檀茜倩， 麻冰玉， 王 丹， 崔方超， 李學(xué)鵬， 孫 彤， 葛永紅， 勵(lì)建榮

（渤海大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 錦州 121013）

生鮮食品產(chǎn)量很大，然而由于物理損傷、化學(xué)變化、內(nèi)源性酶和微生物的作用，生鮮食品在貯藏運(yùn)輸過程中極易發(fā)生腐敗變質(zhì)，從而引發(fā)食用安全風(fēng)險(xiǎn)并造成經(jīng)濟(jì)損失。 其中微生物及其生命活動(dòng)所產(chǎn)生的代謝物是造成腐敗的主要原因[1]。 因此，如何有效地控制微生物對(duì)保證生鮮食品的新鮮度和安全性具有重要意義。

熱殺菌雖然是目前應(yīng)用比較廣泛的一種殺菌方式，但會(huì)對(duì)生鮮食品的風(fēng)味、色澤和營(yíng)養(yǎng)成分等造成一定程度的破壞，并不適用于新鮮果蔬、生魚片等生食物料的殺菌。 為了解決這個(gè)問題，研究人員開發(fā)了一系列的非熱殺菌技術(shù)，如冷等離子體殺菌[2]、高壓脈沖電場(chǎng)殺菌、高靜水壓殺菌[3]、超聲波殺菌[4]等，但是這些殺菌方法存在殺菌成本高或?qū)κ称菲焚|(zhì)影響較大等缺點(diǎn)。光動(dòng)力技術(shù)（photodynamic technology）是一種新型環(huán)保的非熱殺菌技術(shù)，其利用光敏劑在被某些波長(zhǎng)的光激活并吸收光子的能量后產(chǎn)生的活性氧（reactive oxygen species，ROS）等物質(zhì)殺死微生物，整個(gè)殺菌過程不會(huì)造成鄰近組織和細(xì)胞的損傷[5]，已經(jīng)應(yīng)用于義齒消毒[6]、口腔念珠菌病治療[7]、細(xì)菌性角膜炎治療[8]、腫瘤抑制[9]等醫(yī)療領(lǐng)域。 近年來，針對(duì)光動(dòng)力技術(shù)對(duì)生鮮食品的殺菌和安全控制也開展了一些研究[10]，相比于其他非熱殺菌技術(shù)，該技術(shù)有成本低、對(duì)食品品質(zhì)影響小等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用前景。 作者首先概述了光動(dòng)力殺菌技術(shù)的基本原理及影響因素，總結(jié)了其對(duì)細(xì)菌、 真菌和病毒的殺滅作用和可能的作用機(jī)制，隨后對(duì)其在水產(chǎn)品、果蔬、乳制品和肉制品等主要生鮮食品中的應(yīng)用以及對(duì)這些食品品質(zhì)的影響研究進(jìn)展進(jìn)行了探討，以期對(duì)光動(dòng)力殺菌技術(shù)在生鮮食品的品質(zhì)和安全控制領(lǐng)域的應(yīng)用提供一定的借鑒和參考。

1 光動(dòng)力技術(shù)概述

光動(dòng)力反應(yīng)是由不同波長(zhǎng)的光驅(qū)動(dòng)的一系列物理、化學(xué)和生物反應(yīng)，當(dāng)生物組織中被光激發(fā)的光敏劑被激發(fā)時(shí)會(huì)觸發(fā)光動(dòng)力反應(yīng)的發(fā)生。 目前主要有兩種類型的光動(dòng)力反應(yīng)（見圖1）。 第一種類型是在光照下，光敏劑（PS）吸收光子由基態(tài)（1PS0）轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)單重態(tài)（1PS*），隨后這種激發(fā)單重態(tài)的光敏劑一部分通過熒光發(fā)射失去能量返回基態(tài)，其余部分則可以通過系統(tǒng)間穿越轉(zhuǎn)換為壽命更長(zhǎng)的三重態(tài)（3PS*），三重態(tài)光敏劑大部分會(huì)與周圍的有機(jī)物和基態(tài)氧反應(yīng)生成I 型的ROS，包括超氧陰離子（·O2-）、過氧化氫（H2O2）、羥自由基（·OH）和單線態(tài)氧（1O2）等，這些ROS 可使靶細(xì)胞失活，而光敏劑在這個(gè)過程中被消耗并無法再生；第二種類型是當(dāng)光敏劑處于三重態(tài)時(shí)會(huì)與三線態(tài)氧分子反應(yīng)生成單線態(tài)氧，在這個(gè)過程中光敏劑不會(huì)被消耗而是會(huì)返回基態(tài)參與下一個(gè)反應(yīng)循環(huán)[11]。 這兩個(gè)反應(yīng)過程在光動(dòng)力反應(yīng)中可同時(shí)存在， 并且都需要氧的參與，因此氧是光動(dòng)力反應(yīng)過程的一個(gè)很重要的因素。

