范宇航，周雅菲，劉昊天，陳 倩，劉 騫，孔保華*

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030）

隨著人們生活方式和食品消費習(xí)慣的轉(zhuǎn)變，人們的健康意識不斷提升，食品安全問題逐漸引起了大眾的重視。國家食品安全風(fēng)險評估中心指出，2021年中國大陸食源性疾病暴發(fā)事件中微生物性致病因子導(dǎo)致的發(fā)病人數(shù)最多，占53.05%[1]。細菌、真菌、病毒等微生物都會導(dǎo)致食品污染，進而縮短食品貨架期，甚至是食源性中毒[2]。減少食品中致病和有害微生物數(shù)量、保障食品質(zhì)量與安全已經(jīng)成為不可忽視的全球性問題。

化學(xué)殺菌和加熱殺菌是兩種主要的傳統(tǒng)食品保鮮技術(shù)?；瘜W(xué)殺菌是指通過添加化學(xué)與生物抑菌劑來殺死微生物或抑制微生物的生長繁殖，抑菌劑種類包括鹵素類、氧化劑類以及雜環(huán)類氣體[3]。實際操作中過度使用抑菌劑可能會導(dǎo)致細菌產(chǎn)生耐藥性，甚至危害人體健康[4-5]。加熱殺菌易破壞食品中的熱敏性蛋白質(zhì)，導(dǎo)致營養(yǎng)成分的損失，無法滿足人們對營養(yǎng)健康的需求，因此近年來超聲波、冷等離子體等新興非熱物理殺菌技術(shù)不斷涌現(xiàn)，并已逐漸應(yīng)用于食品、醫(yī)療等各個領(lǐng)域。

與傳統(tǒng)殺菌技術(shù)相比，非熱物理殺菌技術(shù)可以更好地保持食品營養(yǎng)與感官特性，其中光動力滅活（photodynamic inactivation，PDI）更是被視作一種有效的細菌滅活策略。PDI也稱光動力療法或光動力殺菌，它是利用光和光敏劑（photosensitizer，PS）來達到抑制微生物生物活性的目的，具有殺菌效果好、成本低、對環(huán)境友好、安全等優(yōu)點。PDI技術(shù)為食品工業(yè)提供了新的發(fā)展方向，運用PDI技術(shù)延長貨架期將是未來食品保質(zhì)保鮮領(lǐng)域的研究熱點?；诖?，本文闡述了PDI技術(shù)的基本原理和主要組成，對食源性微生物及其相關(guān)特征進行了介紹，并分析了PDI的具體抗菌機理，最后總結(jié)了PDI在食品中的應(yīng)用情況，以期使PDI技術(shù)在食品的抑菌和保鮮領(lǐng)域中得到更多的關(guān)注。

1 光動力滅活概述

1.1 基本原理

光敏化過程主要由3 個部分組成，包括PS、光源和分子氧（3O2）。PDI的基本原理如圖1所示。基態(tài)光敏劑（0PS）在光源的激活下會躍遷為單重態(tài)（1PS*）。1PS*是不穩(wěn)定的，容易在熒光發(fā)射條件下再次轉(zhuǎn)換為基態(tài)的形式。系間竄越是指處于激發(fā)態(tài)分子的電子發(fā)生自旋反轉(zhuǎn)而使分子的多重性發(fā)生變化的非輻射躍遷的過程。1PS*也可以系間竄越成相對穩(wěn)定的激發(fā)三重態(tài)（3PS*），3PS*通過磷光釋放多余的能量可以再次回到基態(tài)。在3PS*狀態(tài)下會發(fā)生兩類反應(yīng)：I型反應(yīng)機制為3PS*與周圍的有機物和基態(tài)氧反應(yīng)，從它們中獲得電子，生成活性氧（reactive oxygen species，ROS），如過氧化氫（hydrogen peroxide，H2O2）、超氧陰離子（O2-?）、羥自由基（?OH）和單線態(tài)氧（1O2）等[6]。II型反應(yīng)機制為3PS*將能量傳遞給三線態(tài)氧分子（3O2）反應(yīng)生成單線態(tài)氧（1O2）。PDI過程是I型機制和II型機制的組合。在實際過程中，這兩類機制常常同時存在。I型機制和II型機制反應(yīng)產(chǎn)生的ROS以及自由基的混合物會引起生物分子氧化和細胞損傷，在抑制微生物的生長過程中發(fā)揮重要作用[7-9]。Hamblin等[10]另外發(fā)現(xiàn)了采用補骨脂素和四環(huán)素作為PS以及添加無機鹽能夠增強滅活效果，基于此提出了一種非氧光滅活的III型光化學(xué)途徑，可以有效應(yīng)用到病毒和真菌滅活領(lǐng)域。

