基于等离子体活化水雾化技术提升小番茄中大肠杆菌O157:H7灭活效率的创新研究

为解决新鲜农产品中大肠杆菌O157:H7污染问题，研究人员开发了一种等离子体活化水（PAW）雾化处理系统。通过优化等离子体功率（60 W）、放电时间（120 min）和超声雾化参数（20 W, 30 min），实现了2.1 log CFU/g的细菌灭活效果，且不影响番茄感官品质，为农产品非热杀菌提供了可持续解决方案。

新鲜农产品因表面不规则结构导致的微生物污染问题长期困扰食品工业，传统化学消毒剂存在残留风险，而物理方法又难以彻底灭活隐蔽部位的病原菌。尤其像小番茄这类带凹陷茎疤的果蔬，其表面附着的致病性大肠杆菌O157:H7可能引发严重食源性疾病。近年来，等离子体活化水（Plasma-Activated Water, PAW）因其富含活性氧物种（Reactive Oxygen Species, ROS）和活性氮物种（Reactive Nitrogen Species, RNS）的特性，成为替代化学消毒剂的研究热点。然而现有浸泡法存在接触不充分、耗水量大等缺陷。

针对这一技术瓶颈，韩国首尔国立大学（Seoul National University）的研究团队在《Food Control》发表了一项创新研究。他们设计了一套集成等离子体发生室与超声雾化处理室的PAW-mist系统，通过将蒸馏水暴露于介质阻挡放电等离子体（Dielectric Barrier Discharge Plasma）产生PAW，再经超声波破碎形成微米级雾滴。研究采用三因素三水平正交实验（等离子体功率20/40/60 W、处理时间0.5-120 min、水量3/6/9 L），结合扫描电镜观察和生化检测（脂质过氧化、ROS积累分析），系统评估了不同参数组合对微生物灭活及番茄品质的影响。

主要技术方法

1. PAW制备：采用介质阻挡放电等离子体处理蒸馏水，变量包括功率（20-60 W）、时间（0.5-120 min）和体积（3-9 L）
2. 雾化处理：通过超声波发生器（20-60 W, 1-30 min）将PAW转化为气溶胶
3. 微生物检测：接种E. coli O157:H7的小番茄分别接受雾化与浸泡处理，通过平板计数法比较灭活效率
4. 稳定性测试：4℃和25℃下监测PAW理化性质（pH、电导率EC、氧化还原电位ORP）变化

研究结果

Physicochemical properties of plasma-activated water
实验发现等离子体功率与放电时间显著影响PAW特性：60 W处理120分钟后，3 L组pH降至2.3，EC升至350 μS/cm，ORP达+650 mV。这些变化与水中ROS/RNS浓度呈正相关，且小体积PAW表现出更强的氧化性。

Microbial inactivation efficacy
雾化处理展现出显著优势：20 W超声30分钟可实现2.1 log CFU/g的灭活，比同等条件下浸泡法（0.7 log CFU/g）效率提升3倍。扫描电镜显示细菌细胞膜出现明显孔洞，丙二醛含量增加3.8倍，证实了氧化应激导致的膜损伤机制。

Storage stability
优化参数下（60 W等离子体/120 min/3 L）制备的PAW在4℃保存7天后，ORP仍保持初始值的85%，表明其具有良好稳定性。

Sensory evaluation
经过处理的番茄在色泽、硬度、风味等感官指标上与对照组无统计学差异（p>0.05），且冷藏3天后仍保持商业新鲜度标准。

结论与意义
该研究首次将超声雾化技术与PAW相结合，通过微米级雾滴提升活性物质在农产品表面的渗透性。60 W等离子体配合20 W超声的优化方案，不仅实现了对E. coli O157:H7的高效灭活（2.1 log CFU/g），还解决了传统方法耗水量大（节水80%）、处理不均匀等问题。从可持续发展视角，这项技术符合联合国SDG12（负责任消费与生产）和SDG13（气候行动）目标，为减少农业化学品使用提供了新思路。研究团队Sera Im和Sea C. Cheol Min特别指出，该系统的模块化设计易于工业化推广，未来可拓展至浆果、叶菜等易腐农产品的采后处理领域。