圖1 光動(dòng)力殺菌原理示意圖Fig. 1 Schematic diagram of the principle of photodynamic inactivation

另外兩個(gè)光動(dòng)力反應(yīng)中的重要因素是光源和光敏劑。 常見的照射光源包括紫外線 （200~380 nm）、可見光（380~780 nm）和紅外線（760~2 000 mm）等，發(fā)光二極管（light emitting diodes，LED）常被用于產(chǎn)生激發(fā)光。 光源波長(zhǎng)與光敏劑吸收峰的接近程度會(huì)影響光動(dòng)力殺菌效果，當(dāng)光源波長(zhǎng)越接近光敏劑的吸收峰時(shí)，殺菌效果越好。 常見光敏劑按來源可分為內(nèi)源性光敏劑和外源性光敏劑。 內(nèi)源性光敏劑是指細(xì)菌（大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等）在細(xì)胞質(zhì)中產(chǎn)生的內(nèi)源性物質(zhì)，如尿卟啉、原卟啉等[12]；外源性光敏劑是指一些天然產(chǎn)物或人工合成物質(zhì)，包括姜黃素（curcumin，Cur）、核黃素（riboflavin，RI）、金絲桃素等。 光敏劑還可以按照其結(jié)構(gòu)分為三代，第一代為以血卟啉衍生物為代表的卟啉水溶性混合物，如photofrin[13]；第二代為卟啉類化合物的衍生物，如卟吩、金屬酞菁、稠環(huán)醌類等；第三代為基于第二代光敏劑進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)或基團(tuán)修飾的物質(zhì)[14]。常見的天然光敏劑如姜黃素、核黃素等是第二代光敏劑。 目前的研究多采用姜黃素和核黃素作為光敏劑。 姜黃素是姜黃的活性成分，為二芳基庚酸化合物，有苦味，外觀呈橙黃色，易溶于乙醇、二甲基亞砜等極性溶劑， 僅在堿性條件下微溶于水，能夠吸收波長(zhǎng)為400~475 nm 的光[15-16]。核黃素是B 族維生素的一種，可從植物或中草藥中提取，其吸收波長(zhǎng)在375 nm 左右[17]。另外微生物種類和環(huán)境因子等也會(huì)對(duì)光動(dòng)力殺菌效果有影響。

2 光動(dòng)力技術(shù)對(duì)細(xì)菌的殺滅作用

在使用光動(dòng)力技術(shù)對(duì)細(xì)菌進(jìn)行殺滅的過程中，其殺菌效果與細(xì)菌的類型（革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌）和存在狀態(tài)（浮游態(tài)或生物被膜態(tài)）有關(guān)。其中生物被膜是附著在有生命或沒有生命物體表面的一種復(fù)雜微生物群落[18]，是細(xì)菌為了應(yīng)對(duì)極端環(huán)境而采取的一種自我保護(hù)機(jī)制，與浮游態(tài)的細(xì)菌相比，生物被膜使得細(xì)菌的清除變得更加困難。 生物被膜的形成是一個(gè)動(dòng)態(tài)且復(fù)雜的過程，受到細(xì)胞內(nèi)多個(gè)調(diào)控系統(tǒng)的控制[19]。 光動(dòng)力技術(shù)可通過影響某些與細(xì)菌運(yùn)動(dòng)有關(guān)的基因來抑制生物被膜的形成[20]。 光動(dòng)力殺菌的效果也同時(shí)受到LED 發(fā)射波長(zhǎng)、光敏劑吸收波長(zhǎng)、光敏劑類型、環(huán)境因子（pH、溫度）、光照時(shí)間和光照劑量等因素的影響。

