近日，福建农林大学食品科学学院侯睿洁（第一作者）和张怡、关博元（共同通信作者）等首先系统介绍了冷等离子体技术的主要生成方法及其作用机制，包括介质阻挡放电（dielectric barrier discharge，DBD）、等离子体射流（plasma jet，PJ）、电晕放电（corona discharge，CD）、微波放电（microwave discharge，MD）、发光放电（glowdischarge，GD）等各种技术的工作原理。随后通过对冷等离子体技术在肉类、水产品、乳类及蛋类中的应用研究进行了详细总结，概述了其在提高食品安全性、延长保质期以及改性营养成分方面的研究进展。最后，本综述还讨论了冷等离子体技术在动物源食品工业中面临的挑战以及未来发展方向，以期为动物源食品加工技术体系的优化提供背景参考。

 1 Introduction

传统的动物源食品加工技术主要依赖于热处理方法，如高温灭菌、巴氏杀菌、干燥和蒸发等。这些热处理技术能有效杀灭微生物，并延长食品的保质期。然而，热处理技术可能会在一定程度上对食品的营养成分、风味和色泽产生不利影响。同时，过高的热处理温度还会改变食品的感官、质地和风味特性，从而影响其整体品质。因此，寻找一种既能有效杀菌，又能最大限度地保留食品原有营养成分和风味的加工方法已成为动物源食品加工领域亟待解决的科学问题。

在物理学中，物质的4 种状态包括固态、液态、气态和等离子态。其中冷等离子体是指电子温度远高于离子和中性粒子温度的非平衡态等离子体。在常温常压下，通过外部电能对气体进行电离，可以生成含有各种活性粒子（如离子、自由基、电子和光子）的冷等离子体。该技术所产生的高能电子、离子、活性自由基和其他活性物质能够有效杀灭微生物、分解有害物质，而不会对食品产生显著的热效应，从而避免了传统热处理可能带来的潜在不良影响。研究表明，冷等离子体不仅能够有效杀灭食源性病原微生物，还能延长食品的保质期，减少化学防腐剂的使用。此外，冷等离子体对食品中的热敏性成分影响较小，有效减少热处理所造成的营养损失。特别是对于富含热敏感性营养成分（如不饱和脂肪酸、维生素和蛋白质）的动物性食品而言，在常规的热处理过程中，这些成分容易发生降解或流失。而冷等离子体技术凭借其非热特性，能在保证食品食用安全性的同时，有效保留食品原有的质地、风味及关键营养成分。因此，本综述聚焦动物源食品，系统回顾和探讨冷等离子体技术在该食品领域的应用进展，为开发兼顾安全性与品质的加工方法提供理论依据。

图1 冷等离子体加工技术种类及其单元组成特征

表1 冷等离子体产生方法的优缺点

2 冷等离子体技术的主要生成方法及作用机制

2.1 DBD

DBD是应用最广的冷等离子体产生方式，结构包括两个平行电极和一层介质材料。在交流电压下，气体被电离生成等离子体。其优势在于可在开放环境中常压运行，成本低、安全性高、环境友好，适合处理大宗肉制品等表面灭菌。产生的活性物种主要为活性氧（reactive oxygen species，ROS）、活性氮（reactive nitrogen species，RNS）、自由基及正负离子，通过破坏细胞结构实现杀菌。但DBD穿透深度有限，需严格控制样品形态和处理距离。

2.2 PJ

PJ，又称常压等离子体射流，通过喷嘴将冷等离子体喷射至食品表面进行处理。装置包括电源、气源、放电电极和喷嘴。该技术灵活性强，可在局部区域产生均匀稳定的放电，能有效清除表面及缝隙中的微生物，特别适合表面形状复杂的食品（如带骨肉、蛋类）。但其大面积处理能力有限。

