一种低温等离子体处理模式在红虾物流保鲜上的应用

1.本发明属于虾类保鲜贮藏领域，具体涉及一种低温等离子体的处理模式在红虾物流保鲜上的应用。
技术背景
2.红虾学名中华管鞭虾(solenocera crassicornis)是我国重要的经济海捕虾类之一。红虾肉质因富含高蛋白质、高不饱和脂肪酸、矿物质等营养成分，而广受消费者欢迎。由于虾体肉质较畜肉所含肌基质蛋白含量更少，易导致肌肉松弛，且虾壳表面的高菌荷载量使得其在贮藏过程中易被微生物侵入污染。同时红虾本身含水率高、富含营养物质，特别适合微生物尤其是以嗜冷杆菌属、假交替单胞菌属和假单胞菌属等腐败菌的繁殖，这是导致其品质快速下降的重要原因。此外，虾体死亡后，体内的多酚氧化酶(polyphenol oxidase，ppo)使得虾头中的酚类物质转化为醌类物质，随后聚集为黑色物质，即虾头黑变，这极大的影响了鲜虾的经济价值。
3.低温等离子体(atmospheric cold plasma，acp)技术作为一种非热性食品加工技术，通过高压电离两个极板间的空气来生成活性氧、活性氮和自由粒子等活性物质。其作用包括提高食品安全性和延长保质期，以及减少加工过程中对食品质量的影响等。现有低温等离子体保鲜手段(即直接处理)生成的活性物质与目标食品的暴露时间短，使得保鲜或处理效果较差。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有低温等离子体处理在水产品物流运输应用过程中存在的不足，提供一种在物流包装的基础上，通过优化低温等离子体产生模式，提高活性氧与红虾的暴露时间，从而高效、安全地抑制虾体中微生物的生长，以期保持红虾的品质并延长其保鲜货架期的方法。
5.一方面，本发明提供了一种低温等离子体处理模式在红虾物流保鲜上的应用，其包括以下步骤：
6.1)将鲜活的红虾分拣清洗干净并沥干；
7.2)沥干后将红虾放入聚丙烯包装袋中，在气调包装机中经抽气真空、充空气和密封完成包装；
8.3)将内层聚丙烯包装置于低温等离子体发生装置中心，红虾置于包装内，进行低温等离子处理；
9.4)然后将内层气调包装置于发泡泡(eps)沫包装箱内，加入冰袋；将包装完毕的红虾在冷藏条件下贮藏。
10.作为优选，所述步骤2)中红虾的质量与充入气调包装袋中的气体总体积的重量体积比200g：500ml。
11.作为优选，所述步骤3)中低温等离子体发生装置为介质阻挡等离子体发生装置，
其工作参数：处理方式为直接处理，处理电压为25～45kv，处理时间为1～5min，处理模式为一次性处理。
12.作为进一步优选，所述低温等离子体一次性处理，即35kv下直接处理样品3min。
13.作为优选，所述步骤3)中低温等离子体发生装置为介质阻挡等离子体发生装置，其工作参数：处理方式为直接处理，处理电压为25～45kv，处理时间为1～5min，处理模式为周期性处理。
14.作为进一步优选，所述低温等离子体周期性处理，即35kv下处理样品1min，分3次完成，每次间隔5min。
15.作为优选，所述步骤4)中所述红虾与冰袋的质量比为1:1～1:3；所述冷藏条件为4℃。
16.另一方面，本发明提供了一种低温等离子体处理模式在红虾物流保鲜上的应用的流程装置图，其包括塑料托盘a、传送带b、塑料托盘a置于传送带b的前端，设置在传送带中心位置的纵向递送器c、沿递送器c箭头方向设置的设备挡板d，在设备挡板d内部竖立设置机械转杆e、沿转杆轴向设置的转盘f、在机械转杆f后设置低温等离子体处理装置g、传送带h；所述递送器c连接传送带b与转盘装置f，所述机械转杆e连接设备挡板d与转盘f，所述转盘装置f单孔位置处于低温等离子体介质挡板
①
与介质挡板
②