2.1 對(duì)革蘭氏陰性菌的殺滅作用

大腸桿菌（Escherichia coli）是食品中常見的革蘭氏陰性菌，能夠在生物或者非生物表面形成生物被膜，造成食品污染以及食品品質(zhì)劣化[21]。為了應(yīng)對(duì)大腸桿菌給食品工業(yè)和人類健康帶來的危害，研究人員針對(duì)光動(dòng)力技術(shù)對(duì)大腸桿菌的殺滅效果進(jìn)行了研究。 Ghate 等證實(shí)光動(dòng)力技術(shù)可以有效殺滅大腸桿菌， 并且其殺菌效果受到光照波長(zhǎng)的影響，研究發(fā)現(xiàn)雖然461 nm 和521 nm 兩種波長(zhǎng)的光均能有效殺滅浮游狀態(tài)下的大腸桿菌O157：H7，但相同條件下461 nm 比521 nm 的殺菌效果更好，其可能與461 nm 的發(fā)射光與大腸桿菌的內(nèi)源性光敏化合物卟啉的吸收光譜更為接近有關(guān)；同時(shí)研究還發(fā)現(xiàn)在堿性條件下的殺菌效果更好，pH 9.5 的條件下進(jìn)行殺菌時(shí)菌落數(shù)減少（4.1±0.42） lg（CFU/mL），而在pH 4.5 和pH 7.3 的殺菌條件下菌落只減少2~3 lg（CFU/mL）[22]。 光敏劑類型也對(duì)殺菌效果有影響，Louren?o 等在酞菁（Pc）（屬于第二代光敏劑，對(duì)紅光具有較強(qiáng)的吸收能力，其在紅光照射下可產(chǎn)生大量單線態(tài)氧）的基礎(chǔ)上開發(fā)出一種新型光敏劑——鋅酞菁的衍生物（ZnPc 1a 和ZnPc 2a），這兩種新合成的光敏劑帶有陽離子取代基，能夠通過靜電相互作用與帶有負(fù)電荷的細(xì)菌細(xì)胞壁緊密結(jié)合，改變了酞菁因缺乏有效的靜電作用或范德華力而限制其作為光敏劑應(yīng)用的劣勢(shì)，可在短時(shí)間內(nèi)將單線態(tài)氧作用于細(xì)菌細(xì)胞造成細(xì)胞損傷。 相比于不加入光敏劑和加入光敏劑酞菁，這種新型光敏劑介導(dǎo)的光動(dòng)力技術(shù)的殺菌效果更顯著， 不僅可以殺滅浮游細(xì)菌， 對(duì)已形成的生物被膜也有很強(qiáng)的清除能力，在紅光照射下，其對(duì)浮游態(tài)和生物被膜態(tài)大腸桿菌的滅活率分別高達(dá)99.99%和99.00%[23]。

鼠傷寒沙門氏菌（Salmonella typhimurium）也是一種常見的食源性致病菌， 感染后會(huì)引發(fā)腹痛、胃腸炎等多種疾病甚至導(dǎo)致死亡[24]。 鼠傷寒沙門氏菌存在內(nèi)源性卟啉類化合物，可作為光敏劑，光照波長(zhǎng)和環(huán)境溫度會(huì)影響光動(dòng)力殺菌對(duì)鼠傷寒沙門氏菌的抑制效果。 Ghate 等研究了不同波長(zhǎng)（461、521、642 nm）的可見光在不同溫度（10、15、20 ℃）下對(duì)鼠傷寒沙門氏菌的抑制效果，研究發(fā)現(xiàn)，與光動(dòng)力技術(shù)對(duì)大腸桿菌的殺滅效果類似， 在經(jīng)過7.5 h 的處理后，461 nm 波長(zhǎng)的光照射下在10 ℃和15 ℃菌落數(shù)減少4.6~5.2 lg（CFU/mL）；相同溫度條件時(shí)521 nm 波長(zhǎng)的光照射下菌落數(shù)只減少了1.0~2.0 lg（CFU/mL）， 而在642 nm 波長(zhǎng)的光照射下菌落數(shù)沒有變化[25]。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，相同波長(zhǎng)光照射時(shí)10 ℃和15 ℃下的光動(dòng)力殺菌處理比20 ℃殺菌效果更好，其原因可能為細(xì)菌細(xì)胞在較低的環(huán)境溫度下會(huì)改變細(xì)胞膜中飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸的比例以保持適當(dāng)?shù)哪ち鲃?dòng)性，在較低溫度下細(xì)胞膜中的不飽和脂肪酸的比例會(huì)有所增加，而不飽和脂肪酸可能更容易與光照射產(chǎn)生的ROS 發(fā)生氧化反應(yīng)，因此，在光照期間暴露于較低溫度下的細(xì)菌細(xì)胞膜更容易被光照射破壞，因此顯示出光動(dòng)力殺菌效果增強(qiáng)。 細(xì)菌在光動(dòng)力技術(shù)處理時(shí)還可能發(fā)生一些關(guān)鍵代謝物和代謝途徑的改變。 研究發(fā)現(xiàn)采用460 nm波長(zhǎng)的光在25 ℃照射處理1 h 后，鼠傷寒沙門氏菌的代謝物11-脫氧皮質(zhì)醇下調(diào)， 表明其類固醇的代謝途徑受到影響；同時(shí)N-戊基泛酰胺（與輔酶A 合成有關(guān)的物質(zhì)）水平下調(diào)，隨之會(huì)影響輔酶A 的合成，輔酶A 合成的減少會(huì)降低細(xì)菌對(duì)一氧化氮的生物利用度，從而會(huì)增加ROS 的形成，加劇細(xì)胞損傷；此外，代謝物L(fēng)-酵母氨酸和苯氧基自由基VI 增多，這些物質(zhì)參與ROS 或其前體物的合成，ROS 的增多也會(huì)進(jìn)一步加劇細(xì)胞損傷[26]。

