摘要：冷等離子體技術(shù)是一種新興的非熱加工技術(shù)，已在食品行業(yè)中的多個領(lǐng)域得到應用。冷等離子體技術(shù)產(chǎn)生的活性氮在處理肉制品后能夠增大亞硝酸鹽含量，從而替代生產(chǎn)過程中亞硝酸鹽的直接添加。本文綜述了冷等離子體技術(shù)作為亞硝酸鹽替代品應用于肉制品的作用機理和研究進展，并將其和同類替代物進行對比分析，在此基礎(chǔ)上對冷等離子技術(shù)的這一應用方向進行了展望。

　　關(guān)鍵詞：亞硝酸鹽；冷等離子體；肉制品

　　冷等離子體技術(shù)作為一種非熱食品加工技術(shù)被廣泛應用于食品加工。目前，冷等離子體技術(shù)在食品領(lǐng)域中有消毒滅菌、改變食品成分、去農(nóng)藥殘留和食品包裝加工等應用，近幾年也有研究報道利用冷等離子體技術(shù)替代肉制品工業(yè)中亞硝酸鹽的直接添加。亞硝酸鹽是一種重要的食品添加劑，具有抑菌防腐、發(fā)色固色、抗氧化、增添風味等作用，被廣泛運用于肉制品中。然而亞硝酸鹽具有一定的毒性，正常人的中毒劑量是0.2～0.5g，致死量為1.0～2.0g。此外，亞硝酸鹽還能在酸性條件下形成致癌的亞硝胺，人體長期攝入亞硝酸鹽含量高的食物可增加患癌癥的風險。因此，一直以來人們都在尋找亞硝酸鹽的替代物以減少亞硝酸鹽的使用量。本文主要介紹了冷等離子體技術(shù)在替代亞硝酸鹽方面的作用機理和研究進展。

　　1  冷等離子體技術(shù)替代肉制品中亞硝酸鹽的作用機理及安全性

　　亞硝酸鹽是肉制品中常用的添加劑，其主要作用為：抑制微生物生長、發(fā)色固色、抗氧化、增添風味等。亞硝酸鹽可顯著抑制肉制品中多種微生物（尤其是肉毒桿菌）的繁殖生長，加大了肉制品的安全性。在感官風味上，亞硝酸鹽能使得肉制品呈現(xiàn)出誘人的粉紅色，顯著延緩發(fā)酵肉制品產(chǎn)生酸敗味，并有助改善肉制品風味。

　　雖然亞硝酸鹽作為添加劑在肉制品應用中有許多優(yōu)點，但是，亞硝酸鹽的毒性使得它在實際應用上存在局限性。亞硝酸鹽具有強氧化性，可將血液中正常的低鐵血紅蛋白氧轉(zhuǎn)化為高鐵血紅蛋白，誘發(fā)高鐵血紅蛋白血癥。亞硝酸鹽還能與仲胺（例如衍生自蛋白質(zhì)的氨基酸）反應形具有致癌性的亞硝胺，長期攝入亞硝酸鹽含量高的食物將增加患癌癥的風險。為保障食品安全，中國國標GB 2670-2014規(guī)定，腌臘肉制品中最大添加量為0.15g/kg，最大殘留量限制為30 mg/kg（以亞硝酸鈉計）。

　　目前，開發(fā)新手段來降低甚至消除亞硝酸鹽的潛在危害是食品加工領(lǐng)域的一道難關(guān)。然而如今食品工業(yè)無法完全杜絕肉制品中亞硝酸鹽的存在，因為亞硝酸鹽廣泛存在于自然界，肉制品含有一定量自身產(chǎn)生的亞硝酸鹽。其次，事實證明，完全不添加任何形式亞硝酸鹽的肉制品無法保障安全，外觀口味也不盡如人意。而現(xiàn)有的技術(shù)水平下，研究者們尚未找到能完全取代亞硝酸鹽的材料，目前較為可行的辦法主要是在肉品腌制過程中添加低濃度的亞硝酸鹽結(jié)合一些其他的化合物對肉品進行混合腌制。