圖1 PDI技術(shù)的基本原理示意圖Fig.1 Basic principle of PDI technology

1.2 光敏劑

PS是指一種能夠吸收光子而被激發(fā)的物質(zhì)，它可以將吸收的光能傳遞給另一組分的分子，使其被激發(fā)，而它本身回到基態(tài)，它在PDI技術(shù)中扮演著最為重要的角色[11]。許多細菌和真菌天然含有內(nèi)源PS，如卟啉和細胞色素等，但殺菌效果并不十分顯著[12]。加入外源PS可以縮短PDI的照射時間或擴大有效波長的選擇范圍，從而提高PDI的效率和應(yīng)用。開發(fā)和選擇合適的PS已成為食品安全領(lǐng)域的研究熱點之一。PS分類方法較多，按照時間發(fā)展順序可以分為3 代：第一代為卟啉類化合物，第二代包括卟啉衍生物與金屬酞菁、稠環(huán)醌類等化合物，相較于第一代其光敏期更短，作用的光波波長更長、作用深度更深[13]。第三代PS是在傳統(tǒng)PS的基礎(chǔ)上結(jié)合了相關(guān)特異性因子，進一步提高了PS的靶向作用和特異性[14]。近年來憑借來源穩(wěn)定、毒副作用小、光效高等特點，天然PS已然成為食品保鮮領(lǐng)域應(yīng)用最具潛力的PS種類[15]。但由于其受到波長范圍、病源菌種類的限制，需要對天然PS進行一定的改造與修飾，包括納米化[16]、多肽修飾[17]和糖基與糖肽修飾[18]。

1.3 光源

光源是PDI的組成部分之一，在光敏化過程中起到激活PS的作用，其發(fā)光波長、照光方式以及劑量直接決定了PDI的效果[19]。不同光源類型的發(fā)射波長和功率等特性上存在著一定的差異，在實際應(yīng)用中需要考慮相關(guān)特性選擇合適的光源。PDI的光源分為相干光源和非相干光源兩類：相干光源一般是由激光器發(fā)射產(chǎn)生的，典型光源包括金屬蒸汽激光器、氦氖激光器、氬離子激光器、Nd：YAG激光器、半導(dǎo)體激光器，其具有滅活效果良好、操作簡便、耗能較低等優(yōu)點，在PDI中取得了一定的應(yīng)用。非相干光源主要包括白熾燈和發(fā)光二極管（light emitting diode，LED），其中LED是近年來快速發(fā)展的一種光源，已經(jīng)呈現(xiàn)出替代激光的明顯趨勢。它不僅在發(fā)光效率、輸出功率和穩(wěn)定性等性能方面有所提升，而且價格低廉耐用、可與其他技術(shù)結(jié)合共同提高滅活效果[19]。在此基礎(chǔ)上開發(fā)的無機LED、柔性LED與無線驅(qū)動LED已經(jīng)應(yīng)用到動物研究和醫(yī)療等領(lǐng)域。