副溶血性弧菌（Vibrio parahaemolyticus）可通過魚、貝類等海產(chǎn)品從環(huán)境傳染給人類，其產(chǎn)生的黏附因子有助于其在物體表面形成生物被膜[27]。 光動(dòng)力技術(shù)對(duì)副溶血性弧菌浮游態(tài)的抑制和生物被膜態(tài)的清除均有明顯效果。Chen 等研究了姜黃素介導(dǎo)的光動(dòng)力技術(shù)對(duì)浮游態(tài)和生物被膜態(tài)副溶血性弧菌的殺滅和清除效果，結(jié)果表明，在5 min 內(nèi)（光照劑量1.14 J/cm2）用1.0 μmol/L 姜黃素處理后，已無法明顯檢測(cè)到處于浮游態(tài)的副溶血性弧菌，而隨著光照劑量和姜黃素濃度的增加，通過共聚焦熒光顯微鏡的觀察發(fā)現(xiàn)其生物被膜的粗糙度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸下降，在60 min 內(nèi)（光照劑量13.68 J/cm2）用20.0 μmol/L 姜黃素處理基本可以達(dá)到清除其生物被膜的效果[28]。 研究發(fā)現(xiàn)光動(dòng)力殺菌可影響細(xì)菌的群體感應(yīng)（quorum sensing，QS）信號(hào)通路。QS 信號(hào)通路是細(xì)菌內(nèi)部和細(xì)菌間采用的依靠信號(hào)分子調(diào)節(jié)群體密度和生物行為的一種調(diào)控方式[29]。 分子生物學(xué)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)在一定波長(zhǎng)的光照射處理后副溶血弧菌的毒力因子基因（tdh、toxR）以及生物被膜形成基因（oxyR、aphA、luxR和opaR）均出現(xiàn)顯著下調(diào)。 光動(dòng)力殺菌同樣可以顯著降低銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa）與QS 信號(hào)通路有關(guān)的基因（rh1R、rh1I、lasI、lasR）表達(dá)，其毒力因子基因（phzH、lasB）表達(dá)也顯著下調(diào)[30]。

2.2 對(duì)革蘭氏陽性菌的殺滅作用

金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）是典型的革蘭氏陽性食源性致病菌，可產(chǎn)生多種毒力因子。 研究發(fā)現(xiàn)，405、460、461、521 nm 波長(zhǎng)的光照射處理可不同程度降低金黃色葡萄球菌的數(shù)量[25-26]。光動(dòng)力殺菌不易使金黃色葡萄球菌產(chǎn)生耐受性[31]。光敏劑的濃度有可能決定了光動(dòng)力殺菌對(duì)金黃色葡萄球菌的清除效果。 Winter 等利用姜黃素和聚乙烯吡咯烷酮合成聚乙烯吡咯烷酮姜黃素 （PVP-C）（這種方法可在不添加有機(jī)溶劑的情況下， 增加姜黃素的水溶性，并克服姜黃素自然條件下快速衰變導(dǎo)致濃度降低的缺點(diǎn)），隨后采用435 nm 波長(zhǎng)的光照射處理， 在光敏劑為2.7 mmol/L 的作用濃度下，能使金黃色葡萄球菌菌落數(shù)減少6 lg（CFU/mL），在50 μmol/L 的濃度下處理15 min 到25 min， 則可以對(duì)其完全根除；溫度對(duì)光動(dòng)力殺滅金黃色葡萄球菌的效果也有影響， 在20 ℃下同等光動(dòng)力殺菌條件處理對(duì)金黃色葡萄球菌造成的亞致死損傷細(xì)胞數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于10 ℃下的數(shù)量[32]，其產(chǎn)生原因與低溫條件下光動(dòng)力殺菌會(huì)提高大腸桿菌的殺滅作用類似，也是與不飽和脂肪酸和一些代謝產(chǎn)物和通路的變化有關(guān)[25]。

單增李斯特菌（Listeria monocytogenes）可在低溫下正常生長(zhǎng)繁殖，通過污染食物傳播[33]。不同溫度下光動(dòng)力技術(shù)對(duì)單增李斯特菌表現(xiàn)出不同的殺滅效果[34]，與大腸桿菌和金黃色葡萄球菌類似，低溫比室溫更易導(dǎo)致其失活；但是單增李斯特菌在酸性條件（pH 4.5）下比堿性條件（pH 9.5）下對(duì)光動(dòng)力殺菌更敏感，這與光動(dòng)力殺菌在堿性條件下對(duì)大腸桿菌的殺菌效果正好相反[25]，其機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

