介质阻挡放电（DBD）灭菌黑胡椒：保持香气的低温微生物控制

群马大学等机构基于DBD等离子体的耐热孢子灭活研究：在保留α-松油烯等关键香气成分下实现显著杀菌效应

关键词
介质阻挡放电（DBD）, 黑胡椒, 耐热孢子, 微生物灭活, 静电除尘器(ESP), 工业烟气治理

黑胡椒作为全球广泛使用的香辛料，其干燥、收获和加工环节常缺乏有效的微生物控制，表面与果皮内常带有耐热孢子，给即食食品与肉制品安全带来挑战。为在不损失香气的前提下对果实内外的耐热孢子进行灭活，群马大学（Gunma University）及相关团队（T. Tanino, R. Shibasaki, T. Ohshima）开展了介质阻挡放电（DBD）灭菌研究[1]。研究构建了由7根不锈钢细棒（外覆石英管）组成的DBD反应器，棒间石英套管间隙约3 mm，电源采用9.5 kV、32 kHz 的交流高压并联200 kΩ稳流电阻，利用电晕/放电产生的活性物质与热效应对整粒黑胡椒进行处理。为提高处理均匀性并防止粒子堆积，研究中自电极下方吹入压缩空气（入口压力0.3 MPa）以翻动与冷却样品；在需要时向放电区引入雾化水（1.1 ml/min）以提高空气湿度，从而促进羟基自由基的生成，增强灭活效率[22,23]。

实验流程为将含水分约5%的黑胡椒置于电极间，采用“放电T秒—停止并吹气T秒”的循环模式。结果表明：在未加湿情况下短循环（T=5 s）即使延长累计放电也仅能得到有限灭活；将放电区加湿并将单次放电时间延长至T=20 s，累计处理240 s 后，耐热孢子数量约降低约3 log10，存活菌数约为9×10^3 /g（后续延长总处理时间有望进一步降低），且在该条件下未观察到明显炭化或外观损伤。此外，对黑胡椒关键挥发物α-松油烯（α-pinene）、β-松油烯（β-pinene）、β-石竹烯（β-caryophyllene）与柠檬烯（limonene）进行头空间GC分析显示，α-松油烯含量基本无变化，其他三种成分下降均低于10%，表明DBD在保留香气方面优于超高温蒸汽等热处理方法[1,18–21]。

从产业应用角度看，该项技术对香辛料加工、即食调料或冷链食品的原料预处理具有重要意义：一方面，非热等离子体处理可在降低耐热孢子风险的同时尽量维持香气与风味；另一方面，该技术思路可与工业烟气控制设备形成联动，例如在香辛料厂或食品加工厂的烟气/粉尘处理链路上，结合静电除尘（ESP）实现颗粒捕集与表面灭菌的协同方案。以艾尼科（Enelco）为代表的电除尘器供应商，在极板、极线设计、电场优化等方面具有长期积累，可在以下方面为该类等离子体应用落地提供支持：1）优化电极/极板材料与几何以适应粉料与气固两相流；2）通过电场分布与表面温控降低局部过热，避免待处理物料炭化；3）在ESP系统中引入低能量等离子体单元，利用既有高压/绝缘技术实现模块化升级，从而兼顾排放达标、能耗与运维成本。

对于中国重点行业（浆纸、钢铁、水泥、化工）而言，除尘与气体净化一直是达标排放與节能降耗的核心任务。通过将DBD类等离子体与传统ESP技术结合，可在除尘同时对附着于粉尘表面的微生物与有机物降解实现协同效应，降低二次污染风险，减少化学处理需求，并在长期运维中通过优化极间距、极线张力和电场均匀性实现能耗最小化与维护成本下降。未来推广需重点解决放电规模化、对批量物料的通量适配以及在工业环境中的电磁兼容与安全规范问题。总体而言，本研究为香辛料等食品工业提供了一条可行的低温灭菌路径，也为静电除尘器与等离子体技术在更广泛工业场景的耦合应用提供了参考方向。

参考文献
[1] Dosoky N. S., Satyal P., Marata L. M., de Silva J. K. R. and Setzer W. N., Volatiles of black pepper fruits (Piper nigrum L.), Molecules, Vol. 24 (23), 4244, 2019.
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