成軍虎，溫 馨，孔繁津，李孟軻，王一杰

1.華南理工大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510640 2．華南理工大學(xué) 現(xiàn)代食品工程研究中心，廣東 廣州 510006

中國是世界第一大蘋果生產(chǎn)國，亦是第一大蘋果汁生產(chǎn)國和出口國，每年90%以上的蘋果汁出口到世界市場[1]。但是近些年我國蘋果汁在國際市場上的競爭優(yōu)勢不足，質(zhì)量與安全性成為約束產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素，其中，展青霉素超標(biāo)是蘋果汁的主要質(zhì)量問題之一[2]。

展青霉素(PAT)是一種真菌毒素，主要由擴(kuò)展青霉產(chǎn)生，具有水溶性和酸性環(huán)境中的熱穩(wěn)定性，極易存在于果蔬汁制品中。長期接觸PAT會給動物組織和細(xì)胞帶來細(xì)胞毒性及急性、慢性毒性等多種毒性，并有潛在的致癌風(fēng)險。因為PAT具有廣譜毒性，各國對食品中其殘留量都有嚴(yán)格的規(guī)定。盡管如此，水果及制品中的PAT污染在發(fā)展中國家仍比較普遍。Ji等[3-5]分別調(diào)查了國內(nèi)外銷售的多種水果及水果產(chǎn)品，結(jié)果均表明有部分樣品超出了所在國家的最大殘留限量。因此，控制PAT的含量，對于果汁產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和水果產(chǎn)品的營養(yǎng)與安全具有非常重要的現(xiàn)實意義。

降解或去除食品中PAT的方法主要有物理法、化學(xué)法和生物法。近年來，紫外線輻射、脈沖電場、脈沖光、高靜水壓處理和低溫等離子體處理等食品非熱加工技術(shù)作為熱加工的替代技術(shù)在食品加工保藏領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。低溫等離子體技術(shù)是一種安全、高效、環(huán)保的高級氧化技術(shù)，在降解農(nóng)藥殘留、毒素等方面也備受關(guān)注。在降解PAT方面，Xue等[6]采用低溫等離子體對PAT進(jìn)行脫毒處理，在16 kV的電壓下處理30 min，PAT降解效率達(dá)到93%，礦化效率達(dá)到74%，并在此基礎(chǔ)上提出了該低溫等離子體處理過程中的PAT分解路徑；馬亞云[7]采用輝光放電等離子體降解山楂汁、梨汁和葡萄汁中的PAT，發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)，電壓越高、處理時間越長，3種果汁中 PAT 降解效果越好，且等離子體處理對果汁理化性質(zhì)不會造成顯著影響。

等離子體對有機(jī)物的氧化并非以單一方式進(jìn)行，在放電過程中會產(chǎn)生多種活性成分，形成復(fù)雜的等離子體氧化體系，不同活性成分對處理對象的氧化機(jī)理不同，對氧化體系的貢獻(xiàn)亦不同。為了探究低溫等離子體的作用機(jī)制，需要構(gòu)建基于自由基清除劑的多尺度氧化體系，對不同活性物質(zhì)進(jìn)行屏蔽，根據(jù)屏蔽前后等離子體處理情況的變化推斷出該活性成分的作用機(jī)制，進(jìn)而推斷等離子體氧化體系的作用機(jī)制。作者以PAT溶液為研究對象，通過構(gòu)建等離子體多尺度氧化體系的方式探索低溫等離子體降解PAT的機(jī)理，并評價其脫毒效果，為其應(yīng)用于實際生產(chǎn)過程中降解PAT提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大腸桿菌(E.coliO157∶ H7)：廣東省食品微生物安全工程技術(shù)研究開發(fā)中心；LB肉湯培養(yǎng)基：廣東環(huán)凱微生物科技有限公司；0.22 μm孔徑尼龍濾膜：天津市津騰試驗設(shè)備有限公司。