　　1.2  冷等離子體技術(shù)的替代作用機理及安全性

　　等離子體是部分或完全電離的氣體，是電子輻射（UV光子和可見光）的量子、無數(shù)亞原子和分子實體的集合體。等離子體可分為熱等離子體和冷等離子體，其中后者的能量主要存儲在自由電子中，并且總溫度保持較低。組成冷等離子的物質(zhì)種類及其濃度取決于許多因素，包括誘發(fā)等離子體的氣體、等離子體源的配置、輸入氣體的功率、處理時間和濕度水平。冷等離子體的一大重要特征是它富含獨特的生物活性物質(zhì)而且接近環(huán)境溫度，這使其能夠安全地應用于包括食品中。

　　大氣冷等離子體的含氮活性物可以作為受處理物的亞硝酸鹽來源。大氣冷等離子體以空氣為原料，空氣中的氧氣和氮氣在能量源的激發(fā)下可產(chǎn)生大量活性氧和活性氮，包括NO、NO2、N2O3、N2O4等氮氧化合物，而這些氮氧化合物遇到水分子后能發(fā)生一系列復雜的反應，參與硝酸根和亞硝酸根的生成，相關(guān)反應方程式舉例如下：

　　e+N2→N+N（2D）+e

　　e+O2→O-+O

　　O-+N→NO+e

　　O-+NO→NO2+e

　　NO（aq）+NO2（aq)+H2O（l）?2NO2-+2H+

　　NO2( aq)+NO2(aq)+H2O（l）?NO2-+NO3-+2H+

　　因此冷等離子活化水具有亞硝酸根和硝酸根，在肉制品中能夠以亞硝酸鹽的形式起殺菌防腐和增色的作用 。

　　而Samooel Jung等利用大氣冷等離子體處理紫蘇提取物，隨著處理時間的增加，原本不含亞硝酸鹽的紫蘇葉提取物產(chǎn)生一定的亞硝酸鹽含量，進一步證實了冷等離子體處理可用于產(chǎn)生天然亞硝酸鹽的論點。Samooel Jung還通過研究證實了當大氣壓等離子體直接處理肉漿時，同樣可通過冷等離子體與肉漿中液體分子的相互作用而在肉漿中生成亞硝酸鹽。

　　冷等離子體技術(shù)在肉制品中的運用也被證實是安全可靠的。Kim等以冷等離子活化水制得的乳化香腸為樣品，通過Ames試驗檢測樣品對鼠傷寒沙門氏菌菌株TA98和TA100的誘變程度，通過小鼠試驗檢測樣品的免疫毒性。細胞實驗和小鼠實驗的結(jié)果表明，冷等離子體技術(shù)在乳化香腸中的運用不會引起致突變性和免疫毒性。

　　2  冷等離子體技術(shù)作亞硝酸鹽替代物的研究進展

　　雖然等離子體在食品工業(yè)中還處于研究階段，但其未來發(fā)展不可小覷。目前，等離子體技術(shù)在多種食品領(lǐng)域中廣泛應用。從上世紀60年代至今，大量研究證明了等離子體在多種食品上良好的殺菌效果，例如受沙門氏菌污染的生雞蛋和生牛乳，以及被大腸桿菌污染的鮮切芹菜。等離子技術(shù)可以用于豌豆等的干散貨食品來調(diào)節(jié)其材料功能，降解新鮮農(nóng)產(chǎn)品如草莓上的農(nóng)藥殘留，以及處理薄膜外包裝對魚肉的保鮮起到輔助作用。但也有研究提出等離子體可能會加速加乳品中脂質(zhì)氧化而產(chǎn)生負面影響。

　　已經(jīng)開發(fā)用于食品加工的冷等離子體生成系統(tǒng)包括介質(zhì)阻擋放電、滑動電弧放電、電暈放電和射頻等離子體等。在冷等離子體技術(shù)的使用方式上，除了直接處理，國內(nèi)外許多研究還運用水作為中介來運用這項技術(shù)。許多食品原料形狀不規(guī)則，等離子活化水的使用可以改善處理結(jié)果的均勻性。

