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殺菌技術(shù)的突破：光動(dòng)力滅菌技術(shù)

2024-10-17 11:29:25 來(lái)源：食品加工包裝在線閱讀量：10106

　　食品安全關(guān)乎人民的身體健康，是食品加工行業(yè)的重要基礎(chǔ)，只有保證了食品安全，才能確保產(chǎn)品是可食用的。食品安全指食品無(wú)毒、無(wú)害，符合應(yīng)當(dāng)有的營(yíng)養(yǎng)要求，對(duì)人體健康不造成任何急性、亞急性或者慢性危害。食品安全也是一門(mén)專(zhuān)門(mén)探討在食品加工、存儲(chǔ)、銷(xiāo)售等過(guò)程中確保食品衛(wèi)生及食用安全，降低疾病隱患，防范食物中毒的一個(gè)跨學(xué)科領(lǐng)域。

　　食品殺菌技術(shù)作為保障食品安全的重要一環(huán)，其貫穿于整個(gè)食品加工的產(chǎn)業(yè)鏈條。原材料的保鮮、加工過(guò)程的質(zhì)量控制、終端產(chǎn)品的保質(zhì)期等都離不開(kāi)食品殺菌技術(shù)的支撐。換言之，如果沒(méi)有了食品殺菌技術(shù)，就沒(méi)有成熟的食品工業(yè)體系。

　　食品殺菌就是以食品原料、加工品為對(duì)象，通過(guò)對(duì)引起食品變質(zhì)的主要因素---微生物的殺菌及除菌，達(dá)到食品品質(zhì)的穩(wěn)定化，有效延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期，并因此降低食品中有害細(xì)菌在存活數(shù)量，避免活菌的攝入引起人體(通常是腸道)感染或預(yù)先在食品中產(chǎn)生的細(xì)菌毒素導(dǎo)致人類(lèi)中毒。

　　殺菌技術(shù)不斷推陳出新

　　常見(jiàn)的殺菌技術(shù)有加熱殺菌、超高壓殺菌、超高溫瞬間殺菌、巴氏殺菌、微波殺菌、紫外線殺菌、臭氧殺菌、化學(xué)殺菌等多種方式。當(dāng)然，食品殺菌是個(gè)復(fù)雜的工程，并不是殺滅微生物就可以，而是在保證滅菌的前提下，還能保證產(chǎn)品的適口性和營(yíng)養(yǎng)性。因此，食品的殺菌需要根據(jù)物料的種類(lèi)、形態(tài)采取合適的殺菌技術(shù)，才能保證食品的品質(zhì)。比如，牛奶就需要用巴氏殺菌法才能保證安全和營(yíng)養(yǎng)的兼具。

　　隨著食品行業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)殺菌技術(shù)提出了更高的要求，越來(lái)越多的新型殺菌技術(shù)逐漸得到推廣和應(yīng)用，比如等離子體殺菌、光動(dòng)力殺菌等。光動(dòng)力技術(shù)是利用光敏劑、氧氣和可見(jiàn)光之間的相互作用，產(chǎn)生活性氧物質(zhì)，活性氧能與多種生物大分子相互作用，損傷細(xì)胞結(jié)構(gòu)或影響細(xì)胞功能，以滅活食品中有害微生物。在有氧條件下，光敏劑暴露于可見(jiàn)光后，可在微生物細(xì)胞內(nèi)累積大量的活性氧物質(zhì)，活性氧物質(zhì)通過(guò)破壞其生物靶分子的結(jié)構(gòu)，引起有害微生物細(xì)胞的損傷，甚至死亡，從而達(dá)到抗菌目的。

　　光動(dòng)力滅菌的機(jī)制

　　光動(dòng)力滅菌運(yùn)行的基本條件有三種，光敏劑、光源和氧，其中光敏劑是光動(dòng)力殺菌技術(shù)的核心。光敏劑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)。光敏劑應(yīng)具有以下特點(diǎn)：(1)低暗毒性，對(duì)環(huán)境友好；(2)在樣品體系中溶解度高；(3)能被特定波長(zhǎng)的光源激發(fā)，在激發(fā)光譜區(qū)有較高的光吸收系數(shù)；(4)具有足夠長(zhǎng)的三重態(tài)壽命以確保與周?chē)镔|(zhì)充分反應(yīng)；(5)能夠產(chǎn)生高濃度ROS，對(duì)目標(biāo)微生物破環(huán)性強(qiáng)，對(duì)機(jī)體無(wú)毒副作用；(6)穩(wěn)定性強(qiáng)，易于保存。