展青霉素標(biāo)準(zhǔn)品(HPLC級)：上海源葉生物科技有限公司；乙腈(HPLC級)、冰乙酸(HPLC級)、乙酸鈉(AR級)、二氧化錳(AR級)、叔丁醇(AR級)、對苯醌(99%)：上海麥克林生化科技有限公司；磷酸二氫鈉(AR級)：上海阿拉丁生化科技股份有限公司；超純水：實驗室制備。

1.2 主要儀器與設(shè)備

CTP-2000k DBD等離子體裝置：南京蘇曼等離子體有限公司；HR2000+發(fā)射光譜儀：Ocean Optics公司；FE28-Meter pH計、AL204電子天平：Mettler-Toledo(上海)有限公司；ACQUITY?ArcTM高效液相色譜儀：Waters公司；UV-1800分光光度計：Shimadzu公司；SPX-150生化培養(yǎng)箱：中儀科(北京)科技有限公司；JW-3024HR高速冷凍離心機(jī)：安徽嘉文儀器裝備有限公司；BSC-11000 Ⅱ B2-X生物安全柜：濟(jì)南鑫貝西生物技術(shù)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 PAT溶液的制備

PAT儲備液的制備：將1 mg PAT標(biāo)準(zhǔn)品溶解于乙腈并定容至10 mL，得到100 mg/L的PAT儲備液，于-20 ℃冰箱儲存?zhèn)溆谩?/p>

PAT工作液的制備：取1 mL PAT儲備液，用pH 4.0的乙酸-乙酸鈉緩沖液稀釋至10 mL，得到10 mg/L的PAT工作液，于4 ℃冰箱儲存?zhèn)溆谩?/p>

PAT樣品液的制備：取0.5 mL PAT工作液，用超純水稀釋至10 mL，得到500 μg/L的PAT樣品液，備用。

1.3.2 PAT標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

以 PAT質(zhì)量濃度和峰面積分別作為橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)繪制 PAT標(biāo)準(zhǔn)曲線。

PAT的HPLC檢測方法依據(jù)GB 5009.185—2016中的方法并稍做修改。采用T3色譜柱(250 mm×4.6 mm×5 μm)；流動相A為水，B為乙腈；采用梯度洗脫的方式，洗脫條件：5% B(0～13 min)，100% B(13～15 min)，5% B(15～30 min)；流速0.3 mL/min；色譜柱柱溫40 ℃；每次進(jìn)樣20 μL，用紫外檢測器進(jìn)行檢測(λ=276 nm)。

1.3.3 發(fā)射光譜的測定

參照Pan等[8]的方法，使用光學(xué)發(fā)射光譜儀(OES)對DBD等離子體激發(fā)時產(chǎn)生的活性物質(zhì)進(jìn)行測定。光譜儀裝載0.22 μm光纖，光纖與電弧的距離控制在1～2 mm，獲取波長200～1 100 nm的光譜。將光譜與已有研究結(jié)果進(jìn)行比較，對峰及活性物質(zhì)進(jìn)行識別。

1.3.4 pH值的測定

在室溫條件下，使用pH計對經(jīng)DBD處理0、1、2、3 min的樣品液進(jìn)行測定，重復(fù)進(jìn)行3組試驗。

1.3.5 降解率的測定

DBD等離子體處理條件：電壓50 kV，電流1.5 A，兩極板間距10 mm。每組7個樣品，每個樣品取10 mL樣品液，加入直徑6 mm的一次性培養(yǎng)皿中，等離子體處理時間(t)分別為0、30、60、90、120、150、180 s。處理后用HPLC檢測PAT殘留量并計算降解率，重復(fù)進(jìn)行3組試驗。

DR=Ct/C0×100%，

式中：DR(degradation rate)為經(jīng)DBD等離子體處理t后PAT的降解率；Ct為經(jīng)DBD等離子體處理t后PAT樣品液的質(zhì)量濃度，μg/L；C0為PAT樣品液的初始質(zhì)量濃度，μg/L。

