等离子处理水(Plasma-treated water, PTW)用于即食鲜切生菜工业化清洗消毒的安全评估——重要安全性方面的评价

《Frontiers in Food Science and Technology》：Application of plasma-treated water for fresh-cut lettuce sanitation on industrial scale: evaluation of important safety aspects

　　

引言：非热等离子处理水(Nonthermal plasma-treated water, PTW)是将压缩空气或环境空气经等离子放电产生的等离子处理空气(Plasma processed air, PPA)通入水或工艺用水制得，作为新兴生鲜食品清洗消毒剂具有潜力。与传统强氧化性消毒剂相比，PTW仅需压缩/环境空气和能量即可现场按需制备，无需储存危险化学品；虽臭氧化水(Ozonated water)制备类似，但因臭氧不稳定无法循环回用。尽管PTW具有一定抗菌潜力，但关于其在生鲜食品加工中对人体的毒理学研究极少，而这是推动消费者、行业接受及满足法规申报的迫切需求。方法：本研究旨在评估PTW用于即食(Ready-to-eat, RTE)混合生菜（菊苣、卷叶苦苣、紫菊苣）工业化清洗过程中潜在毒效应，包括细胞毒性（XTT法检测Caco-2、V79-4及L929细胞系）、致突变性（Ames试验）及遗传毒性（彗星试验Comet assay与体外微核试验Micronucleus assay, MN assay）。PTW由微波放电处理200 L自来水3.5 h至终pH < 2制得；鲜切生菜于标准工业条件下分别用常规工艺用水或补加PTW的工艺用水清洗。结果与讨论：清洗后，与未清洗鲜切生菜相比，经含或不含PTW工艺用水清洗的生菜均未检出毒理效应。结果表明，工艺用水中补充PTW可作为潜在的生鲜食品消毒剂使用。

论文解读：等离子处理水(Plasma-treated water, PTW)用于即食鲜切生菜工业化清洗的安全性毒理学评估

研究背景与立项依据

即食(Ready-to-eat, RTE)鲜切蔬菜的商业加工通常包括修整、切割、清洗、离心及包装，其中清洗步骤旨在去除污物、农药残留及微生物以延缓品质劣变。目前工业上常用氯、二氧化氯(ClO₂)、过氧化氢(H₂O₂)或过氧乙酸(Peracetic acid, PAA)等化学消毒剂，但这些强氧化剂会腐蚀设备且与切割渗出的有机物反应而降低效力，残留物需后续淋洗控制，氯气还可能生成有害消毒副产物。非热等离子处理水(Nonthermal plasma-treated water, PTW，亦称Plasma-activated water, PAW)由等离子处理空气(Plasma processed air, PPA)鼓泡入水或工艺用水生成，富含活性氧氮物种(Reactive Oxygen and Nitrogen Species, RONS，如H₂O₂、NO₂^?、NO₃^?、过氧亚硝酸盐)，具低pH值与高氧化还原电位(Oxidation-Reduction Potential, ORP)，抗菌谱广且RONS衰减快、无持久卤代有机副产物，无需现场储存危化品，可按需分散式制备。然而，PTW作为新型RTE产品加工助剂，除验证抗菌效果外，还必须经毒理学验证排除细胞毒性(Cytotoxicity)、致突变性(Mutagenicity)及遗传毒性(Genotoxicity)风险方可推动监管审批与工业化应用。现有文献多关注PTW对果蔬品质及抗菌效果，缺乏真实工业规模下经模拟消化后PTW残留物或转化产物的毒理学安全数据，因此本研究在工业现场开展此项评估。该论文发表于《Frontiers in Food Science and Technology》。

主要关键技术方法概述

研究人员于德国GARTENFRISCH Jung GmbH工厂采用HEWA 3800工业清洗线，以混合鲜切生菜（菊苣40%、卷叶苦苣40%、紫菊苣20%）为样本队列，设三组处理：未清洗对照、自来水+低浓度ClO₂常规清洗（Tap Water, TW）、PTW补加清洗（主洗槽分别按20% PTW + 80%工艺水及50% PTW + 50%工艺水配制，漂洗段统一用100% PTW）。PTW由PLexc²微波等离子源（2.45 GHz, 3 kW）处理200 L 4°C自来水2.5–3.5 h至pH < 2制得并暂存于IBC容器。清洗包装后样品经模拟胃肠结肠体外消化(In vitro digestion)获取上清液，依次进行：(1) XTT法检测人肠上皮Caco-2、中国仓鼠肺成纤维V79-4及小鼠成纤维L929细胞系存活率评估细胞毒性；(2) Ames试验（Salmonella typhimurium TA98/TA100/TA1535/TA1537/TA102，±S9代谢活化）评估致突变性；(3) 彗星试验(Alkaline Comet assay)检测Caco-2细胞DNA链断裂评估遗传毒性；(4) 体外微核试验(Micronucleus assay, MN assay)检测V79-4细胞微核率评估染色体损伤（仅最高PTW浓度组），所有 assay 遵循ISO 10993及OECD指导原则并由独立毒理学实验室完成。