中间；所述传送带h紧接在设备挡板d外，衔接等离子体处理装置g，传送带h的末端设有eps泡沫包装盒i。
17.塑料托盘a中的红虾样品经pp袋包装后由b传送带传递至c点，经c纵向传送器将样品精确传递至f轮盘中的低温等离子体等离子处理区(g区)，每个样品经低温等离子体处理1min后，通过操作机械转杆f来控制轮盘旋转，轮盘旋转的具体参数为：逆时针转动，离开g区(转动速度为1孔/min，共6孔)，及等待5min转动5孔后重新回到g区再次被低温等离子体处理1min，重复转动和低温等离子体处理。样品在经历3次低温等离子体处理后由g区转移到传送带h由eps泡沫包装盒i包装处理后的红虾样品，最后完成全部流程。
18.本发明的方法的有益效果为：(1)依托栅栏技术，针对红虾贮藏过程中出现的由腐败菌生长导致的虾体腐败和感官品质恶化等不良变化，分别通过控制温度，物流包装和低温等离子体处理来延缓或者抑制；(2)红虾在冷藏过程中受内源酶和微生物的协同作用而导致品质下降，通过acp处理激发活性粒子有效抑制虾头黑变和腐败菌的滋生，从而有效延长红虾的保鲜期；(3)物流包装处理避免了运输和贮藏过程中温度波动和外部污染，起到了缓冲作用，同时避免碎冰(或冰袋)与虾体的直接接触，降低了对虾体的机械损伤和污染；(4)本发明通过优化acp处理模式，使用acp周期模式处理红虾，有效提升acp处理诱导的臭氧与红虾的暴露时间，提升acp对红虾的杀菌保鲜效果，同时对红虾感官品质不产生显著影响。
附图说明
19.图1为本发明一种低温等离子体处理模式在红虾物流保鲜上的应用的流程装置图，其中
20.a为pp袋包装，b为传送带，c为传送带，d为设备挡板，e为机械转杆，f为转盘装置，g为低温等离子体处理装置，h为传送带，
①
为低温等离子体介质挡板，
②
为介质挡板，i为eps泡沫包装盒。
21.图2不同acp处理模式下红虾pp包装中臭氧含量的变化。
22.图3不同acp处理模式对贮藏期间红虾tvb-n(3-a)与菌落总数(3-b)的影响。
23.图4不同acp处理模式下各菌株的细胞生长曲线的变化(4-a代表e.coli；4-b代表p.putida；4-c代表s.putrefaciens；4-d代表v.parahaemolyticus)。
24.图5不同acp处理模式下各菌株的细胞活力的变化。
25.图6不同acp处理模式下各菌株的生物膜的变化。
具体实施方式
26.下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
27.实施例1：
28.本实施方式用于延长红虾的货架期，按照以下步骤进行，流程图参见图1所示。
29.1.低温等离子体装置
30.如图1所示，一种低温等离子体处理模式在红虾物流保鲜上的应用的流程装置图，包括塑料托盘a、传送带b、设置在传送带中心位置的纵向递送器c、沿递送器c箭头方向设置的设备挡板d，在设备挡板d内部竖立设置机械转杆e、沿转杆轴向设置的转盘f、在机械转杆f后设置低温等离子体处理装置g、传送带h。所述的递送器c连接传送带b与转盘装置f，所述的机械转杆e连接设备挡板d与转盘f，所述的转盘装置f单孔位置处于低温等离子体介质挡板
①
与介质挡板
②
中间；所述的传送带h紧接在设备挡板d外，衔接等离子体处理装置g。
31.塑料托盘中的红虾样品经pp袋包装(a)后由b传送带传递至c点，经c纵向传送器将样品精确传递至f轮盘中的低温等离子体等离子处理区(g区)，每个样品经低温等离子体处理1min后，通过操作机械转杆f来控制轮盘旋转，轮盘旋转的具体参数为：逆时针转动，离开g区(转动速度为1孔/min，共6孔)，及等待5min转动5孔后重新回到g区再次被低温等离子体处理1min，重复转动和低温等离子体处理。样品在经历3次低温等离子体处理后由g区转移到传送带h由eps泡沫包装盒(i)包装处理后的红虾样品，最后完成全部流程。
