《Food Control》：Cold Plasma Treatment Duration for Surface Decontamination of Strawberries: Impacts on Pathogenic Microorganisms and Physicochemical Quality
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草莓表面致病微生物抑制及品质保持研究。冷等离子体处理5分钟使大肠杆菌和单核细胞增生李斯特菌达非检测水平，且不影响色泽和初始重量损失。
Hope Eseose|Mario Melendez|Mariel Benigno|Dharshika Sugumaran|Subramaniam Sathivel
路易斯安那州立大学农业中心营养与食品科学学院，巴吞鲁日，LA 70803，美国
摘要
冷等离子体（CP）是一种非热技术，用于灭活新鲜农产品表面的病原微生物。暴露时间是在有效减少病原体同时保持农产品品质特性的关键因素。本研究旨在评估CP处理时间对草莓上病原微生物减少的影响。实验针对大肠杆菌、无害李斯特菌、总需氧菌、酵母和霉菌进行了测试。草莓根据暴露时间分为四组：对照组（0分钟）、1分钟、3分钟和5分钟。CP处理采用以下参数：5千伏、5000赫兹、60%占空比以及2毫米的探针与样品距离。处理后的样品在4°C下储存，并在0天、1天、3天、6天、9天和12天时分别进行微生物计数和理化性质分析。对于大肠杆菌，5分钟的处理在0天时减少了2.04 log CFU/g的菌量，所有经CP处理的样品在6天时均降至不可检测水平。同样，无害李斯特菌也显著减少，其中5分钟后处理组的最大减少量为3.44 ± 0.45 log CFU/g。所有CP处理组在3天内将无害李斯特菌降至不可检测水平。在品质方面，CP没有立即导致重量损失，尽管所有样品随时间都表现出明显的重量减轻。颜色参数未受到CP处理或储存时间的影响。这些结果表明，特别是5分钟的CP处理，是一种在不影响品质的前提下控制草莓上病原微生物的有效方法。
引言
草莓因其口感、风味和多汁的特性而成为消费量最大的水果之一。草莓还因其营养价值而受到重视，因为它们是抗坏血酸（维生素C）和花青素等酚类化合物的良好来源。这些化合物赋予了草莓特有的红色（Yudhistira等人，2023年）。美国是全球第二大草莓生产国。2024年，美国草莓产量约为146万吨，产值达39.9亿美元（USDA，2025年）。由于草莓结构脆弱，其保质期有限。草莓内部的高糖分使其成为病原微生物和腐败微生物的理想生长介质。其脆弱的结构也限制了采后加工过程中的充分消毒步骤；因此，草莓通常在收获后直接从农场进行包装（Trinetta等人，2020年；Kessler等人，2023年）。这使得食品安全面临挑战，因为消费者可能会因食用受污染的草莓而感染病原体。草莓的病原污染可能来自受污染的灌溉水或野生动物进入农田（Wei等人，2019年；Laidler等人，2013年；Delbeke等人，2015年）。草莓在美国各地都很受欢迎，全年都有对高质量草莓的需求。研究表明，如大肠杆菌和单核细胞增生李斯特菌等食源性病原体可以在草莓上存活，并可能随后转移到消费者体内。因此，迫切需要有效的技术来减少或消除草莓的病原污染，同时不损害其品质。
冷等离子体（CP）是一种创新技术，能够在最小程度影响产品质量和营养成分的情况下有效去污。CP不会显著提高食品的温度。该技术已应用于多种食品，包括肉类、乳制品、新鲜水果和蔬菜（Fernández等人，2013年；Zhang等人，2013年）。CP处理在大气压下连续进行，无需使用化学物质（Canbolat等人，2015年；Chen等人，2019年；Luo等人，2020年；Zanini等人，2015年）。当气体在大气压下通过电场时，会产生CP。这种等离子体适用于热敏感材料，因为其生成时气体温度远低于自由电子的温度（Bermúdez-Aguirre等人，2013年；Hertwig等人，2015a；Illera等人，2019年）。