另外也有研究人員研究了光動(dòng)力技術(shù)對(duì)植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）的殺滅效果。Kumar等對(duì)比了在不同溫度（4、10、25 ℃）、不同波長(zhǎng)（405、460、520 nm）的光照射對(duì)浮游態(tài)植物乳桿菌活性的影響，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與520 nm LED 照射相比，405 nm 和460 nm 波長(zhǎng)的光照射能夠更有效地殺滅浮游態(tài)植物乳桿菌； 在相同的光照劑量水平下，405 nm 波長(zhǎng)的光照射顯示出最大的滅菌效果， 這與其光敏劑為內(nèi)源性卟啉類物質(zhì) （最佳光吸收范圍在400~430 nm）有關(guān)；植物乳桿菌在所選溫度范圍內(nèi)菌落數(shù)的變化很?。ㄉ儆?0%），與溫度升高或下降并沒有一致的趨勢(shì)，研究結(jié)果顯示相比于在4 ℃和10 ℃，在25 ℃的D10值處于中等水平，并且發(fā)現(xiàn)這個(gè)溫度和致死光照射劑量的組合有可能會(huì)促進(jìn)在405 nm 和460 nm 波長(zhǎng)的光照射下細(xì)菌細(xì)胞進(jìn)入活的非可培養(yǎng)（viable but non culturable，VBNC）狀態(tài)，但其具體原因還有待進(jìn)一步研究[35]。

3 光動(dòng)力技術(shù)對(duì)真菌的殺滅作用

真菌廣泛存在于果蔬等生鮮食品中，導(dǎo)致水果的腐敗，產(chǎn)生不良?xì)馕?，引起營(yíng)養(yǎng)素流失，還可能產(chǎn)生真菌毒素（黃曲霉毒素、赭曲霉毒素、展青霉素等），不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，還對(duì)人體健康有嚴(yán)重影響[36]。

真菌中不含有內(nèi)源性的光敏劑，所以在應(yīng)用光動(dòng)力殺菌的過程中需要外源添加光敏劑。 姜黃素介導(dǎo)的光動(dòng)力技術(shù)能夠使霉菌以及酵母的孢子和細(xì)胞的存活率顯著降低[37]，并且其殺菌效果與真菌種類、光敏劑濃度、光照劑量等密切相關(guān)。 相關(guān)研究表明，在姜黃素濃度為100~1 000 μmol/L、光照劑量為24、48、72 、96 J/cm2時(shí)， 光動(dòng)力處理對(duì)溶液中的黑曲霉、黃曲霉、灰黃青霉、黃青霉和白酵母分別有99.0%、88.9%、78.0%、99.7%、99.2%的抑制率； 同一研究還驗(yàn)證了光動(dòng)力殺菌對(duì)平板上生長(zhǎng)的霉菌的抑制效果，在姜黃素的噴灑劑量為800 μmol/L 以及光照劑量為360 J/cm2時(shí)，可以完全抑制黑曲霉、尖孢鐮刀菌、白色念珠菌和白酵母，對(duì)黃曲霉、灰黃青霉、 黃青霉則分別有75%、80.4%、88.5%的抑制率；雖然有其他研究表明姜黃素可以破壞白色念珠菌的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁[38-39]，但是此研究證實(shí)在輻照前用姜黃素溶液浸泡孢子或細(xì)胞對(duì)各種真菌的抑制效果沒有顯著性影響，說明其抑制作用是光照和光敏劑共同作用的結(jié)果，姜黃素本身并不是主要的抑菌因素。 還有學(xué)者研究了另一種光敏劑赤蘚紅（一類呫噸的環(huán)狀化合物， 常用的一種牙菌斑顯示劑，吸收可見光后會(huì)引發(fā)光動(dòng)力反應(yīng)）介導(dǎo)的光動(dòng)力殺菌對(duì)于酵母菌的殺滅效果，研究發(fā)現(xiàn)使用3 mmol/L赤蘚紅在50 J/cm2光照劑量的處理下， 可使白色念珠菌的菌落數(shù)減少近4 lg（CFU/mL）[40]。