32.2.低温等离子体处理
33.将约200g红虾整齐地排列在塑料托盘中，封装在尺寸为200
×
300mm的pp袋中，然后注入500ml无菌空气。如图1所示，在这项工作中应用了以空气为工作气体的介质阻挡等离子体发生装置以获得acp。使用介质阻挡等离子体发生装置在35kv电压下以不同处理模式下分别处理样品3min，处理模式包括：未处理，acp一次性处理和acp周期处理(每个周期程序：acp处理1min，静止5min后重复一个新的周期)。未进行acp处理的样品设为对照组。此后，将对照组、acp-3min(1t)组(acp处理3min，一次性处理)和acp-1min(3t)组(acp处理1min，周期性处理3次)置于准备好的eps泡沫箱中，并于4℃下保存。完成一次acp处理后，每5min测定一次pp包装中的臭氧含量。
34.臭氧作为acp处理产生的长效活性物质，在灭活或减少食品表面微生物方面起着主要作用。通过臭氧气体检测仪获得pp包装内臭氧含量，以揭示臭氧浓度动态变化与acp处理模式的关系(如图2)。acp-3min(1t)和acp-1min(3t)组之间的臭氧到达的最大浓度无显著差异。臭氧浓度随acp处理后贮藏时间的延长而快速下降。在acp-3min(1t)组中，臭氧浓度在25min内从639
±
23mg/m3迅速下降到0mg/m3。然而，在acp周期处理模式中，经过3个acp
周期处理后，臭氧浓度达到峰值(619
±
10mg/m3)，且红虾暴露于臭氧的时间延长至35min。
35.3.红虾的品质变化
36.1)tvb-n值的测定
37.采用国家标准gb5009.288-2016中自动凯氏定氮法测定红虾在贮藏过程中tvb-n的变化。称取10g红虾肉与蒸馏水(75ml)混合匀浆并浸泡30min。然后加入1g氧化镁，用凯氏定氮自动分析仪测量tvb-n值。
38.由腐败菌和内源组织酶协同作用产生的tvb-n值被认为是水产品新鲜度和质量的关键指标。不同acp处理模式下对虾样品的tvb-n值影响如图3-a所示。三个实验组的初始tvb-n值在11-13mg/100g，数值差异不显著(p》0.05)，说明三组虾整体新鲜，且acp处理瞬间并不显著影响tvb-n值。总体而言，由于虾的前期贮藏温度较低(约1℃)且初始微生物数量少，因此所有组的tvb-n值在初始阶段均增加缓慢。在2d时，对照组tvb-n值显著高于2个acp处理组(p《0.05)。对照组的tvb-n值在第6d超过中国食品安全国家标准方法(gb/t 5009.228-2016)要求的新鲜水产品上限值(30mg/100g)。此时，acp-3min(1t)和acp-1min(3t)组样品的tvb-n值分别为30.66和26.13mg/100g。贮藏后期，eps内的温度达到4℃的峰值。样品中的微生物，尤其是嗜冷菌增殖加速，导致tvb-n值迅速增加。此外，与对照组相比，acp处理后(特别是acp周期性处理)对红虾tvb-n值的抑制效果显著高于对照组(p《0.05)。结果表明，acp周期处理模式结合物流包装可以有效保持红虾品质。
39.2)菌落总数的测定
40.不同acp处理模式对红虾菌落总数的影响是根据国家标准gb/t4789.2-2016中倾注平板计数法测定的。将10g虾肉放入含有90ml无菌生理盐水(0.85％)的无菌烧杯中，并在7000-9000rpm下匀浆30s，然后进行10倍梯度稀释。将各梯度稀释液混合涂布在相应的培养基上，置于恒温培养箱30
±
1℃下培养48
±
2h。