1.3.6 等離子體多尺度氧化體系對PAT降解的影響

1.3.6.1 H2O2對PAT降解的影響

將二氧化錳作為H2O2清除劑。在PAT樣品液中分別添加二氧化錳至濃度分別為0、10、20、30、40、50、60 mmol/L，進(jìn)行2 min DBD等離子體處理，處理完成后用HPLC檢測PAT殘留量并計算降解率。重復(fù)進(jìn)行3組試驗。

1.3.6.2 ·OH對PAT降解的影響

將叔丁醇作為·OH清除劑。在PAT樣品液中分別添加叔丁醇至濃度分別為0、50、100、150、200、250、300 mmol/L，后續(xù)處理同1.3.6.1。

1.3.6.3 O2-對PAT降解的影響

將對苯醌作為O2-清除劑。在PAT樣品液中分別添加對苯醌至濃度分別為0、1、2、3、4、5、6 mmol/L，后續(xù)處理同1.3.6.1。

1.3.7 PAT降解產(chǎn)物對E.coliO157∶ H7的生長抑制作用

參照Zhu等[9]的方法并進(jìn)行改進(jìn)，采用E.coliO157∶ H7，用細(xì)菌懸浮液在600 nm處的光密度值(OD600)評價低溫等離子體處理后PAT降解產(chǎn)物的毒性。吸取100 μLE.coliO157∶ H7種子液，加入20 mL LB肉湯培養(yǎng)基中，37 ℃搖床培養(yǎng)，當(dāng)其OD600達(dá)到0.3時停止培養(yǎng)，在高速冷凍離心機(jī)中離心(8 000 r/min，4 ℃，5 min)，棄上清液，保留菌體。向試管中加入無菌水再次離心并棄掉上清液，重復(fù)2次。最后加入無菌水，制備菌懸液，于4 ℃冰箱中儲存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.7.1 等離子體處理后的超純水對E.coliO157∶ H7的生長抑制作用

用1.3.5的方法分別處理超純水0、1、2、3 min，各取2 mL分別加入20 mL LB肉湯培養(yǎng)基中，然后向每個培養(yǎng)基中加入20 μL菌懸液，37 ℃搖床培養(yǎng)，測定其培養(yǎng)0、2、3、4、5、6 h 時的OD600。重復(fù)進(jìn)行3組試驗。

1.3.7.2 等離子體處理后的PAT溶液對E.coliO157∶ H7的生長抑制作用

用1.3.5的方法分別處理PAT樣品液和對照液(0.5 mL乙酸-乙酸鈉緩沖液用超純水稀釋至10 mL)0、1、2、3 min，后續(xù)處理同1.3.7.1。

1.3.7.3 不同質(zhì)量濃度的PAT溶液對E.coliO157∶ H7的生長抑制作用

配制50、150、250、500 μg/L的PAT溶液，后續(xù)處理同1.3.7.1。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

所有數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，使用Origin 2021制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 DBD等離子體理化性質(zhì)分析

DBD等離子體裝置激發(fā)空氣產(chǎn)生的OES光譜如圖1所示，特征峰主要分布在紫外區(qū)域(300～400 nm)，與Pan等[8]和Wan等[10]的檢測結(jié)果類似，這些特征峰主要為活性氮(RNS)成分。除活性氮之外，還觀察到部分活性氧(ROS)成分的特征峰，如319 nm附近為·OH的特征峰，390 nm附近的弱峰為O3，407 nm附近為OH+的峰。ROS的特征峰不明顯，這可能與在空氣中O(3P)和(5P)的淬滅有關(guān)[8]。OES光譜表明，DBD等離子體在氣相中可以產(chǎn)生大量的ROS和RNS，這些活性物質(zhì)進(jìn)入液相后會迅速與水反應(yīng)產(chǎn)生多種自由基，形成復(fù)雜的反應(yīng)體系，自由基與有機(jī)化合物反應(yīng)，破壞了分子間及分子內(nèi)相互作用力，導(dǎo)致了有機(jī)物的降解和變性[11]。