2 食源性微生物及其特征

食品中的有害微生物主要來源于細菌、真菌和病毒。尤其是細菌或真菌，可以在生產(chǎn)、加工、運輸及儲存等不同的階段污染食品[20]。在增殖過程中，一些污染菌可產(chǎn)生毒力因子和毒素等有害物質(zhì)，進而會導(dǎo)致各種感染，誘發(fā)疾病[21]。細菌性污染是數(shù)量最多、涉及面最廣的一類食品污染，具有易發(fā)性和普遍性的特點，其中金黃色葡萄球菌在細菌污染中占到了大多數(shù)。金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）屬于革蘭氏陽性和共生細菌，它可以在人體的皮膚、鼻孔和胃腸道中定植，通過接觸或者呼吸道分泌物定植的方式污染食物，從而導(dǎo)致葡萄球菌性食物中毒，極少數(shù)情況下還會危及生命[22]。它的抗性很強，可以生長在溫度范圍為7.0～48.5 ℃（最適30～37 ℃）、pH值范圍為4.2～9.3（最適7.0～7.5）和氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達15%的環(huán)境中，因此葡萄球菌性食品污染已經(jīng)成為食品工業(yè)和醫(yī)療保健中一個無法忽視的問題。大腸桿菌（Escherichia coli）也是一種常見食源性疾病的病原體，它通過整合子、可傳播質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座子傳播抗生素耐藥性基因，這會對環(huán)境造成巨大的威脅，涉及到的污染對象包括農(nóng)田、人體、食品和野生動物。尤其是血清型O157:H7，因其極強的傳染性、致病性和病死率受到廣泛關(guān)注，大腸桿菌O157:H7目前尚無有效的治療方案。

產(chǎn)生霉菌毒素的真菌主要屬于青霉菌、曲霉、鐮刀菌和其他絲狀霉菌。與細菌不同，真菌的細胞壁含有幾丁質(zhì)、葡聚糖、脂蛋白和一個中等通透性屏障。在相同條件下，真菌的抗性更強，產(chǎn)生的真菌毒素在生物合成后可以在食品中長期存在。真菌毒素污染范圍廣，具有致畸、致癌和致突變性等特點，普遍存在于農(nóng)副產(chǎn)品和動物飼料中，全世界每年由于霉變污染真菌毒素引起的經(jīng)濟損失達到了數(shù)百億美元[23]。400多個不同真菌毒素已被鑒定，當(dāng)前主要研究的方向為黃曲霉毒素、赭曲霉毒素、展青霉素和各種鐮刀菌毒素。

由于難以進行細胞培養(yǎng)或培養(yǎng)后不呈現(xiàn)細胞病理效應(yīng)，食源性病毒一直沒有得到有效控制，對公共健康衛(wèi)生造成了嚴(yán)重的威脅。病毒由核酸（一般為DNA或RNA）組成，包裹在衣殼的蛋白質(zhì)外殼內(nèi)。它的體積微小，直徑在17～300 nm，通過糞口途徑或畜禽產(chǎn)品載體傳播，極少量就能導(dǎo)致機體發(fā)病。按照來源可以分為腸道食源性病毒和人畜共患的食源性病毒兩類[24]。與細菌不同，病毒不能在食物中復(fù)制，因此受污染的食物作為媒介感染的能力取決于病毒穩(wěn)定性和宿主敏感性。大多數(shù)流行病都與諾如病毒（norovirus）和甲型肝炎病毒（hepatitis A virus）有關(guān)，其次是戊型肝炎病毒（hepatitis E virus）、沙波病毒（sabo virus）、輪狀病毒（rotavirus），也可能會對人類構(gòu)成一定威脅。病毒的食源性疾病暴發(fā)通常與生食有關(guān)，如貝類、水果和蔬菜。病毒能夠在植物、動物和人體中引起多種疾病，其中幼兒、老年人和免疫功能低下者因食源性病毒而患病的概率最高[25]。

除食源性致病性細菌、真菌和病毒外，螺旋體（spirochete）、弓形蟲（Toxoplasma gondii）等致病病原體也會引起食源性疾病，危害人體健康。

食品中的常見污染物及其感染途徑和食品媒介等內(nèi)容見表1。

表1 食品中的常見污染物及其特點Table 1 Common contaminants in foods and their characteristics

3 光動力滅活在食品殺菌保鮮中的抑菌機理

PDI對于食源性微生物的主要抑菌機制包括破壞微生物結(jié)構(gòu)和功能、氧化細胞內(nèi)大分子物質(zhì)、抑制群體感應(yīng)、弱化毒力因子和破壞生物膜結(jié)構(gòu)（圖2）。