41.如图3-b所示，显示了不同acp处理模式对各贮藏时间点的红虾总菌数的影响。在贮藏0d时，两个acp处理组的总菌数均低于对照组。在贮藏初期，与对照组相比，lpc的低温环境和acp的协同作用可能是acp处理组总菌数增加相对较慢的原因。在第8d，对照组，acp-3min(1t)组和acp-1min(3t)组的总菌数分别为6.29，5.76和5.56log cfu/g。6log cfu/g被认为是水产品总菌数可接受的上限。实验结果证实仅对照组的总菌数超过上限值，而acp周期组的总菌数显著低于acp一次性组(p《0.05)。
42.3)感官分析
43.红虾的感官分析包括颜色、气味、质地、形态和蒸煮测试。在蒸煮测试中，根据风味、汤浊度和整体可接受性进行感官评估。由六名学生组成的感官评估小组，在接受专业的感官培训后，从五个方面对红虾的感官特性进行评分。根据分数表(详见表1)，评分为0-10分。当所有得分属性的平均得分都在8分以下时，表明虾开始变质。
44.表1物流包装容器中红虾的感官评价标准
[0045][0046]
表2物流包装容器中红虾的感官评价得分
[0047][0048][0049]
注：所有结果以平均值
±
标准差表示；同一列不同小写字母代表不同处理模式下样品间存在显著性差异(p《0.05)
[0050]
如表2所示，第0d时，未经acp处理或acp处理后的样品中所有参数的初始得分约为9分。红虾感官得分随贮藏时间的增加而下降。在第4d，除acp-1min(3t)组外，其余组的样品的感官得分均低于可接受的极限(即感官总得分《30)。上述结果表明，acp处理有利于红虾感官品质的保持。比较两种acp处理模式，acp-1min(3t)组比acp-3min(1t)组在保持感官品质上的效果更优异。
[0051]
综上，相比于未处理组与acp-3min(1t)，acp-1min(3t)可以更好的抑制红虾在4℃贮藏期间的tvb-n值和菌落总数的上升，并且还具有更高的感官得分。本发明中的acp周期处理模式可以进一步推迟虾体腐败，延长其保鲜货架期。
[0052]
实施例2：
[0053]
本实施方式用于探究acp处理对红虾中存在的相关微生物的杀菌活性，从微观的角度分析acp处理对细胞水平的抑制作用，对实施例1选用的周期处理模式进行合理的解释。
[0054]
1.细菌细胞悬液的制备
[0055]
将分离纯化的腐败希瓦氏菌(s.putrefaciens)和恶臭假单胞菌(p.putida)单菌落接种在tsb中，并分别在30℃和25℃下孵育18h。同时将大肠杆菌(e.coli)和副溶血性弧菌(v.parahaemolyticus)单菌落分别接种在lb和含3wt.％nacl的lb中，并在37℃下孵育18h。将过夜培养液通过6500rpm离心10min以获得菌体沉淀。用无菌pbs(0.01m，ph 7.4)洗涤细菌，重复离心与洗涤两次，最后细菌重悬于pbs中。依据mcfarland standard 0.5m处的浊度来制备浓度为8log cfu/ml的细菌悬浮液。
[0056]
2.acp系统和样品处理
[0057]
在这项工作中应用了介质阻挡等离子体发生装置以产生acp。为保证实验安全，本研究采用35kv作为工作电压，处理时间为3min。
[0058]
acp处理菌悬液：将无菌培养皿中制备的细菌悬浮液(10ml)放置在尺寸为200mm
×
300mm的pp袋的中心。然后，在超净工作台中向pp袋注入1l无菌空气。将样品放置在两个铝电极之间并进行不同的模式处理，包括未处理—对照组，一次性处理—acp-3min(1t)组和周期性处理—acp-1min(3t)组。
[0059]
3.微生物分析
[0060]
1)生长曲线测定
[0061]
