杀菌技术的突破：光动力灭菌技术

食品安全关乎人民的身体健康，是食品加工行业的重要基础，只有保证了食品安全，才能确保产品是可食用的。食品安全指食品无毒、无害，符合应当有的营养要求，对人体健康不造成任何急性、亚急性或者慢性危害。食品安全也是一门专门探讨在食品加工、存储、销售等过程中确保食品卫生及食用安全，降低疾病隐患，防范食物中毒的一个跨学科领域。

食品杀菌技术作为保障食品安全的重要一环，其贯穿于整个食品加工的产业链条。原材料的保鲜、加工过程的质量控制、终端产品的保质期等都离不开食品杀菌技术的支撑。换言之，如果没有了食品杀菌技术，就没有成熟的食品工业体系。

食品杀菌就是以食品原料、加工品为对象，通过对引起食品变质的主要因素---微生物的杀菌及除菌，达到食品品质的稳定化，有效延长食品的保质期，并因此降低食品中有害细菌在存活数量，避免活菌的摄入引起人体（通常是肠道）感染或预先在食品中产生的细菌毒素导致人类中毒。

杀菌技术不断推陈出新

常见的杀菌技术有加热杀菌、超高压杀菌、超高温瞬间杀菌、巴氏杀菌、微波杀菌、紫外线杀菌、臭氧杀菌、化学杀菌等多种方式。当然，食品杀菌是个复杂的工程，并不是杀灭微生物就可以，而是在保证灭菌的前提下，还能保证产品的适口性和营养性。因此，食品的杀菌需要根据物料的种类、形态采取合适的杀菌技术，才能保证食品的品质。比如，牛奶就需要用巴氏杀菌法才能保证安全和营养的兼具。

随着食品行业的不断发展，对杀菌技术提出了更高的要求，越来越多的新型杀菌技术逐渐得到推广和应用，比如等离子体杀菌、光动力杀菌等。光动力技术是利用光敏剂、氧气和可见光之间的相互作用，产生活性氧物质，活性氧能与多种生物大分子相互作用，损伤细胞结构或影响细胞功能，以灭活食品中有害微生物。在有氧条件下，光敏剂暴露于可见光后，可在微生物细胞内累积大量的活性氧物质，活性氧物质通过破坏其生物靶分子的结构，引起有害微生物细胞的损伤，甚至死亡，从而达到抗菌目的。

光动力灭菌的机制

光动力灭菌运行的基本条件有三种，光敏剂、光源和氧，其中光敏剂是光动力杀菌技术的核心。光敏剂是指一种能够吸收光子而被激发的物质，它可以将吸收的光能传递给另一组分的分子，使其被激发，而它本身回到基态。光敏剂应具有以下特点：（1）低暗毒 性，对环境友好；（2）在样品体系中溶解度高；（3）能被特定波长的光源激发，在激发光谱区有较高的光吸收系数；（4）具有足够长的三重态寿命以确保与周围物质充分反应；（5）能够产生高浓度ROS，对目标微生物破环性强，对机体无毒副作用；（6）稳定性强，易于保存。

目前光敏剂已经经过三代的迭代，第一代为卟啉类化合物，第二代包括卟啉衍生物与金属酞菁、稠环醌类等化合物，相较于第一代其光敏期更短，作用的光波波长更长、作用深度更深。第三代PS是在传统PS的基础上结合了相关特异性因子。

光动力灭菌主要抑菌机制包括两个方面，一是破坏微生物结构和功能以及保护细菌的生物膜。光敏化作用会对微生物细胞结构造成损伤，如质膜透化、细胞内容物流出等，促使微生物代谢紊乱和死亡。另外，还会破坏微生物生物膜生物分子、调节生物膜的基因表达、破坏与降解胞外聚合物等，降低微生物的防御力；二是氧化细胞内大分子物质。过程产生的活性氧会通过持续的氧化损伤来破坏菌体中核酸、蛋白质及脂质等生物大分子，最终导致细胞死亡。

此外，光动力灭菌过程还会通过抑制群体感应、弱化毒力因子等方式促进灭菌过程的进行。

光动力技术的发展

其实许多细菌和真菌天然含有内源光敏剂，如卟啉、核黄素和细胞色素等，也就是内源性光敏剂。大多数时候，食品的物料是积压重叠状态的，通过穿透性的光源激发内源性光敏剂的作用，能够深层次的杀灭微生物，提高食品灭菌的效果。比如470～490 nm波长的光源就可激发内源性核黄素的杀菌作用。外源性光敏剂研究较多的是姜黄素，姜黄素的光吸收峰在400~500 nm，可以被波长<500 nm的蓝光激发，进而对食品中的微生物产生杀灭效果。

从灭菌效果来看，如何提高光敏剂的分散效率是提升灭菌效果的关键，毕竟大多数食品并不满足于表面的灭菌。针对姜黄素在水中的溶解度较低的问题，有学者通过将姜黄素进行阝-环糊精包埋处理，显著提升了姜黄素的水溶性和利用率，并且证实了姜黄素-β-环糊精复合物在蓝光照射下也能产生活性氧，对金黄色葡萄球菌，单增李斯特菌，大肠杆菌有更强的杀菌效果。

目前，食品杀菌用的光敏剂选择非常有限，既要保证效果，还要保证合规性。比如之所以大量研究都选用姜黄素，就是因为其可以在食品中有条件的合法添加。由此看来，光敏剂是决定未来光动力杀菌技术能够走多远的关键所在。

作者简介：

慕慕，食品科学硕士研究生，长期致力于食品工艺与配方的设计与研究，现主要从事肉制品的研发。