4 光動(dòng)力技術(shù)對(duì)病毒的殺滅作用

光動(dòng)力技術(shù)對(duì)病毒也有一定的殺滅效果。 諾如病毒（noroviurs）是一種常存在于牡蠣、貝類等水產(chǎn)類的食源性病毒，會(huì)導(dǎo)致急性腸胃炎，引起腹瀉等。光動(dòng)力殺菌對(duì)病毒的抑制效果與病毒種類、光敏劑種類、光照劑量和時(shí)間等因素相關(guān)。 光敏劑姜黃素本身對(duì)病毒也有抑制作用。 Yang 等研究發(fā)現(xiàn)，暴露于姜黃素3 d 后，鼠諾如病毒（MNV）的感染性降低了91%，且感染降低的效果呈現(xiàn)劑量依賴性；并利用攜帶有人諾如病毒（human-norovirus，HuNoV）基因復(fù)制子的HG23 細(xì)胞系評(píng)估姜黃素對(duì)HuNoV 復(fù)制的影響作用發(fā)現(xiàn)， 姜黃素并不會(huì)對(duì)HuNoV 復(fù)制產(chǎn)生抑制作用，推測(cè)其抗病毒機(jī)制可能不是影響了病毒RNA 的復(fù)制， 而是通過影響病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞或者是影響了病毒的其他生命周期階段[41]。 另一項(xiàng)研究關(guān)于姜黃素介導(dǎo)的光動(dòng)力殺菌對(duì)貓病毒（FCV）和鼠諾如病毒（這兩種病毒都可以作為諾如病毒的代替物）的抗病毒活性影響發(fā)現(xiàn)，單純采用13.5~1 358.0 μmol/L 的姜黃素處理后， 兩種病毒的滴度分別有6~7 lg（TCID50/mL）的下降；而在藍(lán)光照射、光照劑量為3 J/cm2時(shí)，添加5 μg/mL 的姜黃素在37 ℃孵育30 min 后就可以使FCV 滴度降低1.75 lg（TCID50/mL），添加50 μg/mL 的姜黃素在37 ℃孵育30 min 時(shí)， 則可使FCV 的滴度下降近5 lg（TCID50/mL），雖然同等光動(dòng)力殺菌條件處理對(duì)MNV 的活性抑制能力較低，但MNV 病毒滴度降低了0.73 lg（TCID50/mL）[42]；光動(dòng)力殺菌對(duì)病毒的抑制效果同時(shí)受到初始病毒滴度的影響，在初始病毒滴度較低的情況下抑制效果更好，其可能的機(jī)制與病毒濃度和ROS 之間的比率大小以及ROS 對(duì)病毒成分的非特異性作用有關(guān)，當(dāng)病毒濃度較低時(shí)，ROS會(huì)與較少量的病毒顆粒發(fā)生反應(yīng)， 從而產(chǎn)生更大的氧化損傷。

5 光動(dòng)力技術(shù)在生鮮食品保鮮中的應(yīng)用

5.1 在水產(chǎn)品保鮮中的應(yīng)用

水產(chǎn)品味道鮮美營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高，在人們的膳食中占了很大的比例，而且由于受到日式和地中海飲食方式的影響，水產(chǎn)品尤其是生食水產(chǎn)品（鮭魚、鱘魚、金槍魚、牡蠣、甜蝦）的消費(fèi)量逐漸增高[3]，因此研究人員對(duì)這類水產(chǎn)品的光動(dòng)力殺菌開展了很多研究，見表1。

表1 光動(dòng)力殺菌在水產(chǎn)品保鮮中的應(yīng)用Table 1 Application of photodynamic inactivation technology in the preservation of aquatic products

Huang 等采用藍(lán)光照射，以姜黃素作為光敏劑，研究了光動(dòng)力殺菌對(duì)人工接種于鮭魚表面的單增李斯特菌的抑制效果，通過相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，在室溫（25 ℃） 條件下光動(dòng)力殺菌對(duì)其表面的單增李斯特菌抑制率可達(dá)到99.99%[43]。 曹斌斌等也證實(shí)光動(dòng)力殺菌能抑制牡蠣中的細(xì)菌（主要來源于腸道），其中嗜冷桿菌、速生嗜冷桿菌被部分滅活，迪茨氏菌、枯草芽孢桿菌被完全滅活，大腸桿菌和副溶血性弧菌也被很好地控制[44]。 這一結(jié)果證明了光動(dòng)力處理對(duì)牡蠣中存在的食源性致病菌具有廣泛殺菌性。 同時(shí)以姜黃素作為光敏劑， 在470 nm 和3.6 J/cm2的光照劑量處理下， 對(duì)牡蠣中的鼠諾如病毒有1~3 lg（PFU/mL）的抑制[45]。

