《Food and Bioprocess Technology》：Optimization of Cold Nitrogen Gliding Arc Discharge Plasma Treatment using Box-Behnken Design for Microbial Decontamination and Quality Preservation of Apricot Kernels
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为应对传统热加工对低水分食品（如坚果）营养品质的负面影响，研究人员开展了冷氮气滑动弧放电等离子体处理杏仁的研究。利用响应面法优化了气体流速、电极间距和处理时间等关键参数。结果显示，优化后的处理在实现霉菌/酵母和需氧菌总数显著降低的同时，有效维持了杏仁的水分、颜色、总酚、脂肪酸组成等关键理化品质指标，并在加速储存后展现出良好的稳定性。这项研究为开发新型、低残留的坚果非热微生物控制与品质保持技术提供了重要参考。
杏子（Prunus armeniaca L.）营养丰富，其杏仁更是重要的副产物，常作为开胃零食或食品添加剂。然而，在加工和储存过程中，微生物（如霉菌、酵母菌）及其产生的毒素会污染杏仁，降低其品质和安全性。传统的热加工方法，如烘烤、微波和红外加热，虽然有效，但可能破坏热敏性营养素，导致油脂氧化和风味不良。更重要的是，它们对完全降解霉菌毒素（如黄曲霉毒素）效果有限。那么，是否存在一种更温和、更环保的微生物控制方法，既能有效去污，又能最大限度地保留杏仁的天然品质和营养价值呢？
为了回答这个问题，一项发表在《Food and Bioprocess Technology》期刊上的研究，将目光投向了新兴的非热加工技术——冷等离子体。特别是，研究团队聚焦于一种名为氮气滑动弧放电等离子体（Gliding Arc Discharge, GAD）的技术。该技术利用电离气体产生的活性粒子、紫外线光子、电场以及活性氧/氮物种，在常温常压下实现微生物灭活，具有无残留、环保、快速等优点。但等离子体的处理效果受多种参数（如气体组成、流速、处理时间、电极距离等）影响。为了精准地找到能平衡微生物灭活效果与杏仁品质保持的最佳工艺条件，来自土耳其的研究团队进行了一项系统性的优化研究。
研究者们使用了一个三因素三水平的Box-Behnken实验设计，并结合响应面法，对三个关键处理参数进行了优化：氮气流速（Gas Flow Rate, GF, 0.5–0.9 mL/min）、电极尖端距离（Electrode tip Distance, ED, 0.6–1.0 cm）和处理时间（2–10 min）。研究设定了两个优化目标：单目标优化（仅最小化总霉菌-酵母计数）和多目标优化（同时最小化总霉菌-酵母和总嗜温需氧细菌计数）。在确定了最佳参数后，他们系统地评估了等离子体处理对杏仁天然微生物污染的即时和储存后（30天，25°C）效果，以及对杏仁理化品质（如水分、水活度、颜色、总酚含量、抗氧化活性DPPH, FRAP, ABTS、脂肪酸组成、生育酚、游离脂肪酸等）的短期和长期（加速储存30天，60°C）影响。
关键技术与方法概述
本研究采用了多项关键技术。核心处理技术是氮气滑动弧放电等离子体系统，在15 kV电压、20 kHz频率下运行。实验设计使用了Box-Behnken设计与响应面法，以优化等离子体处理参数。微生物分析采用经典的倾注平板法，分别测定总嗜温需氧细菌和总霉菌-酵母计数。理化品质分析则涵盖了广泛的技术，包括索氏抽提测定总油含量，福林-酚法测定总酚含量，分光光度法评估DPPH自由基清除能力、FRAP铁离子还原能力和ABTS自由基清除能力这三种抗氧化活性指标。此外，还采用了高效液相色谱分析生育酚异构体，气相色谱分析脂肪酸组成，以及Hunter Lab颜色系统和水活度仪分别测定颜色和水活度。储存实验*分为两部分：在25°C下储存30天以评估微生物稳定性，在60°C下进行30天的加速储存以模拟长期储存对理化品质的影响。