CP是通过向气体施加电能形式的放电产生的。这会导致电离、激发和 dissociation 反应，从而形成各种活性化合物，如自由基、紫外线和带电粒子（Bagheri & Abbaszadeh，2020年）。与空气中的活性化合物接触会对生物样品产生显著影响（Zhao等人，2025年）。最常用的等离子体生成技术基于介质阻挡放电（DBD）。在这种技术中，对流电流通过介质阻挡层，同时抑制欧姆电流和电击（Coutinho等人，2018年；Ragni等人，2010年）。已有研究将这种技术应用于多种产品，包括黑胡椒（Hertwig等人，2015b）、红菊苣（Pasquali等人，2016年）、小麦颗粒（Butscher等人，2016年）、榛子（Siciliano等人，2016年）、火龙果（Li等人，2019年；Matan等人，2015年）、辣椒（Go等人，2020年）和甜瓜（Tappi等人，2016年）。介质阻挡放电方法因其用户友好的点火系统和直接处理食品的能力而具有显著优势，有效减少了病原微生物污染（Misra等人，2014a）。
CP通过作用于病原体的细胞膜，导致细胞死亡，机制包括磨损、电穿孔、氧化和膜表面的DNA修饰（Mahmoud等人，2025年）。CP系统是一种用于去污水果和蔬菜的方法，具有设计简单、处理时间短、不产生有毒残留物以及所需冲洗用水量少的特点（Min等人，2017年；Misra等人，2014b）。由于其非热特性，CP可能是处理热敏感食品（如草莓）的有效技术。
此外，CP暴露时间在平衡微生物灭活与保持理化特性方面起着关键作用。较短的暴露时间可能不足以完全消除病原体，而过长的处理时间可能会影响表面质地或其他品质特性。因此，确定处理时间对于确保微生物安全性和产品质量至关重要。
本研究的目的是探讨非热抗菌技术CP在减少草莓（Fragaria × ananassa）表面无害李斯特菌 NRRL B-33016和大肠杆菌 ATCC 25922方面的有效性。此外，研究还旨在评估不同CP暴露时间对草莓在冷藏储存期间的微生物灭活和关键品质特性的影响。
实验部分
草莓的CP处理准备
新鲜草莓（Fragaria × ananassa）从巴吞鲁日的一家当地商店以4°C的温度采购并运输到实验室。在实验室中，对草莓进行外观检查并按颜色和大小分类，以确保实验接种和处理前的均匀性。
大肠杆菌和无害李斯特菌的接种准备
为确保实验一致性，准备了所有实验所需的新鲜菌株：大肠杆菌（ATCC 25922）和无害李斯特菌（NRRL B-33016）的冷冻菌株
CP对草莓上大肠杆菌和无害李斯特菌的影响
图2和图3显示了CP对草莓表面大肠杆菌和无害李斯特菌数量的影响，显示出显著的抗菌效果。初始接种浓度分别为大肠杆菌（4.13 log CFU/g）和无害李斯特菌（4.63 log CFU/g）。对于大肠杆菌，5分钟处理的草莓在0天时的减少量最大（2.04 ± 0.22 log CFU/g），显著高于1分钟处理组的减少量（0.81 ± 0.15 log CFU/g）（p < 0.05）。
结论
CP处理在减少草莓上的病原微生物方面表现出强大潜力，特别是大肠杆菌和无害李斯特菌，同时不损害关键品质特性，如颜色和初始重量。5分钟的暴露时间最为有效，实现了显著的微生物减少，并在储存期间保持不可检测的水平。尽管所有样品随时间都有重量减轻，但CP处理本身并未加速这一过程。
CRediT作者贡献声明
Mariel Benigno：正式分析。Dharshika Sugumaran：写作 – 审稿与编辑。Mario R Melendez：写作 – 审稿与编辑。Subramaniam Sathivel：写作 – 审稿与编辑、监督、方法学设计、资金获取、概念化。Hope Eseose：实验研究
未引用参考文献
Lacombe等人，2015a；Lacombe等人，2015b；Li等人，2019；Ulbin-Figlewicz等人，2015；美国农业部N. A. S. S.，2025。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
“应用冷等离子体对草莓表面进行去污：对病原体、保质期和理化特性的影响”这一研究的资金由美国农业部农业营销服务局通过[奖项编号#23SCBPLA1241-00]的资助/合作协议提供。其内容仅代表作者的观点，不一定代表USDA的官方立场。