光動(dòng)力殺菌還可以保持或在一定程度上提高水產(chǎn)品的品質(zhì)。Gong 等發(fā)現(xiàn)光動(dòng)力殺菌能夠?qū)Ⅶ\魚的貨架期延長(zhǎng)3 d 且不會(huì)對(duì)鱘魚魚肉的質(zhì)構(gòu)產(chǎn)生影響。 研究發(fā)現(xiàn)，在貯藏終點(diǎn)時(shí)，處理組的總游離氨基酸和總不飽和脂肪酸的含量明顯高于對(duì)照組，同時(shí)魚肉的氧化程度、劣變程度以及腐敗代謝物的產(chǎn)生都比對(duì)照組低[46]。 另一項(xiàng)研究證實(shí)縊蟶肉在姜黃素介導(dǎo)的藍(lán)光照射后， 可達(dá)到99.99%的細(xì)菌抑制率，且在處理后其外觀、色澤能得到很好地保持[47]。Chen等也研究了在4 ℃和10 ℃貯藏時(shí)光動(dòng)力殺菌對(duì)煮熟牡蠣肉中的副溶血弧菌的殺滅效果和對(duì)熟牡蠣肉品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)沒有經(jīng)過光動(dòng)力殺菌的熟牡蠣肉的總色差值（ΔE）大幅上升，而經(jīng)過光動(dòng)力殺菌的熟牡蠣肉的ΔE上升程度較小， 證明光動(dòng)力殺菌能夠在一定程度上延緩熟牡蠣肉外觀和顏色的變化；利用磁共振成像（MRI）對(duì)貯藏期間經(jīng)過殺菌和未殺菌的熟牡蠣肉的新鮮度進(jìn)行評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，光動(dòng)力殺菌顯著延緩水分的流失，因此保證了熟牡蠣肉較好的食用品質(zhì)[48]。 姜黃素介導(dǎo)的光動(dòng)力殺菌對(duì)即食海蜇品質(zhì)也能起到保護(hù)和一定程度的提升作用[49]，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)LED 光照處理后即食海蜇的水分、 脂肪、蛋白質(zhì)、 碳水化合物和灰分等成分沒有發(fā)生明顯變化，同時(shí)硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性、顏色、氣味等質(zhì)地特性和感官品質(zhì)相比于對(duì)照組有一定提升。

5.2 在果蔬保鮮中的應(yīng)用

果蔬富含多酚、有機(jī)酸、維生素，具有調(diào)節(jié)免疫，改善腸道菌群的作用。 但是果蔬的高水分、高糖量的特點(diǎn)使其極易滋生微生物[54]，光動(dòng)力殺菌在果蔬保鮮中也有很多應(yīng)用研究（見表2）。研究發(fā)現(xiàn)，采用姜黃素作為光敏劑，460 nm 波長(zhǎng)的光照射60 min可使鮮切哈密瓜表面需氧微生物總數(shù)減少1.8 lg（CFU/g）[55]；405 nm 波長(zhǎng)的光照射下，可以抑制低溫環(huán)境中鮮切芒果表面的大腸桿菌O157：H7、單增李斯特菌以及沙門氏菌的生長(zhǎng)[56]；鮮切馬鈴薯表面的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌菌落總數(shù)也在光動(dòng)力處理后顯著減少[57]。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，其對(duì)漿果表面存在的病毒也具有滅活潛力， 在姜黃素介導(dǎo)405 nm波長(zhǎng)的光照處理下可使人工接種在藍(lán)莓表面的杜蘭病毒失活[58]。

表2 光動(dòng)力殺菌在果蔬保鮮中的應(yīng)用Table 2 Application of photodynamic inactivation technology in the preservation of fruits and vegetables

光動(dòng)力殺菌對(duì)果蔬品質(zhì)基本不會(huì)產(chǎn)生很大影響。 Zhang 等比較了光動(dòng)力殺菌在7 d 的貯藏時(shí)間內(nèi)對(duì)葡萄品質(zhì)的影響， 研究發(fā)現(xiàn)與貯藏第1 天相比，未經(jīng)光動(dòng)力殺菌處理的葡萄在保質(zhì)期結(jié)束時(shí)彈性顯著降低，而經(jīng)過處理的葡萄沒有表現(xiàn)出明顯變化；未經(jīng)處理的葡萄表面在第7 天出現(xiàn)真菌木霉的大量生長(zhǎng)，導(dǎo)致葡萄酸敗現(xiàn)象的發(fā)生，而經(jīng)過處理的葡萄在保質(zhì)期結(jié)束時(shí)沒有表現(xiàn)出明顯的腐敗，葡萄的腐敗率比對(duì)照組低17.7%， 所以葡萄的外觀在處理后能得到更好地保持[59]。 光動(dòng)力技術(shù)也可以在一定程度上減輕果實(shí)的褐變，研究發(fā)現(xiàn)光動(dòng)力殺菌處理可以延緩鮮切哈密瓜的褐變速率，并且可以保持可溶性固形物含量、色澤、含水量、硬度等優(yōu)良感官品質(zhì)[55]。