PAT樣品液的pH值隨等離子體處理時間的變化如圖2所示，經(jīng)180 s的處理后，溶液的pH值逐漸下降，從最初的4.11±0.01下降到1.96±0.06(P< 0.05)。由于大量活性物質(zhì)進(jìn)入水中與水反應(yīng)，產(chǎn)生了大量酸性離子，從而導(dǎo)致溶液pH值下降。由于PAT在酸性條件下穩(wěn)定，故pH值的下降不會導(dǎo)致PAT降解[12]。

圖1 DBD等離子體OES光譜圖Fig.1 OES spectrum of DBD plasma

圖2 DBD等離子體處理時間對PAT的 pH值的影響Fig.2 Effect of DBD plasma treatment time on pH value of PAT

2.2 DBD等離子體處理降解PAT

2.2.1 PAT標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

以PAT標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)量濃度與對應(yīng)峰面積為橫、縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到線性方程：Y=103.58X+395.29 (R2=0.999 5)，表明在檢測范圍內(nèi)，PAT質(zhì)量濃度與峰面積有良好的線性關(guān)系。

2.2.2 DBD等離子體處理對PAT的降解效果

圖3為DBD等離子體處理時間對PAT質(zhì)量濃度和降解率的影響。溶液中殘留的PAT隨處理時間的延長越來越少，降解率越來越高，處理180 s時，PAT降解率高達(dá)(90.92±1.98)%，質(zhì)量濃度從(510.39±1.79) μg/L下降到(46.33±10.19) μg/L(P<0.05)，低于國家標(biāo)準(zhǔn)的最大殘留限量。由于本研究所用的液體體系比較簡單，因此PAT的降解率較高。在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步構(gòu)建等離子體多尺度氧化體系，探究低溫等離子體降解PAT的機(jī)制。

圖3 DBD等離子體處理時間對PAT 質(zhì)量濃度和降解率的影響Fig.3 Effect of DBD plasma treatment time on the concentration and degradation rate of PAT

2.3 多尺度氧化體系對PAT降解率的影響

2.3.1 H2O2對PAT降解率的影響

二氧化錳是一種催化劑，已被證明可以有效地清除H2O2[13]。加入了不同濃度二氧化錳的PAT樣品液經(jīng)DBD等離子體處理2 min后，PAT質(zhì)量濃度及降解率的變化如圖4a所示。隨加入的二氧化錳濃度增加，溶液中PAT質(zhì)量濃度逐漸升高，降解率逐漸降低。PAT質(zhì)量濃度從(145.64±8.91) μg/L升高至(277.34±3.65) μg/L，降解率從(71.51±1.91)%下降到(45.77±0.61)%(P<0.05)。當(dāng)二氧化錳濃度增加至50 mmol/L后，PAT質(zhì)量濃度不再顯著變化。Ma等[13]研究二氧化錳作為H2O2清除劑對等離子體降解殼聚糖效率的影響時發(fā)現(xiàn)，二氧化錳濃度上升，殼聚糖降解量下降，特性黏度升高。

在處理過程中發(fā)現(xiàn)，隨著二氧化錳濃度的增加，DBD處理2 min后的樣品液中殘留的二氧化錳增加。如圖4b所示，圓圈中為殘留的二氧化錳，當(dāng)二氧化錳濃度為0、10、20、30 mmol/L時，經(jīng)DBD等離子體處理2 min，溶液內(nèi)沒有黑色的二氧化錳殘留。當(dāng)濃度達(dá)到40 mmol/L時，溶液中出現(xiàn)了微量的二氧化錳，當(dāng)濃度達(dá)到50、60 mmol/L時，溶液中出現(xiàn)明顯的黑色顆粒物，此時PAT質(zhì)量濃度也不再顯著變化。因此推測，經(jīng)DBD等離子體處理后，二氧化錳轉(zhuǎn)變?yōu)镸n2+。在中性環(huán)境下，二氧化錳作為催化劑催化H2O2分解產(chǎn)生水和氧氣，但由于DBD等離子體處理產(chǎn)生了大量的H+，H+與催化過程中的中間產(chǎn)物Mn(OH)2反應(yīng)生成Mn2+，因此黑色的二氧化錳逐漸溶解消失。綜上可知，在加入二氧化錳之后，二氧化錳與H2O2反應(yīng)消耗了大量H2O2，使其不能參與對PAT的氧化降解，因此PAT降解率下降，質(zhì)量濃度升高，說明H2O2是DBD等離子體處理過程中對PAT降解產(chǎn)生貢獻(xiàn)的活性物質(zhì)之一。