研究结果

3.1 细胞毒性(Cytotoxicity—XTT assay)

研究人员将体外消化液分别以5%、10%、20%浓度孵育三种细胞系24–48 h。结果显示，TW组及各PTW比例组在5%与10%消化液浓度下细胞存活率均>70%（依据EN ISO 10993-5判定为非细胞毒性）；20% PTW + 80% TW组在5%、10%消化液浓度下亦>70%。仅50% PTW + 50% TW组在极高且不 realistic的20%消化液浓度下存活率<70%被判定为细胞毒性，而未清洗生菜在各浓度下均显示更高细胞毒性（源于土壤、肥残等本底负荷）。结论：工业推荐用量的PTW清洗未增加细胞毒性，PTW本身未在模拟摄入浓度下诱导细胞毒化合物形成。

3.2 致突变性(Mutagenicity—Ames test)

研究人员将消化液设0.16%–100%五个梯度，以诱变因子(Mutagenic Factor, MF)≥2.0为阳性判定。TW组及20% PTW + 80% TW组在≤20%消化浓度下各菌株±S9均无非预期MF≥2.0事件；50% PTW + 50% TW组在≤4%消化浓度下亦无非预期致突变事件。100%全浓度消化液无论未清洗、TW或PTW组均出现致突变性（属浓缩基质本底效应）；50% PTW组在20%消化浓度下TA100(+S9)与TA102(+S9)各出现1株MF≥2.0，但未清洗组在同浓度出现更多致突变事件。TA1535在本实验中出现非常规响应予以排除。结论：在代表实际摄入的消化稀释倍数（≤20%，尤其≤4%–10%）下，PTW清洗生菜无诱导Ames试验致突变性，高浓缩未洗生菜本底的致突变物可被PTW清洗有效降低。

3.3 遗传毒性(Genotoxicity—Micronucleus assay and Comet assay)

鉴于阴性结果具剂量外推性，研究人员仅取最高PTW浓度（50% PTW + 50% TW）组行遗传毒性检测。微核试验在短时无S9、短时有S9(2% S9 Mix)及长时无S9三种条件下，PTW清洗组诱导微核数均≤10/1000个有核细胞且与阴性对照无显著差异；彗星试验在±S9代谢活化下，PTW清洗组DNA尾强度(Tail intensity, % DNA in tail)均≤15%且与阴性对照无统计学差异(p ≥ 0.05)。阳性对照（甲基甲磺酸酯Methyl methanesulfonate, MMS及苯并[a]芘Benzo[a]pyrene, BaP）均呈预期强阳性。结论：即便最高工业测试浓度的PTW处理，鲜切生菜经体外消化后未诱发V79-4细胞微核增加或Caco-2细胞DNA链断裂，无检出遗传毒性。

讨论与结论翻译（Conclusion部分）

本研究证明了PTW作为即食鲜切生菜及其他RTE农产品创新性抗菌清洗剂的可行性与工业适用性。对未清洗、常规水洗(Tap water washed)及PTW清洗样品的毒理学评估既表明了生鲜与鲜切产品采后清洗的普遍必要性，也表明在测试工业清洗条件下，经模拟消化后所选体外 assay中PTW未产生明确的细胞毒性、致突变性或遗传毒性效应增加证据。效应被发现取决于消化液用量，且在较小程度上取决于所施PTW浓度。综合结果为将PTW技术转化至工业界以实现高抗菌活性、资源高效（含潜在水循环与回用）的清洗系统提供了科学依据。所生成的毒理学与食品质量数据构成了初步证据基础，可为利益相关方应对监管与法律框架挑战提供参考。进一步工作应聚焦于大规模验证、长期品质监测及法规协调以促进更广泛应用。