mb结构会发生改变，例如失去珠蛋白或血红素的降解，CP处理产生的一些活性粒子可使OMb氧化为MMb，与血红素铁离子配位结合等，CP处理导致Mb结构和颜色转变的机制有待阐明。研究发现添加质量分数0.1%连二亚硫酸钠可防止CP引起的变绿。此外，较高水平（质量分数5%）的还原剂作用下，Mb可形成红色的亚硝基肌红蛋白。CP和连二亚硫酸钠对MMb的影响如图2所示。

PAS中低浓度的活性粒子不会影响MMb、OMb的颜色和结构。PAS中H₂O₂活性粒子的积累是其可破坏Mb结构并随着处理时间的延长而发生颜色变化的主要原因，高浓度亚硝酸盐和HNO₂也是引起MMb、OMb变绿的原因。因为红肉的颜色外观主要由MMb和OMb决定，因此，处理红肉时，应将H₂O₂和亚硝酸盐的浓度调到适当水平。肉成分复杂，肉品的变色通常是多种因素综合作用的结果，颜色变化、脂肪氧化、Mb氧化三者彼此之间存在相关性，因此要综合分析CP处理后肉品变色的机制。

3、冷等离子体技术在肉及肉制品保藏加工中的应用

保鲜贮藏

CP中的活性粒子、紫外线、带电粒子等组分在灭菌方面非常有效，也可以降低内源酶的活性。CP用于肉品保鲜主要是在低温保鲜前进行直接处理或活化液处理，也可通过PAW冰的形式进行冰温储藏保鲜，但同时CP中活性粒子的氧化作用对肉品的负面影响不容忽视，肉品成分复杂，各组分的氧化存在一定的关联，蛋白氧化除了自由基诱导外，脂质过氧化和非酶糖基化可以间接介导蛋白质的氧化修饰，脂质氧化也可能由自由基或紫外线、电离辐射、热引发，Mb也是脂肪氧化的催化剂，与肉类制品颜色变化存在相关性。研究需要对处理过程中肉类品质、杀菌效果及氧化发生机制等进行综合深入分析。

此外，CP间接处理也可应用于肉品保鲜贮藏。CP与其他处理方法联用可一定程度缓解CP单独处理对肉片氧化的负面影响。还有通过DBD和PAW联用、CP联用温热技术提高果蔬杀菌效率，纳米材料的发展及联用也进一步促进CP的杀菌能力，但联用也要考虑经济成本。

亚硝酸盐替代物优化肉类加工工艺

目前可通过CP直接处理肉糜、PAW、CP处理的植物粉末和蛋白溶液的形式添加亚硝酸盐，不仅可以改善产品颜色，也可降低残留亚硝酸盐含量，在酸性条件下（pH值低于5.5），亚硝酸盐会分解形成NO，从而导致亚硝酸盐的总含量降低，为了抑制pH值的降低造成的总亚硝酸盐水平降低，在等离子体处理之前，最常将合成化学品（如焦磷酸钠或氢氧化钠）添加到水中，在开发一种新的天然亚硝酸盐来源以替代肉制品中的合成亚硝酸盐来源时，使用合成添加剂可能并不合适，高pH值、较强缓冲能力的物质可能是CP处理的理想pH值调节剂。

结 语

CP作为一种非热加工技术，在肉品保藏加工领域的研究已受到广泛关注。未来冷等离子体技术在肉品工业中的应用研究可从以下几方面展开：1）作用形式除传统的CP直接处理和PAW外，出现了PAW冰、活化植物蛋白溶液等新的形式，未来可开发更多用于食品的等离子体活化介质；2）肉蛋白中胶原蛋白对肉的嫩度有重要影响，未来需加强CP对胶原蛋白影响的研究；3）由于活性粒子的复杂性，CP用于肉品保鲜加工要对蛋白质和脂质的氧化程度、感官特性、亚硝酸盐等强氧化性物质残留量、营养价值（必需氨基酸，生物利用率）及安全性进行综合分析，确保其在食品中安全可用，4）肉中的成分复杂，蛋白和脂肪氧化机制需要综合分析，研究中也可借助仿真系统阐释活性粒子的产生和作用机制；5）CP对肉品蛋白特性的影响尚没有完全一致的结论，需要对CP处理各参数进行深入分析，建立规范的技术标准，以实现精确高效的工业化应用。