　　2.2  冷等離子體技術(shù)在肉制品中替代亞硝酸鹽的應用

　　冷等離子體技術(shù)運用在肉制品中時，可分為等離子體活化水處理和直接處理兩種方式。

表 1  冷等離子技術(shù)作亞硝酸鹽替代物的應用研究

　　2.2.1  等離子體活化水在肉制品中替代亞硝酸鹽

　　近幾年，Jung等首次提出，把等離子體活水化作為肉制品中的亞硝酸鹽源的可能性。他們以不同方法制得的乳化香腸為研究對象，對各項指標和感官評定的結(jié)果進行統(tǒng)計分析并得出結(jié)論，大氣等離子活化水和亞硝酸鈉的抑菌效果不存在顯著性差異，且經(jīng)兩者處理后的產(chǎn)品顏色、過氧化值和感官品質(zhì)也相似，但前者殘留亞硝酸鹽更低。

　　之后，Jung等進一步進行研究，探究等離子體活化水對肉類的顯色能力。實驗結(jié)果表明，肉糜經(jīng)過常壓等離子體活化水處理后，可以得到和常規(guī)亞硝酸鈉處理結(jié)果近似的腌肉色。研究結(jié)果證實了等離子處理水對肉類的顯色能力，且與前次Jung等的乳化香腸實驗結(jié)果相吻合。

　　在毒理學方面，Kim等進行了研究來確認用等離子體活化水作為亞硝酸鹽來源的肉制品是否安全。細胞實驗和小鼠實驗的實驗結(jié)果表明，等離子處理水制得的乳化香腸不存在致突變性和免疫毒性。Kim 等的研究結(jié)果從安全的角度證明了等離子處理水作為肉制品加工中天然亞硝酸鹽的可行性，增加了Jung等研究結(jié)果的實際應用可能性。

　　相似的，Yong等評估了等離子體處理水作為腰部火腿生產(chǎn)中亞硝酸鈉替代品的潛力。他們的實驗結(jié)果表明，與亞硝酸鈉處理得到的腰部火腿相比，等離子活化水制得的腰部火腿鮮紅度更高，殘留亞硝酸鹽含量更低，菌數(shù)和脂質(zhì)氧化情況相接近。同時致突變實驗結(jié)果表明，研究中使用的等離子活化水不具有遺傳毒性。他們得出研究結(jié)論，等離子處理水可被視為腌肉（例如注射型肉制品）制造中亞硝酸鹽的有效和創(chuàng)新替代品。

　　2.2.2  冷等離子體直接處理在肉制品中替代亞硝酸鹽

　　Jung等首次提出了大氣壓等離子體處理直接作用于肉制品中以取代亞硝酸鹽的可能性。他們在實驗中分別用亞硝酸鈉和常壓等離子體直接處理肉糜，對比實驗結(jié)果后，發(fā)現(xiàn)后者能夠給產(chǎn)品成功增添腌制肉色且不影響脂質(zhì)氧化，然而對于其中的好氧微生物的殺菌效果不佳。這和Jung在乳化香腸上實驗結(jié)果相差較大，研究者分析這可能是因為壽命極短的活性物質(zhì)喪失在傳遞過程中，而且等離子體處理與攪拌的同時進行使得肉制品表面的好氧微生物無法在等離子體中暴露足夠時間，也就不難得到充分殺滅。因此，使用常壓等離子體處理直接作用于肉制品中以取代亞硝酸鹽的這一設(shè)想若要在實際上得到有益應用，尚需進一步研究來改善常壓等離子體直接作用的殺菌效果。在之后，Lee等也探索了常壓等離子體直接處理作為罐裝碎火腿的亞硝酸鹽替代物的潛在用途。研究發(fā)現(xiàn)，與添加常規(guī)亞硝酸鹽的火腿肉糜相比，經(jīng)常壓等離子體處理后的火腿肉糜中的亞硝酸鹽含量增加，脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的氧化水平未受明顯影響，顏色、肉質(zhì)相接近，感官風味更好，但總需氧菌數(shù)沒有相應減少。這一實驗結(jié)果與Jung等人的結(jié)果相類似。