2.3 CD

CD发生在非均匀电场中，通常需要高压电场和尖端电极结构。气体分子在强电场下电离，形成局部放电区，产生大量活性粒子。相比DBD，CD可产生更高能量和密度的等离子体，可多电极大规模部署，操作简单、成本较低。但处理范围小且不均匀，在动物源食品中的应用研究较少。

2.4 MD

MD通过电磁波激发气体电离生成冷等离子体，能在较低气压下产生高密度等离子体。装置包括微波源、冷却系统、处理室、真空泵等。高能电子和活性物种可与食品中有害物质反应，提升食品安全性。MD处理效率高，适合大规模食品加工，但成本高、操作要求严格，目前在动物源食品中的应用也有限。

2.5 GD

GD是在低压条件下产生的稳定放电现象，装置包括真空系统、低压电源和反应室。气体在低压下电离形成均匀的等离子体区域，活性成分可有效杀灭微生物。GD能稳定产生均匀分布的活性粒子，灭菌效果好且对食品影响小。但需要真空环境，主要适用于实验室或小规模研究，大规模工业应用受限。

2.6 等离子体活化水（plasma-activated water，PAW）

PAW是将冷等离子体处理水而制得，利用放电过程中的高能电子和活性粒子与水分子反应，产生ROS、RNS、H₂O₂、O₃等物质，可有效去除食品表面微生物和农药残留。PAW作为经济环保的消毒剂，适合水产品、蛋类表面灭菌，也可用于液体食品或可浸泡食品。其活性物质易分解、稳定性较差，处理效果受水质、时间等因素影响。

3 冷等离子体技术对动物源性食品基质的影响

3.1 肉制品

3.1.1 在肉制品灭菌中的应用

冷等离子体能有效杀灭肉制品表面的大肠杆菌、沙门氏菌、李斯特菌等病原菌和腐败菌。研究表明，空气和氮气冷等离子体处理可使鸡胸肉原始菌落总数分别减少约3.3、2.3 （lg（CFU/g））；处理5 min可使即食鸡胸肉中沙门氏菌和大肠杆菌O157:H7减少1.8、1.47（lg（CFU/g））。不同处理方法（如DBD、PJ）适用于不同肉制品，DBD适合表面灭菌，PJ适合不规则表面。处理时间、电压等参数显著影响灭菌效果。

表2 冷等离子体处理在肉制品消毒中的应用

3.2 水产品

3.2.1 在水产品灭菌中的应用

冷等离子体能有效抑制水产品中的嗜温菌、嗜冷菌等。表面DBD处理新鲜海鲷鱼片可显著减少总嗜氧菌、大肠杆菌和无害李斯特菌；PAW处理大西洋鲑鱼片可降低总活菌数和腐败希瓦氏菌。DBD适合大面积表面灭菌，PAW可通过浸泡穿透鱼肌肉组织，适合鱼片类产品。

表4 冷等离子体处理在水产品消毒中的应用

3.2.2 对感官品质和营养成分的影响

冷等离子体对水产品色泽有影响，电压过高可使亮度值和黄度值增加，红度值下降；可改善弹性、凝胶强度等质构特性，并促进特征风味物质生成。适当处理不会显著影响营养品质，如TBARS值无明显升高、蛋白质降解减缓。但过长时间处理（如30 min）会导致多不饱和脂肪酸损失。需根据水产品种类和处理目标优化参数。

表5 冷等离子体处理对水产品感官品质和营养成分的影响

3.3 乳制品

3.3.1 在乳制品灭菌中的应用

冷等离子体可有效抑制乳制品中的细菌、霉菌和酵母菌。处理10 min可使全脂乳和脱脂乳的总活菌数得到控制，货架期延长至15 d；对乳清饮料的处理可使产品符合卫生标准。喷墨打印柔性DBD设备处理切片奶酪可有效灭活大肠杆菌O157:H7、沙门氏菌和李斯特菌。DBD是目前最广泛采用的技术，适合固体乳制品的包装内或表面灭菌。