研究结果
响应面优化结果
模型分析显示，电极间距对TMAB计数、气体流速的二次项对霉菌-酵母计数有显著影响。优化结果确定了两种最佳处理条件：Plasma-I（单目标优化）：氮气流速0.9 mL/min，电极距离0.6 cm，处理时间4.18分钟，旨在最大程度减少霉菌-酵母。Plasma-II（多目标优化）：氮气流速0.9 mL/min，电极距离0.6 cm，处理时间7.65分钟，旨在同时减少霉菌-酵母和TMAB。所有处理过程中杏仁表面温度均低于45°C，确保了“冷”处理的特性。
微生物灭活效果
与未经处理的对照组相比，Plasma-II处理实现了最高的微生物减少：处理后可降低22.1% 的总霉菌-酵母计数和7.7% 的TMAB计数。Plasma-I处理则使霉菌-酵母计数降低12.5%，对TMAB无显著影响。重要的是，这种微生物减少的效果在25°C下储存30天后依然保持，表明等离子体处理具有持续的抗菌效应。然而，研究者也指出，这种灭活效果是“适度但可测量的”，这可能是由于杏仁表面的低且不均匀分布的初始微生物载量以及其表面粗糙度对等离子体活性物种产生了一定的“屏蔽效应”。
理化品质保持
等离子体处理，特别是Plasma-II，在维持杏仁关键理化品质方面表现出色。水分、水活度、颜色参数在Plasma-II处理后与对照组相比均无显著变化。总油含量、脂肪酸组成、游离脂肪酸、生育酚异构体等对油脂品质至关重要的指标也得到了有效保护。总酚含量在Plasma-I处理后有所下降，但在Plasma-II处理后与对照组相当，表明较长的处理时间可能诱导了不同的反应。
抗氧化活性变化
在抗氧化活性方面，研究发现了有差异的结果。DPPH自由基清除能力在两种等离子体处理后均显著下降（Plasma-I下降59.5%，Plasma-II下降40.1%），并在加速储存后进一步降低。FRAP铁还原能力在Plasma-I处理后显著下降，在Plasma-II处理后变化不显著，但在储存后两者均下降。ABTS自由基清除能力在处理后未受影响，但在加速储存后下降。研究者推测，DPPH值的下降可能与氮气等离子体产生的活性氮物种与酚类化合物中的芳香环发生反应有关，而储存过程中的高温则加剧了酚类化合物的热降解。
加速储存稳定性
在60°C下进行30天的加速储存（模拟长期常温储存）后，等离子体处理的样品在多项核心品质指标上，如脂肪酸组成、游离脂肪酸、生育酚和总酚含量（Plasma-II）等，仍能有效维持。这表明氮气GAD等离子体处理在提升微生物安全性的同时，并未加速杏仁在长期储存过程中的品质劣化。
结论与讨论
本研究成功证明了冷氮气滑动弧放电等离子体处理是提升杏仁微生物安全性的一种可行且温和的非热技术。通过Box-Behnken设计与响应面法的优化，研究确定了兼顾微生物灭活和品质保持的最佳处理参数。核心结论是：优化的氮气GAD等离子体处理（特别是Plasma-II条件）能够实现适度但持久、可测量的天然微生物污染减少，同时维持杏仁在储存期间的稳定性，且不损害其关键的理化品质属性。
这项研究具有多重重要意义。实践层面，它为坚果加工行业提供了一种新型、环保、无化学残留的微生物控制备选方案，尤其适用于对热敏感的坚果产品。科学层面，研究揭示了在低水分食品基质中，等离子体处理效果与食品表面特性、初始微生物载量以及处理参数之间的复杂关系，为理解等离子体在固态食品中的应用提供了新见解。研究还指出，虽然抗氧化活性（特别是DPPH）在处理后有所下降，但其他对消费者接受度和营养价值至关重要的品质指标（如颜色、油脂组成）得到了良好保护。这提示未来的研究和应用需要根据具体目标（如优先灭活霉菌还是全面控制微生物，或优先保持某种特定营养成分）来权衡和选择最佳的处理条件。总之，该研究为推动冷等离子体技术在低水分坚果及其制品加工中的实际应用奠定了重要的实验和理论基础。