雖然加入二氧化錳后，PAT的降解被抑制，但是，降解率下降了35.99%。馬亞云[7]通過測含有PAT以及不含PAT的降解液中的H2O2發(fā)現(xiàn)，兩種降解液中H2O2濃度差異不明顯，說明降解PAT的過程中基本不消耗H2O2。H2O2是一種長壽命的活性物質(zhì)，·OH、O2-等短壽命活性物質(zhì)極易反應(yīng)產(chǎn)生H2O2。因此，二氧化錳抑制PAT降解率的原因可能是二氧化錳消耗H2O2，使產(chǎn)生H2O2的反應(yīng)向右進(jìn)行，消耗·OH和O2-，間接影響了兩種自由基對PAT的降解。

圖4 不同濃度二氧化錳對PAT的影響Fig.4 Effects of different concentrations of manganese dioxide on PAT

2.3.2 ·OH對PAT降解率的影響

圖5 不同濃度叔丁醇對PAT質(zhì)量濃度 和降解率的影響Fig.5 Effects of different concentrations of tertiary butanol on the concentration and degradation rate of PAT

·OH是一種短壽命的活性物質(zhì)，通常需要利用正丁醇、叔丁醇、水楊酸等間接表征其變化[14]。本研究利用叔丁醇作為·OH的清除劑，探究·OH對DBD等離子體處理過程中PAT降解的影響。由圖5可知，隨加入的叔丁醇濃度的增加，溶液中PAT質(zhì)量濃度逐漸升高，降解率逐漸降低。當(dāng)叔丁醇濃度從0增加到300 mmol/L時，PAT質(zhì)量濃度從(145.64±8.91) μg/L升高至(296.35±6.77) μg/L，降解率從(71.51±1.91)%下降到(41.84±1.32)%(P<0.05)，下降了41.49%，說明·OH對PAT降解的貢獻(xiàn)大于H2O2。加入叔丁醇可以抑制DBD等離子體對PAT的降解，主要原因為叔丁醇屏蔽了等離子體產(chǎn)生的·OH，使其無法再氧化破壞PAT。·OH是DBD等離子體處理過程中對PAT降解產(chǎn)生貢獻(xiàn)的活性物質(zhì)之一?！H非?；钴S，會破壞并氧化PAT中的內(nèi)酯環(huán)[6]。馬亞云[7]的研究也顯示，不含PAT的降解液中的·OH濃度遠(yuǎn)高于含有PAT的降解液，說明PAT降解過程中消耗了大量·OH。

2.3.3 O2-對PAT降解率的影響

O2-是一種短壽命的活性物質(zhì)，很難利用直接方法進(jìn)行檢測，通常使用對苯醌、苯甲酸等作為捕捉劑對O2-進(jìn)行捕捉，間接測定其含量[15]。本研究利用對苯醌作為O2-的清除劑，探究O2-對DBD等離子體處理過程中PAT降解的影響。由圖6a可知，隨加入的對苯醌濃度增加，溶液中PAT質(zhì)量濃度逐漸升高，降解率逐漸降低。PAT質(zhì)量濃度從(145.64±8.91) μg/L升高至(318.00±3.95) μg/L，降解率從(71.51±1.91)%下降到(37.82±0.94)%(P<0.05)。當(dāng)對苯醌濃度增加到5 mmol/L后，PAT質(zhì)量濃度不再顯著變化。