　　而Yong等研究了常壓等離子體直接處理作為豬肉干生產(chǎn)中亞硝酸鈉替代品的適用性。實驗結(jié)果表明隨著等離子體處理時間的增加，產(chǎn)物的腌制肉色指標變得更好，亞硝酸鹽殘留升高，脂質(zhì)氧化程度降低。同時通過分析實驗結(jié)果可知，經(jīng)過40min處理的豬肉干與亞硝酸鈉制成的產(chǎn)品在顏色、脂質(zhì)氧化、肉質(zhì)上無顯著差異，但前者亞硝酸鹽殘留則更低，而且抑菌效果更好。這一研究中等離子在豬肉干上顯著的殺菌效果，與Jung等人和Lee等人的研究結(jié)果所不同，但卻進一步證實了Jung等當初的分析猜想。通過研究Yong等提出，在生產(chǎn)不添加亞硝酸鹽的豬肉干時，常壓等離子體將可能成為代替亞硝酸鹽的安全方法。

　　2.2.3  冷等離子體和其他亞硝酸鹽替代物的研究現(xiàn)狀

　　目前食品加工的亞硝酸鹽替代物可按照成分是否包含亞硝酸鹽分為兩類。

表2  亞硝酸鹽替代物的研究 1

　　根據(jù)成分來源，不含亞硝酸鹽的替代物可分為天然植物性產(chǎn)物、人造有機酸類以及微生物產(chǎn)物。天然植物性產(chǎn)物包括番茄制品、迷迭香、柑橘制品等具有抗氧化能力及生物活性的材料。食品工業(yè)也將醋酸鹽、乳酸鹽、山梨酸鹽等有機酸鹽作為抑菌劑和防腐劑，將微生物產(chǎn)物如曲霉乳桿菌細菌素、乳酸鏈球菌素、腸道菌素以及其他具有抗菌性的細菌素用作殺菌劑，因此這兩類材料也出現(xiàn)在亞硝鹽替代物的研究中。這類替代物因不含有亞硝酸鹽而無法完全避免肉毒 桿菌污染，無法保證食品安全性。而且與這類亞硝酸鹽替代物相比較，冷等離子體技術(shù)本身不含化學物質(zhì)并且環(huán)保，無需額外添加亞硝酸鹽，原料只需氣體（或者還有水），使用方式更加簡單。

表 3  亞硝酸鹽替代物的研究 2

　　而含亞硝酸鹽成分的替代物以蔬菜濃縮物為主，濃縮物由硝酸鹽含量高的蔬菜適當處理而獲得。這類替代物不僅含有足量的亞硝酸鹽，還富含天然活性成分和色素來輔助抑菌并改善顏色風味。芹菜、甜菜、歐芹、菠菜都是硝酸鹽較高的常見蔬菜，亞硝酸鹽含量可高達2500mg/kg。美國弗羅里達食品公司已開始商業(yè)化生產(chǎn)芹菜濃縮物以用于肉制品的加工。和冷等離子體技術(shù)相同的是，這類替代物在使用過程中中無需另外添加亞硝酸鹽。然而這類替代物的使用需要注意植物成分的風味影響、潛在過敏源等問題，例如有研究提出肉制品中的芹菜粉使用量過高會形成異味，以及世界上相當一部分人對芹菜過敏。而冷等離子體技術(shù)在肉制品中的使用不會帶入額外的過敏原，產(chǎn)物風味也不會受植物成分的干擾。與這類替代相比，冷等離子體作為替代物在殺菌防腐方面更有重要優(yōu)勢。K. Oehmigen等在研究大氣等離子體活化水的特性時，發(fā)現(xiàn)過氧根和亞硝酸根的協(xié)同作用使其具有極佳的殺菌消毒作用。

　　3  結(jié)語

　　作為一種新興的食品非熱加工技術(shù)，冷等離子技術(shù)具有清潔環(huán)保、應用范圍廣等特點，在食品領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的前景。目前，冷等離子體技術(shù)在肉制品方面的應用研究重點是殺菌，而國內(nèi)外冷等離子體技術(shù)替代亞硝酸鹽添加劑的相關(guān)研究仍較少。此外，冷等離子技術(shù)替代亞硝酸鹽的相關(guān)研究還存在缺乏具體作用機制、應用工藝不明確等問題。同時冷等離子體技術(shù)能夠影響肉制品的氧化程度，這關(guān)乎到最終的產(chǎn)品特性?，F(xiàn)如今肉制品尤其是腌制肉制品工業(yè)對于亞硝酸鹽替代物的需求仍未得到滿足，在今后的研究中或許可增加冷等離子體技術(shù)與其他替代方法互補聯(lián)用的研究。