圖2 PDI的主要抗菌機理示意圖Fig.2 Mechanism of microbial inactivation by PDI

3.1 破壞微生物結(jié)構(gòu)和功能

在光敏化處理中，細胞壁外部成分和細胞內(nèi)細胞器都是PDI的潛在靶點，作為滅活這些微生物的作用位點。研究表明，PDI在PS的作用下會靶向?qū)ξ⑸锛毎Y(jié)構(gòu)造成損傷，如質(zhì)膜透化、細胞內(nèi)容物流出等，促使微生物代謝紊亂和死亡[41]。Hyun等[41]研究了460～470 nm LED照射對瓊脂培養(yǎng)基和包裝切片奶酪的表面致病菌和腐敗菌的抑菌效果，在4 ℃下460～470 nm LED照射4 d后通過透射電子顯微鏡觀察到單核細胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）（以下簡稱單增李斯特菌）細胞膜破裂和細胞質(zhì)成分流出的完整過程（圖3），發(fā)現(xiàn)單增李斯特菌的細胞損傷與RNA、蛋白質(zhì)和肽聚糖代謝有關(guān)。

圖3 透射電子顯微鏡下PDI處理單增李斯特菌結(jié)構(gòu)的變化過程示意圖[41]Fig.3 Transmission electron microscopic observation of the structural change of Listeria monocytogenes cells treated with PDI[41]

微生物的膜電位和呼吸等功能在光敏化過程中也會受到一定影響。Komagoe等[42]通過原位監(jiān)測呼吸速率和膜電位的變化，分析卟啉介導(dǎo)的細菌膜功能的PDI作用，發(fā)現(xiàn)在1 kW鎢放映燈和四(4-N,N,N-三甲基氨基苯基)卟啉（tetrakis(4-N,N,N-trimethylammoniumphenyl)porphyrin，TTMAPP）、四(4-N-甲基吡啶)卟啉（tetrakis(4-N-methylpyridinium)porphyrin，TMPyP）介導(dǎo)的PDI處理10 min對金黃色葡萄球菌的抑制率分別達到了（39±5）%和（17±6）%，同時膜電位分別下降了（93±2）%和（72±4）%。

3.2 氧化細胞內(nèi)大分子物質(zhì)

作為所有微生物及其衍生物的主要成分，蛋白質(zhì)、脂類和核酸等生物大分子在PDI過程中起到了生物靶標(biāo)的作用。在光敏化過程中，利用可見光或近紅外光激發(fā)PS產(chǎn)生單線態(tài)氧和其他ROS，這些ROS攜帶自由基或自由基離子，會作用于核酸、蛋白質(zhì)和不飽和脂肪酸等生物大分子，引發(fā)細胞凋亡和損傷[43]。Bachmann等[44]在研究亞甲基藍和115 W燈泡介導(dǎo)的PDI對HIV-1病毒的滅活作用時發(fā)現(xiàn)，PDI會對核心蛋白質(zhì)、RNA和包膜等細胞組分造成破壞，在1 μmol/L亞甲基藍和105 W/m2光照強度條件下，輻照時間超過32 min逆轉(zhuǎn)錄酶會完全失去活性。其他研究也證明一些毒力因子（脂多糖和蛋白酶）在光作用下效力會降低[45]。

3.3 抑制群體感應(yīng)

