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殺菌技術的突破：光動力滅菌技術

2024-10-17 11:29:25 來源：食品加工包裝在線 閱讀量：10498

　　食品安全關乎人民的身體健康，是食品加工行業的重要基礎，只有保證了食品安全，才能確保產品是可食用的。食品安全指食品無毒、無害，符合應當有的營養要求，對人體健康不造成任何急性、亞急性或者慢性危害。食品安全也是一門專門探討在食品加工、存儲、銷售等過程中確保食品衛生及食用安全，降低疾病隱患，防范食物中毒的一個跨學科領域。
 
　　食品殺菌技術作為保障食品安全的重要一環，其貫穿于整個食品加工的產業鏈條。原材料的保鮮、加工過程的質量控制、終端產品的保質期等都離不開食品殺菌技術的支撐。換言之，如果沒有了食品殺菌技術，就沒有成熟的食品工業體系。
 
　　食品殺菌就是以食品原料、加工品為對象，通過對引起食品變質的主要因素---微生物的殺菌及除菌，達到食品品質的穩定化，有效延長食品的保質期，并因此降低食品中有害細菌在存活數量，避免活菌的攝入引起人體(通常是腸道)感染或預先在食品中產生的細菌毒素導致人類中毒。
 
　　殺菌技術不斷推陳出新
 
　　常見的殺菌技術有加熱殺菌、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、化學殺菌等多種方式。當然，食品殺菌是個復雜的工程，并不是殺滅微生物就可以，而是在保證滅菌的前提下，還能保證產品的適口性和營養性。因此，食品的殺菌需要根據物料的種類、形態采取合適的殺菌技術，才能保證食品的品質。比如，牛奶就需要用巴氏殺菌法才能保證安全和營養的兼具。
 
　　隨著食品行業的不斷發展，對殺菌技術提出了更高的要求，越來越多的新型殺菌技術逐漸得到推廣和應用，比如等離子體殺菌、光動力殺菌等。光動力技術是利用光敏劑、氧氣和可見光之間的相互作用，產生活性氧物質，活性氧能與多種生物大分子相互作用，損傷細胞結構或影響細胞功能，以滅活食品中有害微生物。在有氧條件下，光敏劑暴露于可見光后，可在微生物細胞內累積大量的活性氧物質，活性氧物質通過破壞其生物靶分子的結構，引起有害微生物細胞的損傷，甚至死亡，從而達到抗菌目的。
 
　　光動力滅菌的機制
 
　　光動力滅菌運行的基本條件有三種，光敏劑、光源和氧，其中光敏劑是光動力殺菌技術的核心。光敏劑是指一種能夠吸收光子而被激發的物質，它可以將吸收的光能傳遞給另一組分的分子，使其被激發，而它本身回到基態。光敏劑應具有以下特點：(1)低暗毒性，對環境友好；(2)在樣品體系中溶解度高；(3)能被特定波長的光源激發，在激發光譜區有較高的光吸收系數；(4)具有足夠長的三重態壽命以確保與周圍物質充分反應；(5)能夠產生高濃度ROS，對目標微生物破環性強，對機體無毒副作用；(6)穩定性強，易于保存。
 
　　目前光敏劑已經經過三代的迭代，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。第三代PS是在傳統PS的基礎上結合了相關特異性因子。光動力滅菌主要抑菌機制包括兩個方面，一是破壞微生物結構和功能以及保護細菌的生物膜。光敏化作用會對微生物細胞結構造成損傷，如質膜透化、細胞內容物流出等，促使微生物代謝紊亂和死亡。另外，還會破壞微生物生物膜生物分子、調節生物膜的基因表達、破壞與降解胞外聚合物等，降低微生物的防御力；二是氧化細胞內大分子物質。過程產生的活性氧會通過持續的氧化損傷來破壞菌體中核酸、蛋白質及脂質等生物大分子，最終導致細胞死亡。
 
　　此外，光動力滅菌過程還會通過抑制群體感應、弱化毒力因子等方式促進滅菌過程的進行。
 
　　光動力技術的發展
 
　　其實許多細菌和真菌天然含有內源光敏劑，如卟啉、核黃素和細胞色素等，也就是內源性光敏劑。大多數時候，食品的物料是積壓重疊狀態的，通過穿透性的光源激發內源性光敏劑的作用，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波長的光源就可激發內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<500 nm的藍光激發，進而對食品中的微生物產生殺滅效果。
 
　　從滅菌效果來看，如何提高光敏劑的分散效率是提升滅菌效果的關鍵，畢竟大多數食品并不滿足于表面的滅菌。針對姜黃素在水中的溶解度較低的問題，有學者通過將姜黃素進行阝-環糊精包埋處理，顯著提升了姜黃素的水溶性和利用率，并且證實了姜黃素-β-環糊精復合物在藍光照射下也能產生活性氧，對金黃色葡萄球菌，單增李斯特菌，大腸桿菌有更強的殺菌效果。
 
　　目前，食品殺菌用的光敏劑選擇非常有限，既要保證效果，還要保證合規性。比如之所以大量研究都選用姜黃素，就是因為其可以在食品中有條件的合法添加。由此看來，光敏劑是決定未來光動力殺菌技術能夠走多遠的關鍵所在。
 
　　作者簡介：慕慕，食品科學碩士研究生，長期致力于食品工藝與配方的設計與研究，現主要從事肉制品的研發。
 
　　來源：食品加工包裝在線
 
　　轉載要求：如需轉載，請聯系食品加工包裝在線小秘書，并務必注明文章來源和作者。
 

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