圖6b顯示了加入不同濃度對苯醌的PAT樣品液經(jīng)DBD等離子體處理2 min后顏色的變化。隨著對苯醌濃度增加，經(jīng)等離子體處理后的溶液顏色逐漸變深。對苯醌為金黃色棱柱狀結(jié)晶，溶于熱水，因此溶液顏色加深可能是由于等離子體處理后對苯醌溶解度上升所致[15]。此外，O2-與對苯醌的不飽和雙鍵極易反應(yīng)，使之形成對苯二酚和三羥基苯等產(chǎn)物，也可以使溶液顏色加深[16]。加入對苯醌可以抑制DBD等離子體對PAT的降解，主要原因為對苯醌捕捉清除了等離子體產(chǎn)生的O2-，使其無法再氧化破壞PAT。O2-是DBD等離子體處理過程中對PAT降解產(chǎn)生貢獻(xiàn)的活性物質(zhì)之一。

在等離子體放電過程中，高能粒子沖擊水并產(chǎn)生H·，H·迅速與氧反應(yīng)生成HO2·以及與HO2·構(gòu)成酸堿平衡的O2-。加入清除劑對苯醌對O2-進(jìn)行清除后，PAT降解率下降了47.11%。O2-主要通過攻擊不飽和雙鍵的方式對有機(jī)物進(jìn)行破壞，Wang等[17]利用脈沖放電等離子體降解疏浚泥沙中的對硝基苯酚，僅在反應(yīng)體系中加入0.8 mmol/L的對苯醌，就可以使對硝基苯酚降解率從84.1%下降至52.0%。

圖6 不同濃度的對苯醌對PAT的影響Fig.6 Effects of different concentrations of para benzoquinone on PAT

圖7 不同濃度磷酸二氫鈉對PAT質(zhì)量濃度 和降解率的影響Fig.7 Effects of different concentrations of dihydrogen phosphate on the concentration and degradation rate of PAT

2.4 PAT降解產(chǎn)物對E.coli O157∶ H7的生長抑制作用

PAT具有細(xì)胞毒性、急性毒性、慢性毒性等多種毒性，通過對DBD等離子體處理后的PAT溶液進(jìn)行安全性評價，將有助于了解PAT降解產(chǎn)物的毒性作用。在現(xiàn)有的研究中，大腸桿菌、酵母細(xì)胞、人體細(xì)胞、擬南芥都曾被用于PAT降解產(chǎn)物安全性評價[7，9,20]。本研究選用E.coliO157∶ H7，以O(shè)D600為指標(biāo)，研究PAT降解產(chǎn)物對大腸桿菌的生長抑制作用。

2.4.1 等離子體處理后的超純水對E.coliO157∶ H7的生長抑制作用

經(jīng)DBD等離子體處理0、1、2、3 min的超純水對E.coliO157∶ H7的影響如圖8所示。隨著培養(yǎng)時間的增長，OD600均呈現(xiàn)S形增長趨勢。但加入培養(yǎng)基中的超純水被等離子體處理的時間越長，OD600越小，對E.coli的生長抑制越明顯。等離子體活性水已被證明可以抑制E.coli的生長[21]，與本研究結(jié)果一致。

圖8 DBD等離子體處理的超純水對E.coli O157∶ H7的生長抑制作用Fig.8 Inhibition effect of UP water treated by DBD plasma on the growth of E.coli O157∶ H7

2.4.2 等離子體處理后的PAT溶液對E.coliO157∶ H7的生長抑制作用

圖9 DBD等離子體處理后的PAT溶液 對E.coli O157∶ H7的生長抑制作用Fig.9 Inhibition effect of PAT solution treated by DBD plasma on the growth of E.coli O157∶ H7