細胞產(chǎn)生信號分子并釋放到環(huán)境中，當(dāng)環(huán)境中信號分子的濃度達到某一閾值后，細胞開啟細胞密度依賴的特定基因的表達，這一機制稱作群體感應(yīng)。當(dāng)前對于群體感應(yīng)的研究主要集中在革蘭氏陰性菌上，細菌通過群體感應(yīng)作用產(chǎn)生和釋放類激素分子——自誘導(dǎo)物，并積聚在細菌細胞的外環(huán)境中，其中信號分子分為?；呓z氨酸內(nèi)酯類分子、寡肽類分子、AI-2信號分子和其他的信號分子4 類[46]。PDI對于微生物群體感應(yīng)的作用機制主要集中在相關(guān)表達基因和產(chǎn)生群體效應(yīng)的信號分子上，作用效果往往受到細菌種類、PS濃度、光照劑量的影響。譚楊[47]在研究PDI處理銅綠假單胞菌時比較了10 mmol/L氨基酮戊酸、紅光照射劑量108 J/cm2和20 mmol/L氨基酮戊酸、紅光照射劑量108 J/cm2條件下基因（IasI、IasR、rhlI、rhlR）的表達水平，發(fā)現(xiàn)這4 種基因的表達水平均隨著氨基酮戊酸濃度的增加而逐漸降低。Fila等[48]發(fā)現(xiàn)在單次光波長411 nm、120 W、9 600 s的LED介導(dǎo)的PDI條件下，大腸桿菌JM109 PSB536的rhl系統(tǒng)中N-丁?；呓z氨酸內(nèi)酯（N-butyryl-homoserine lactone，C4-HSL）信號分子活性下降了12.0%～63.7%，大腸桿菌JM109 PSB1142的las系統(tǒng)中N-3-氧代十二烷酰-L-同型絲氨酸內(nèi)酯（N-3-oxododecanoyl-L-isoserine lactone，3-oxo-C12-HSL）信號分子活性下降了45.1%～82.4%。

3.4 弱化毒力因子

PDI可以減輕或消除毒力因子對于細胞的傷害。它可以調(diào)節(jié)基因表達，減少毒力因子的產(chǎn)生、減弱毒力因子的活性或?qū)⑵渲苯訙缁頪49]。Bartolomeu等[50]研究在PS 5,10,15,20-四(1-甲基吡啶鎓-4-基)卟啉四碘化物的條件下，將從固體培養(yǎng)基中收集到的經(jīng)第一個周期光動力滅活的3 株金黃色葡萄球菌（ATCC 6538、2065 MA和SA 3 MRSA）存活菌落進行連續(xù)9 個周期的PDI處理，發(fā)現(xiàn)PDI能夠抑制毒力因子的表達，有效地滅活高毒株和低毒株金黃色葡萄球菌，且至少連續(xù)10 個周期治療后不產(chǎn)生光抗性。Tan Yang等[51]利用10 mmol/L的5-氨基乙酰丙酸（5-aminolevulinic acid，ALA）、630 nm紅光LED、輸出功率密度108 J/cm2、處理時間20 min條件下處理銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa），結(jié)果表明，其毒力因子綠青苷和彈性蛋白酶的抑制率分別達到了49.4%和45.7%，與對照組相比具有顯著性差異。毒力因子的抑制效果受到PS濃度和光照劑量的影響。Komerik等[52]使用PS甲苯胺藍O和632.8 nm、35 mW氦氖激光器介導(dǎo)的PDI對大腸桿菌脂多糖懸浮液和銅綠假單胞菌蛋白酶上清液進行紅光照射，發(fā)現(xiàn)PDI可顯著降低脂多糖和蛋白酶的生物學(xué)活性，且該抑制效果與光能劑量和甲苯胺藍O濃度呈劑量依賴性。Tubby等[53]研究PS亞甲藍與665 nm激光聯(lián)合滅活葡萄球菌毒力因子的能力，也發(fā)現(xiàn)亞甲藍對V8蛋白酶、α-溶血素和鞘磷脂酶活性的抑制作用呈劑量依賴性。

3.5 破壞生物膜結(jié)構(gòu)

生物膜是指由于細菌通常附著于物體表面，和胞外分泌物聚集形成的復(fù)雜的群落組織[54]。它在食品工業(yè)中普遍存在，如食品、設(shè)備表面（傳送帶、管道等）和包裝材料（玻璃、聚苯乙烯等）。作為微生物污染的媒介，它能夠保護病原菌與腐敗菌免受環(huán)境脅迫、作為致病基因水平基因轉(zhuǎn)移的熱點、將原本良性的菌株轉(zhuǎn)化為病原菌以及為抗微生物突變活動提供生態(tài)位[12]。近年來PDI在破壞污染物生物膜和抗菌中表現(xiàn)出了巨大的潛力，許多研究探討了PDI在食品保鮮中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢。Martinez等[55]使用不同顆粒濃度光活性金屬卟啉摻雜的共軛聚合物納米粒子和藍光輻照劑量介導(dǎo)的PDI方案，針對9 種致病性細菌菌株進行測試，發(fā)現(xiàn)PDI可以有效破壞和根除高度相關(guān)的致病性細菌物種的生物膜，殺死作為固著細胞的超級細菌。PDI對于生物膜的作用機制包括破壞生物膜生物分子[56]、調(diào)節(jié)生物膜的基因表達[57]、破壞與降解胞外聚合物[58]、產(chǎn)生ROS[59]等。PDI抗生物膜效率主要受到光工程變量、PS的結(jié)構(gòu)和劑量、生物膜類型（單/多種、厚度、結(jié)構(gòu)等）、接觸面（疏水性、電荷等）和食品環(huán)境因素的影響[12]。