表6 冷等离子体处理在乳制品消毒中的应用

3.3.2 对感官品质和营养成分的影响

冷等离子体可使奶酪的亮度值、红度值下降，黄度值增加；使脱脂乳的黏度逐渐增加，奶酪的黏聚性和咀嚼性增强；可改善羊奶酪蛋白的持水性、溶解度、起泡性和稳定性。营养成分方面，冷等离子体可诱导蛋白质结构修饰，增加蛋白质磷酸化程度，减少游离巯基，降低酪蛋白抗原性，改变乳蛋白二级结构，有望降低乳制品的致敏风险。

表7 冷等离子体处理对乳制品感官品质和营养成分的影响

3.4 蛋制品

3.4.1 在蛋制品灭菌中的应用

冷等离子体能有效杀灭蛋壳表面的大肠杆菌和沙门氏菌。300 W和400 W功率下，蛋壳表面大肠杆菌分别减少1.14 log和1.52 log；800 W处理120 s可几乎完全灭活沙门氏菌。PJ和PAW是两种主要技术，PAW通过浸泡实现均匀消毒，PJ通过射流实现无水表面灭菌。

表8 冷等离子体处理在蛋制品消毒中的应用

3.4.2 对感官品质和营养成分的影响

冷等离子体处理对蛋壳强度、蛋清和蛋黄pH值、蛋黄颜色和高度等感官指标无明显不良影响。PAW清洗不会损害蛋壳角质层。营养成分方面，DBD处理可显著提高蛋清蛋白的消化率、起泡性和乳化能力；增加蛋清蛋白溶解度，减小粒径，改变二级结构；对鸭蛋黄的脂肪酸组成、酸价、TBARS值无显著影响。冷等离子体在蛋制品中的应用研究相对较少，不同技术对品质和贮藏稳定性的影响需进一步系统评估。

表9 冷等离子体处理对蛋制品感官品质和营养成分的影响

4 冷等离子体技术的局限性及未来发展方向

4.1 冷等离子体技术的局限性

冷等离子体处理设备涉及高精度控制参数和复杂工艺设计，设备制造、安装及人员培训需要大量资金投入。此外，放电结构中的关键部件（如电极、绝缘层）需定期更换，增加了运营成本。该技术尚未实现大规模工业化生产，进一步推高了设备成本，限制了其在食品行业的广泛推广。

冷等离子体在处理动物源食品时面临处理速度慢和均匀性不足的双重挑战。一方面，活性粒子的产生及其与食品成分的相互作用需要一定时间才能达到预期效果，影响生产效率；另一方面，处理不规则形状或较厚食品时，活性粒子分布难以完全均匀，导致部分区域处理效果不佳。此外，不同放电方式的抗菌性能存在差异，需根据食品类型和特性选择合适的放电方式以提高处理效率。

冷等离子体通过活性粒子、电场和紫外辐射的协同作用实现杀菌保鲜，但其在动物源食品基质中的具体作用途径和分子机制尚未完全阐明。同时，针对不同微生物的杀灭效果以及对脂质、蛋白质等营养成分的具体影响缺乏充足的实验数据。由于不同食品类型的最佳处理参数（时间、功率、气体组成、流速等）各异，在实际应用中精准优化参数存在困难。这些局限性在很大程度上制约了该技术的高效实施和更广泛的推广。

4.2 未来发展方向

未来可通过优化产生过程和控制参数（如处理时间、气体流速、电压、频率）来增强冷等离子体的穿透能力、处理深度和处理一致性，以最大限度地保留食品的营养价值和感官品质。同时，开发更高效的冷等离子体发生器及加工设备，有望提高其在食品行业中的操作可行性和成本效益。此外，可利用数字孪生、人工智能等技术建立精准的冷等离子体处理仿真模型，实现工艺参数的智能化调控。

冷等离子体技术可与其他保鲜加工技术（如微波、紫外、超声波、脉冲电场）联合使用，发挥不同作用机制的协同效应，增强杀菌、保鲜和品质提升的综合效果，同时减轻冷等离子体对食品品质的不利影响。也可与生物基材料结合，开发具有抗菌和保鲜功能的新型包装，进一步延长动物源食品的货架期。