經(jīng)DBD等離子體處理0、1、2、3 min的PAT 樣品液對E.coliO157∶ H7 OD600的影響如圖9所示。其中，對照組為0.5 mL乙酸-乙酸鈉+9.5 mL超純水，試驗組為0.5 mL PAT工作液+9.5 mL超純水。加入培養(yǎng)基中的樣品液被等離子體處理的時間越長，OD600越小，對E.coli的生長抑制越明顯。對比相同處理時間下試驗組和對照組發(fā)現(xiàn)，試驗組的OD600低于對照組的，說明溶液中未降解的PAT對E.coli的生長產(chǎn)生了抑制作用。處理時間越長，對照組和試驗組的OD600差異越小，說明溶液中PAT對E.coli的毒性作用不斷降低。

2.4.3 不同質(zhì)量濃度PAT溶液對E.coliO157∶ H7的生長抑制作用

PAT質(zhì)量濃度對E.coliO157∶ H7 OD600的影響如圖10所示。OD600與PAT質(zhì)量濃度呈負(fù)相關(guān)，質(zhì)量濃度越高，OD600越小，對E.coliO157∶ H7的生長抑制越明顯。當(dāng)PAT為50 μg/L時，OD600與2.4.2中處理0 min的對照組相近，說明此時PAT已無明顯毒性作用。

圖10 不同質(zhì)量濃度PAT溶液對E.coli O157∶ H7的生長抑制作用Fig.10 Inhibition effect of PAT working solution with different concentrations on the growth of E.coli O157∶ H7

通過研究發(fā)現(xiàn)，等離子體處理的超純水和PAT樣品液都可以抑制E.coliO157∶ H7的生長，且PAT樣品液的抑制作用比相同處理時間的超純水更明顯。等離子體處理產(chǎn)生的活性水主要通過其中含有的活性物質(zhì)對E.coli的生長進(jìn)行抑制[21]。相比之下，在PAT樣品液中，除了活性物質(zhì)產(chǎn)生作用之外，還有其他作用抑制了E.coli的生長。由于E.coli生長的適宜pH值為4.5～8.0，PAT樣品液經(jīng)等離子體處理后的pH值極低，可能影響了E.coli的生長。通過對比PAT樣品液試驗組與對照組對E.coliO157∶ H7生長的影響發(fā)現(xiàn)，雖然處理時間越長OD600越小，但相同處理時間下對照組和試驗組間的差距隨處理時間延長越來越小，說明PAT造成的影響越來越小。通過比較不同質(zhì)量濃度的PAT溶液對E.coliO157∶ H7生長的影響發(fā)現(xiàn)，溶液中PAT質(zhì)量濃度與E.coliO157∶ H7生長情況呈負(fù)相關(guān)，與PAT樣品液的結(jié)果相印證。在早期的研究中，Zhu等[9]利用E.coliDH5α研究PAT降解產(chǎn)物的安全性，發(fā)現(xiàn)PAT降解產(chǎn)物對E.coli無毒性作用，甚至其可以作為E.coli的營養(yǎng)物質(zhì)。鄭青峰[22]的研究也認(rèn)為，PAT的降解產(chǎn)物不影響E.coli的生長。

3 結(jié)論

本研究以PAT為研究對象，利用DBD等離子體處理技術(shù)和構(gòu)建多尺度氧化體系，推測出DBD等離子體降解PAT的可能機(jī)制：DBD等離子體激發(fā)產(chǎn)生大量復(fù)雜的短壽命活性物質(zhì)，這些物質(zhì)會攻擊PAT的內(nèi)酯環(huán)及不飽和雙鍵，在開環(huán)后不斷將其降解為小分子有機(jī)物，最終將PAT降解為二氧化碳和水。除此之外，通過3組試驗相互對比得知，PAT會抑制E.coliO157∶ H7的生長，但PAT降解產(chǎn)物對E.coliO157∶ H7的影響較小。但是在等離子體體系中，活性物質(zhì)以及pH值都會對E.coli的生長造成影響，如何減小這些影響，需要后續(xù)進(jìn)一步研究。