4 光動力滅活在食品中的應(yīng)用

PDI在食品保鮮中具有延緩果實衰老、防止食品腐敗變質(zhì)、提高食品營養(yǎng)品質(zhì)、調(diào)節(jié)果實成熟時間等積極作用，其效果主要受到PS的理化性質(zhì)、光照特性、食品基質(zhì)、目標(biāo)微生物等因素的影響。憑借其低成本、易于控制、滅菌效果好等優(yōu)點，如今在糧食生產(chǎn)、園藝、農(nóng)作物種植、漁業(yè)和畜牧業(yè)等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。表2是一些常見食品的PDI處理條件。

表2 一些食品的PDI處理條件Table 2 PDI conditions for some foods

4.1 水果和蔬菜

水果和生蔬菜是人類公認(rèn)的疾病傳播的媒介之一，如今已經(jīng)成為了食源性疾病的第二大來源，其中包括大腸桿菌O157:H7、沙門氏菌（Salmonella）和單增李斯特菌。水果在室溫下貯藏期短，所以保持其新鮮度非常重要。水果對病原菌的易感性高，因此抑制其中的微生物是防止腐爛的關(guān)鍵因素。Lin Yilin等[65]使用50 μmol/L姜黃素和藍色LED介導(dǎo)的PDI照射鮮切哈密瓜60 min后，發(fā)現(xiàn)鮮切哈密瓜的需氧微生物總數(shù)減少了1.8（lg（CFU/g））。同樣地，Lin Yilin等[66]利用30 μmol/L姜黃素和LED光照射處理銀耳30 min后，發(fā)現(xiàn)銀耳中梭形桿菌數(shù)減少了1.99（lg（CFU/g））。PDI處理可以很好地保持果蔬的光澤度、硬度、水分和外觀，延緩食品的褐變速度。果蔬在后熟階段產(chǎn)生的酯類、醇類等芳香族化合物除了賦予其特定香味外還可以防止食品腐敗。光作為調(diào)節(jié)植物二級代謝產(chǎn)物（如色素和風(fēng)味）的主要環(huán)境因素，可以影響風(fēng)味化合物的產(chǎn)生[67]。Wu Qixian等[68]發(fā)現(xiàn)火龍果經(jīng)過100 lx紅光照射后，第7天的1-己醇、β-芳樟醇、2-辛烯醛等揮發(fā)性物質(zhì)會顯著增加，有效減緩了果實衰老。在植物成長的過程中，酶控制蛋白質(zhì)等大分子和維生素等小分子的合成與分解。其中多酚氧化酶是影響農(nóng)產(chǎn)品外觀的一種重要的酶，它的活性也與果蔬的顏色變化密切相關(guān)。光會通過產(chǎn)生二級代謝產(chǎn)物改變酶的活性，可用于抵抗外部的光氧化脅迫[69]。除此之外，果蔬的基因表達水平也會在此過程中受到影響，PDI可以達到加速成熟和延緩成熟的目的，進而調(diào)節(jié)果蔬的保質(zhì)期。