未来需要借助蛋白质组学、代谢组学、分子动力学模拟和分子生物学等先进分析技术，从分子水平阐明冷等离子体活性粒子对食品基质中微生物和营养成分的作用途径及调控机制。在此基础上，针对不同动物源食品建立最优的操作参数，为制定标准化操作流程和质量控制体系提供坚实的理论支持，推动冷等离子体技术在动物源食品精深加工中的规范化与产业化应用。

Abstract

Animal-derived foods, including meat, aquatic products, dairy products, and eggs, constitute an important source of nutrition for humans. Traditional processing methods for animal-derived foods predominantly rely on thermal treatments; however, such approaches can lead to losses in nutritional components, texture, and flavour. Cold plasma technology, an emerging non-thermal processing technique, enables the treatment of animal-derived foods at low temperatures. This method effectively mitigates heat-sensitive losses of nutrients and textural properties while ensuring food safety. Consequently, it has garnered significant research interest in recent years regarding the processing and utilisation of animal-derived foods. This paper systematically reviews the research progress in applying cold plasma technology to animal-derived foods. The primary generation modes and operational mechanisms of cold plasma are initially reviewed. Subsequently, its characteristic effects within animal-derived food matrices—specifically microbial inactivation, textural modification, and alterations in nutritional components—are outlined. Finally, the limitations of current cold plasma technologies and potential future research directions are summarised. This review aims to provide a scientific reference for applying cold plasma technology to quality control and functional enhancement in the production and processing of animal-derived foods, whilst offering theoretical support for advancing its standardisation and industrial implementation.

引文格式

Hou R, Zheng B, Zeng H, et al. Application of cold plasma technology in animal-derived foods: a review spanning 2019–2025. Food Science of Animal Products, 2026, 4(2): 9240167. https://doi.org/10.26599/FSAP.2026.9240167

作者介绍

张怡，教授、博士、博士生导师，现任闽台特色海洋食品加工及营养健康教育部工程研究中心主任，2022年获“全国三八红旗手”、2020年获第十四届中国青年科技奖、2019年入选第四批国家“万人计划”科技创新领军人才、2018年入选科技部中青年科技创新领军人才、2016年荣获国务院政府特殊津贴专家称号，兼任福建省营养学会副理事长。近5 年来，主持国家自然科学基金2 项，国家及省级课题10多项，主持的项目获福建省科技进步一等奖2 项、二等奖1 项，共发表论文140多篇，其中SCI或EI收录70多篇。共发表论文140多篇，其中SCI或EI收录70多篇。

关博元，博士，浙江大学博士后。近5 年，主持国家自然科学基金青年科学基金C类项目、国家资助博士后研究人员计划项目等国家及省部级科研项目6 项，以第一作者或通信作者发表学术论文15 篇（中国科学院一区Top期刊10 篇），兼任中国畜产品加工研究会青年工作委员会委员，担任Frontiers in Nutrition客座编辑，Journal of Future Foods、Food Science of Animal Products、Agricultural Products Processing and Storage以及《乳业科学与技术》等期刊青年编委，Carbohydrate Polymers、Food Chemistry、Food Research International、iScience等国内外期刊审稿专家。

为系统提升我国食品营养与安全的科技创新策源能力，加速科技成果向现实生产力转化，推动食品产业向绿色化、智能化、高端化转型升级，由北京食品科学研究院、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，合肥工业大学、安徽农业大学、安徽省食品行业协会、安徽大学、合肥大学、合肥师范学院、北京工商大学、中国科技大学附属第一医院临床营养科、安徽粮食工程职业学院、皖西学院、滁州学院、蚌埠学院共同主办的“第六届食品科学与人类健康国际研讨会”，将于 2026年8月15-16日（8月14日全天报到）在中国 安徽 合肥召开。

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