为了分析acp处理的抑菌效果，将处理后10μl菌悬液注入含有对应90μl新鲜培养溶液(tsb，lb和lb+3wt.％nacl)的96孔板中，并在各菌对应的适宜温度下培养24至72h。在固定时间内通过酶标仪在630nm处测其od值，结果绘制成各菌的生长曲线。
[0062]
采用微板法绘制了不同acp模式下e.coli、p.putida、s.putrefaciens和v.parahaemolyticus的细胞生长曲线。如图4所示，经两种模式的acp处理后所有菌株的生长显著受到抑制，且acp周期处理的抑制作用略强于acp一次性处理。从生长曲线可知acp处理对细菌的生长抑制作用主要表现在延迟期变长，对数生长期推迟。acp处理产生的活性物质造成细菌细胞结构的损伤以及细菌密度下降可能是延迟期变长的原因。
[0063]
2)细胞活力测定
[0064]
此外，使用cck-8试剂盒测量不同模式acp处理后的各菌的细胞活力。简而言之，将10μl cck-8溶液加入到已添加100μl未稀释的菌悬液的96孔板的各个孔中，并在37℃下培
养2h。使用imark酶标仪在450nm波长下测量cck-8代谢产物。结果经过归一化处理，并将存活的细胞百分比与未处理细胞的百分比进行比较。
[0065]
采用cck-8法，评估了不同acp处理模式对各菌株的杀菌效果。如图5所示，acp周期处理相比acp一次性处理具有更加显著的杀菌效果。在acp周期处理3min后，pbs中e.coli，p.putida，s.putrefaciens，v.parahaemolyticus的细胞活力分别降低了58.66％，72.52％，63.94％和84.89％，高于acp一次性处理的29.16％，62.29％，51.41％和81.45％。acp处理后，e.coli展现出了更强的抗逆性，而v.parahaemolyticus对acp更加敏感。该结果对前文细胞生长曲线中e.coli更短的延迟期，而v.parahaemolyticus具有更长的延迟期做出了解释。综上所述，acp处理尤其是周期性处理模式具有高效抑制虾等水产品在其加工贮藏过程中微生物的生长的潜力。
[0066]
3)生物膜测定
[0067]
使用结晶紫(cv)染色法测量生物膜的形成。简而言之，将acp处理后的菌悬液(1％)置于96个孔板中，每个孔板的体积为200μl。然后弃培养基，用200μl磷酸盐缓冲盐(pbs；ph 7.4)洗涤3次，每孔加入100μl 95wt％甲醇15min，弃液干燥。用100μl 1wt％(w/v)结晶紫染色10min。用无菌pbs洗涤3次，然后风干。加入100μl 33wt％(v/v)醋酸，在37℃下溶解30min。用酶标仪在630nm处测定培养孔中溶液的od值。
[0068]
生物膜是由细胞外聚合物构成的嵌入微生物的复杂群落。据信，大多数食源性细菌主要以生物膜形式而不是悬浮形式吸附在食物表面上。因此，当遇到抗菌处理时，生物膜基质中的微生物比悬浮形式的微生物更具抵抗力。不同acp处理模式下各菌株的生物膜的变化如图6所示。结果表明acp处理在抑制生物膜形成方面具有显著的能力(p《0.05)。相比对照组，acp-1min(3t)组中的e.coli，p.putida，s.putrefaciens，v.parahaemolyticus的生物膜分别降低了71.70％，48.81％，89.65％和51.21％，明显优于acp-3min(1t)组的27.97％，23.36％，59.73％和43.20％。因此，acp周期处理模式能更为有效地抑制各菌株生物膜形成活性，从而可以延缓腐败菌在水产品体系中的粘附和渗透。
[0069]