4.2 肉及肉制品

動物源食品中富含水分、蛋白質(zhì)和其他營養(yǎng)成分，容易受到多種來源的微生物污染。與果蔬相比，動物源食品保質(zhì)期更短。若處理不當(dāng)會加速蛋白質(zhì)的降解、脂質(zhì)和色素氧化，表面表現(xiàn)為食品的顏色、氣味和表面黏度異常。肉類食品中最常見的微生物是金黃色葡萄球菌、沙門氏菌和單增李斯特菌。Huang Jiaming等[70]研究了0.2 μmol/L姜黃素和0.54 J/cm2藍色LED介導(dǎo)的PDI對鮭魚的滅活效果，與避光對照組相比，PDI減緩了在25 ℃儲存期間鮭魚中單增李斯特菌的增殖速度，最大滅活數(shù)量達到了4（lg（CFU/g））（滅活率99.99%）。此外，PDI極大地延緩了pH值的升高和揮發(fā)性鹽基氮的產(chǎn)生，延緩了游離脂肪酸的積累，減緩了蛋白質(zhì)的降解和水分流失，從而保持了其質(zhì)地和感官特性。肉制品在烹調(diào)過程中可以滅菌，同時這也會影響其營養(yǎng)價值，因此選擇合適的烹調(diào)溫度和烹調(diào)時間十分重要。Kim等[71]評估了405 nm的LED在不同溫度光照條件下對熟雞肉中沙門氏菌的影響情況，發(fā)現(xiàn)4 ℃和3.8 kJ/cm2LED照射條件下雞肉中沙門氏菌的數(shù)量減少了0.8～0.9（lg（CFU/cm2）），而在10 ℃和20 ℃條件下不同大小菌株的沙門氏菌處理組的生長僅為受到抑制和減緩，這是由于4 ℃條件下LED照射導(dǎo)致沙門氏菌細胞無法修復(fù)DNA、RNA、蛋白質(zhì)和細胞壁代謝有關(guān)的細胞損傷。在實際生產(chǎn)中為防止肉制品在運輸貯藏等環(huán)節(jié)中受到污染，便于攜帶食用，在出廠前需要進行一定的包裝，在這種情況下可以應(yīng)用PDI進行有效滅菌。即使肉制品外覆蓋透明包裝材料也不會明顯降低殺菌效果，適用于已包裝食品中。

4.3 乳及乳制品

作為日常飲食之一，乳及乳制品為人類提供了豐富的蛋白、維生素、碳水化合物等營養(yǎng)成分。但是其極易腐敗，容易受到各種微生物的污染。其中最常見的污染物包括大腸桿菌O157:H7、金黃色葡萄球菌、熒光假單胞菌（Pseudomonas fluorescens）和單增李斯特菌等。牛奶暴露在光線中會促進脂肪氧化成醛和含硫氨基酸降解，這兩者都會導(dǎo)致其產(chǎn)生異味。巴氏殺菌并不能殺死全部微生物，同時熱處理還可能對牛奶的感官特性和營養(yǎng)價值產(chǎn)生不利影響，因此乳制品行業(yè)需要非熱殺菌技術(shù)處理來幫助保存食品和消除嗜冷菌。Brothersen等[72]發(fā)現(xiàn)牛奶經(jīng)VA、核黃素和4 000 lx LED輻照24 h后，揮發(fā)性化合物中的各種醛、醇、酮、酯的含量明顯下降，牛奶風(fēng)味得到了更好的保留。Saraiva等[73]將500 μg/mL姜黃素作為涂層應(yīng)用到Minas Frescal奶酪中進行PDI（λmax＝450 nm，總能量劑量為4.86 J/cm2），發(fā)現(xiàn)PDI不僅對熒光假單胞菌具有良好的殺菌作用，還可以保持奶酪的硬度和咀嚼性，減少蛋白質(zhì)的水解。PDI在乳及乳制品中已經(jīng)被證實可以在有效滅活微生物的同時不影響食品品質(zhì)、顏色外觀和損傷細胞。