5.3 在乳品保鮮中的應(yīng)用

乳品營(yíng)養(yǎng)豐富，但是容易受到各種病原微生物和腐敗微生物的污染，乳品中比較常見的食源性微生物有大腸桿菌O157：H7、金黃色葡萄球菌、單增李斯特菌等。 光動(dòng)力殺菌技術(shù)在乳品中的應(yīng)用目前也有一定研究（見表3）。 Srimagal 研究了光動(dòng)力殺菌對(duì)牛奶中微生物數(shù)量和牛奶顏色變化的影響，發(fā)現(xiàn)與未經(jīng)處理的牛奶相比， 采用不同濃度的姜黃素， 經(jīng)405 nm LED 照射處理后牛奶的大腸桿菌數(shù)顯著下降， 并將其在4 ℃貯藏條件下的保質(zhì)期從5 d 延長(zhǎng)到9 d，LED 光照處理對(duì)牛奶中的水分、脂肪、蛋白質(zhì)、碳水化合物含量，以及酸度、黏度、顏色的影響并不顯著[63]。對(duì)于奶酪來說，制作奶酪采用的牛奶是否經(jīng)過巴氏殺菌會(huì)對(duì)光動(dòng)力殺菌結(jié)果產(chǎn)生影響，采用巴氏殺菌牛奶制成的奶酪對(duì)于光動(dòng)力殺菌更敏感， 其中的金黃色葡萄球菌能夠得到有效控制，奶酪貯藏的貨架期得以延長(zhǎng)；而光動(dòng)力殺菌對(duì)未經(jīng)巴氏殺菌的牛奶制成的奶酪則無明顯貨架期延長(zhǎng)的效果，其原因可能是未經(jīng)高溫消毒的牛奶制成的奶酪樣品中存在對(duì)姜黃素作為光敏劑的光動(dòng)力殺菌方式更具有耐受的微生物，具體原因還有待于進(jìn)一步研究[64]。 Hyun 等也證實(shí)460~470 nm 波長(zhǎng)的光照射可以在4 ℃下抑制定向聚丙烯（0.03 mm）包裝切片奶酪表面的單增李斯特菌和熒光假單胞菌，從而延長(zhǎng)包裝切片奶酪的保質(zhì)期，將其食源性疾病的風(fēng)險(xiǎn)降至最低，同時(shí)不會(huì)導(dǎo)致奶酪顏色的變化[65]。

5.4 在肉制品保鮮中的應(yīng)用

肉制品種類豐富，富含蛋白質(zhì)、脂肪等營(yíng)養(yǎng)成分，易被金黃色葡萄球菌、沙門氏菌、單增李斯特菌和大腸桿菌等微生物污染（見表3）。Tortik 等將金黃色葡萄球菌接種至雞腿表面， 經(jīng)435 nm 波長(zhǎng)的光照射后雞腿表面的細(xì)菌數(shù)量減少1.5 lg（CFU/cm2），同時(shí)雞腿外觀無明顯變化[60]。 Gao 等研究了時(shí)間和光照劑量影響姜黃素介導(dǎo)的光動(dòng)力處理對(duì)雞皮表面的單增李斯特菌和沙門氏菌的抑制效果，結(jié)果表明光動(dòng)力殺菌可以在較短時(shí)間內(nèi)殺滅細(xì)菌，雞皮表面的單增李斯特菌和沙門氏菌在光照射后分別減少2.9 lg（CFU/cm2）和1.5 lg（CFU/cm2），且雞皮顏色沒有顯著變化[66]。 另有研究證實(shí)，藍(lán)光（405 nm 和464 nm）對(duì)人工接種于即食肉制品表面的單增李斯特菌具有69.55%~85.25%的殺滅率[67]；同時(shí)在不同參數(shù)下藍(lán)光（405 nm）照射對(duì)接種在熱狗表面的大腸桿菌也可達(dá)到75.61%~96.34%的抑制率[68]。

表3 光動(dòng)力殺菌在其他生鮮食品保鮮中的應(yīng)用Table 3 Application of photodynamic inactivation technology in the preservation of other fresh foods

6 展 望

目前關(guān)于光動(dòng)力殺菌在生鮮食品中的保鮮和安全性控制中的研究已取得了一定進(jìn)展，但是仍然存在一些問題（比如光敏劑的穩(wěn)定性、殺菌的有效性等）限制了其在生鮮食品殺菌中的應(yīng)用。 未來的研究可以考慮以下幾個(gè)方面：1）針對(duì)光敏劑容易受食品種類以及其他條件影響，并且部分光敏劑存在的溶解性和穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，可以考慮開發(fā)受食品物料影響小、 溶解性和穩(wěn)定性高的新型光敏劑；2）雖然光動(dòng)力殺菌技術(shù)不容易使細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性但是卻有可能使細(xì)菌進(jìn)入VBNC 狀態(tài)，這會(huì)使得某些病原菌無法檢測(cè)，增加了消費(fèi)者感染食源性疾病的風(fēng)險(xiǎn)，探明在不同光動(dòng)力殺菌條件下促使不同細(xì)菌形成VBNC 狀態(tài)的機(jī)制以及如何優(yōu)化殺菌條件避免這種現(xiàn)象的發(fā)生十分重要；3）因?yàn)楣鈩?dòng)力殺菌效果受到多種環(huán)境因素的影響，所以可以考慮和其他殺菌方式結(jié)合（例如添加化學(xué)或生物保鮮劑等），以綜合提高光動(dòng)力殺菌對(duì)多種類型食源性微生物的殺滅效果。