　　目前光敏劑已經(jīng)經(jīng)過(guò)三代的迭代，第一代為卟啉類(lèi)化合物，第二代包括卟啉衍生物與金屬酞菁、稠環(huán)醌類(lèi)等化合物，相較于第一代其光敏期更短，作用的光波波長(zhǎng)更長(zhǎng)、作用深度更深。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。光動(dòng)力滅菌主要抑菌機(jī)制包括兩個(gè)方面，一是破壞微生物結(jié)構(gòu)和功能以及保護(hù)細(xì)菌的生物膜。光敏化作用會(huì)對(duì)微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)造成損傷，如質(zhì)膜透化、細(xì)胞內(nèi)容物流出等，促使微生物代謝紊亂和死亡。另外，還會(huì)破壞微生物生物膜生物分子、調(diào)節(jié)生物膜的基因表達(dá)、破壞與降解胞外聚合物等，降低微生物的防御力；二是氧化細(xì)胞內(nèi)大分子物質(zhì)。過(guò)程產(chǎn)生的活性氧會(huì)通過(guò)持續(xù)的氧化損傷來(lái)破壞菌體中核酸、蛋白質(zhì)及脂質(zhì)等生物大分子，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

　　此外，光動(dòng)力滅菌過(guò)程還會(huì)通過(guò)抑制群體感應(yīng)、弱化毒力因子等方式促進(jìn)滅菌過(guò)程的進(jìn)行。

　　光動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展

　　其實(shí)許多細(xì)菌和真菌天然含有內(nèi)源光敏劑，如卟啉、核黃素和細(xì)胞色素等，也就是內(nèi)源性光敏劑。大多數(shù)時(shí)候，食品的物料是積壓重疊狀態(tài)的，通過(guò)穿透性的光源激發(fā)內(nèi)源性光敏劑的作用，能夠深層次的殺滅微生物，提高食品滅菌的效果。比如470～490 nm波長(zhǎng)的光源就可激發(fā)內(nèi)源性核黃素的殺菌作用。外源性光敏劑研究較多的是姜黃素，姜黃素的光吸收峰在400~500 nm，可以被波長(zhǎng)<500 nm的藍(lán)光激發(fā)，進(jìn)而對(duì)食品中的微生物產(chǎn)生殺滅效果。

　　從滅菌效果來(lái)看，如何提高光敏劑的分散效率是提升滅菌效果的關(guān)鍵，畢竟大多數(shù)食品并不滿足于表面的滅菌。針對(duì)姜黃素在水中的溶解度較低的問(wèn)題，有學(xué)者通過(guò)將姜黃素進(jìn)行阝-環(huán)糊精包埋處理，顯著提升了姜黃素的水溶性和利用率，并且證實(shí)了姜黃素-β-環(huán)糊精復(fù)合物在藍(lán)光照射下也能產(chǎn)生活性氧，對(duì)金黃色葡萄球菌，單增李斯特菌，大腸桿菌有更強(qiáng)的殺菌效果。

　　目前，食品殺菌用的光敏劑選擇非常有限，既要保證效果，還要保證合規(guī)性。比如之所以大量研究都選用姜黃素，就是因?yàn)槠淇梢栽谑称分杏袟l件的合法添加。由此看來(lái)，光敏劑是決定未來(lái)光動(dòng)力殺菌技術(shù)能夠走多遠(yuǎn)的關(guān)鍵所在。

　　作者簡(jiǎn)介：慕慕，食品科學(xué)碩士研究生，長(zhǎng)期致力于食品工藝與配方的設(shè)計(jì)與研究，現(xiàn)主要從事肉制品的研發(fā)。

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