4.4 堅果及谷物

堅果和谷物等低水分活度食品中的食源性病原體長期處于休眠狀態(tài)，在接觸有利環(huán)境時會被喚醒從而變得活躍。PDI處理低水分食品改善食品保鮮效果的研究較少，但結(jié)果普遍表現(xiàn)出了積極效果。黃曲霉是食品和飼料中主要產(chǎn)生黃曲霉毒素的真菌之一，Temba等[74]研究了50 μmol/L姜黃素、420 nm、60 J/cm2外顯子弧光燈介導(dǎo)的PDI對于受孢子污染的玉米粒的滅活效果，發(fā)現(xiàn)黃曲霉毒素B1的含量顯著降低，平均為82.4 μg/kg，而未經(jīng)處理的玉米粒在該條件下黃曲霉毒素B1含量高達305.9 μg/kg。并且在PDI處理中真菌分生孢子和菌絲的光滅活效率在溫度15～35 ℃或pH 1.5～9.0的范圍內(nèi)不受到影響。Glueck等[75]觀察到在姜黃素衍生物SACUR-3結(jié)合435 nm、33.8 J/cm2LED介導(dǎo)的PDI作用下，葫蘆巴種子和綠豆中的大腸桿菌O157:H7數(shù)量減少了2～4 個對數(shù)值。由于光在食品表面的不均勻分布，食品的幾何形狀會影響PDI的滅活效果。當(dāng)食品的形狀趨近于球體，表面積較大時，可以考慮采用全方位照明的方案。對于復(fù)雜的三維幾何結(jié)構(gòu)，可以通過樣品在單向光源的光場中的主動和直接旋轉(zhuǎn)、光源的旋轉(zhuǎn)或開發(fā)用于食品去污染的三維光源實現(xiàn)滅活。

4.5 飲料等液體食品

飲料等液體食品由于其高水分活度容易受到病原體的污染。為了延長保質(zhì)期，傳統(tǒng)方法采用添加化學(xué)防腐劑以減少微生物的繁殖與生長。近年來，隨著無添加劑食品的需求增加，消費者對食品安全關(guān)注度日益增加，PDI作為一種新興殺菌手段在液體食品應(yīng)用中得到了關(guān)注。Cho等[76]評估了赤蘚紅B和100 W、0.4 mW/cm2氙燈介導(dǎo)的PDI對于番茄汁中大腸桿菌O157:H7、鼠傷寒沙門氏菌和單增李斯特菌的滅活效果，發(fā)現(xiàn)處理15 min后3 種細菌細胞數(shù)量分別減少了6.77、2.74、6.43（lg（CFU/mL）），而沒有產(chǎn)生亞致死性損傷細胞。Ghate等[77]把不同血清型腸道沙門氏菌（Gaminara、Montevideo、Newport、Typhimurium和Saintpaul）接種到橙汁中，研究了波長460 nm藍色LED、不同輻照度、不同溫度介導(dǎo)的PDI效果，通過模型擬合生存曲線，證明了PDI在食品中的應(yīng)用潛力和降低食品風(fēng)險的可行性。此外，PDI能夠減輕非酶褐變，顯著降低果汁中的抗壞血酸含量。在進行PDI滅活時，應(yīng)考慮優(yōu)化液體食品的性質(zhì)（粒徑、濁度、顏色）、劑量、照射時間、溫度等因素。未來可以探索將PDI與其他非熱技術(shù)或溫和的熱處理相結(jié)合，以進一步提高滅活效果。

5 結(jié) 語

PDI技術(shù)作為一種新型的非熱殺菌技術(shù)，可以對食品進行有效的微生物滅活和保鮮，彌補了傳統(tǒng)殺菌技術(shù)可能對食品品質(zhì)影響較大的局限性，能夠有效控制食品中的微生物，可用于延長蔬菜、水果、肉類、堅果和飲料等食品的保質(zhì)期，保持食品的營養(yǎng)和感官特性。而且PDI技術(shù)操作簡單、成本低，不會使微生物產(chǎn)生抗藥性，容易在食品工業(yè)中投入應(yīng)用。近年來關(guān)于PDI對于微生物病原體和食品保鮮的研究普遍表現(xiàn)出了很好的效果，但大多數(shù)結(jié)果都是建立在實驗室規(guī)模的研究中，缺少將實驗結(jié)果轉(zhuǎn)化并應(yīng)用于食品工業(yè)生產(chǎn)。因此，在后續(xù)發(fā)展過程中可以開展PDI在工業(yè)過程的研究，為PDI在食品領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用提供依據(jù)?？傊?，PDI的出現(xiàn)為食品保鮮提供了更多選擇，能夠促進食品行業(yè)的發(fā)展。