综上，结果表明，相比于未处理组与acp一次性处理组，acp周期处理对菌株细胞活性具有更高抑制率，包括细菌细胞的生长曲线受到抑制，细胞活力与生物膜抑制率更高。从细胞水平分析，acp处理在杀菌领域具有优越作用，同时acp周期处理更可以极大的减少细菌在食品基材上的存活率。
[0070]
本发明在上述实施例公开的基础上，仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域技术人员在了解本发明的基础上，能够方便地实施本发明。因此，所有等同、简化、替代、修饰的技术方案也属于本发明的范畴，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种低温等离子体处理模式在红虾物流保鲜上的应用，其特征在于，包括以下步骤：1)将鲜活的红虾分拣清洗干净并沥干；2)沥干后将红虾放入聚丙烯包装袋中，在气调包装机中经抽气真空、充空气和密封完成包装；3)将内层聚丙烯包装置于低温等离子体发生装置中心，红虾置于包装内，进行低温等离子处理；4)然后将内层气调包装置于发泡泡(eps)沫包装箱内，加入冰袋；将包装完毕的红虾在冷藏条件下贮藏。2.如权利要求1所述一种低温等离子体处理模式在红虾物流保鲜上的应用，其特征在于，所述步骤2)中红虾的质量与充入气调包装袋中的气体总体积的重量体积比为200g:500ml。3.如权利要求1所述一种低温等离子体处理模式在红虾物流保鲜上的应用，其特征在于，所述步骤3)中低温等离子体发生装置为介质阻挡等离子体发生装置，工作参数：处理方式为直接处理，处理电压为25～45kv，处理时间为1～5min，处理模式为一次性处理。4.如权利要求3所述一种低温等离子体处理模式在红虾物流保鲜上的应用，其特征在于，所述低温等离子体一次性处理，即35kv下直接处理样品3min。5.如权利要求1所述一种低温等离子体处理模式在红虾物流保鲜上的应用，其特征在于，所述步骤3)中低温等离子体发生装置为介质阻挡等离子体发生装置，工作参数：处理方式为直接处理，处理电压为25～45kv，处理时间为1～5min，处理模式为周期性处理。6.如权利要求3所述一种低温等离子体处理模式在红虾物流保鲜上的应用，其特征在于，所述低温等离子体周期性处理，即35kv下处理样品1min，分3次完成，每次间隔5min。7.如权利要求1所述一种低温等离子体处理模式在红虾物流保鲜上的应用，其特征在于，所述步骤4)中所述红虾与冰袋的质量比为1:1～1:3；含有红虾的气调包装置于4℃条件下的保鲜冰箱中贮藏。8.一种低温等离子体处理模式在红虾物流保鲜上的应用的流程装置图，其特征在于，所述装置包括塑料托盘a、传送带b、塑料托盘a置于传送带b的前端，设置在传送带中心位置的纵向递送器c、沿递送器c箭头方向设置的设备挡板d，在设备挡板d内部竖立设置机械转杆e、沿转杆轴向设置的转盘f、在机械转杆f后设置低温等离子体处理装置g、传送带h；所述递送器c连接传送带b与转盘装置f，所述机械转杆e连接设备挡板d与转盘f，所述转盘装置f单孔位置处于低温等离子体介质挡板
①
与介质挡板
②
中间；所述传送带h紧接在设备挡板d外，衔接等离子体处理装置g，传送带h的末端设有eps泡沫包装盒i。

技术总结
本发明属于虾类保鲜贮藏领域，具体涉及一种低温等离子体的处理模式在红虾物流保鲜上的应用。本发明在物流包装的基础上，通过优化低温等离子体产生模式，提高活性氧与红虾的暴露时间，从而高效、安全地抑制虾体中微生物的生长，以期保持红虾的品质并延长其保鲜货架期的方法。的方法。


技术研发人员：陈静 谢凯 胡家杰 张宾 邓尚贵 郑岩
受保护的技术使用者：浙江海洋大学
技术研发日：2023.07.26
技术公布日：2023/10/8