《食品科學(xué)》：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)王田林教授等：光熱-光動力級聯(lián)技術(shù)在食品殺菌保鮮中的應(yīng)用研究進(jìn)展

食品安全已成為全球不能忽視的安全問題，許多食源性疾病暴發(fā)歸因于微生物感染。常見的食源性致病菌有金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、銅綠假單胞菌、沙門氏菌，全球每年由于食源性致病菌的污染造成大量的糧食和經(jīng)濟(jì)資源損失。

近年來，一種新興的非特異性抗菌方法——光動力滅活法引起人們的關(guān)注，它不易引起細(xì)菌耐藥，其利用光和光敏劑產(chǎn)生氧化活性物質(zhì)從而達(dá)到滅菌的目的。另一種新的滅菌法——光熱滅活法是一種利用光熱劑在近紅外激光照射下造成局部溫度升高，進(jìn)而破壞致病菌完整性，達(dá)到殺菌目的的方法。光熱滅活法產(chǎn)生的局部溫度升高可以增加細(xì)菌細(xì)胞膜的通透性，促進(jìn)細(xì)胞攝取光動力滅活產(chǎn)生的氧化活性物質(zhì)。因此光動力滅活與光熱聯(lián)合使用比單獨使用一種方法進(jìn)行食品滅菌保鮮可獲得更好的成效。

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院的李嘉琪、楊夢帆、王田林*等人分別闡述了光動力及光熱技術(shù)的殺菌機(jī)理，歸納了光動力與光熱技術(shù)級聯(lián)的優(yōu)勢，以及該級聯(lián)技術(shù)在食品滅菌保鮮中的應(yīng)用情況，以期為食品滅菌保鮮技術(shù)的應(yīng)用提供理論支撐。

01

光敏劑及光動力殺菌

光敏劑是指在光化學(xué)反應(yīng)中能夠吸收光子并將能量傳遞給特定分子，使其參與化學(xué)反應(yīng)的一類天然或者合成的化學(xué)物質(zhì)。例如，姜黃素就是天然的光敏劑之一，姜黃素是一種從姜黃等生姜植物根莖中提取的天然多酚類物質(zhì)，400～500 nm波長的光即可激發(fā)，在體外對大腸桿菌、單核細(xì)胞增生李斯特菌和金黃色葡萄球菌等病原菌有明顯的抑制作用。姜黃素具有多種生物活性，包括抗氧化、抗菌、抗炎和抗癌活性，在光照下顯示出高光敏活性，是一種低毒性的天然光敏劑。吲哚菁綠（ICG）可作為光敏劑，在近紅外照射下將分子氧轉(zhuǎn)化為單線態(tài)氧，具有優(yōu)異的光動力作用和生物安全性。碳點（CDs）是一類直徑小于10 nm的零維納米材料，具有發(fā)光波長可調(diào)、表面功能化易修飾、生物相容性好等優(yōu)點。

光動力滅菌是結(jié)合光敏劑、氧氣和可見光產(chǎn)生反應(yīng)性光產(chǎn)物，高活性光產(chǎn)物為自由基或活性氧，如單線態(tài)氧或過氧化氫，這些反應(yīng)性光產(chǎn)物的產(chǎn)生誘導(dǎo)DNA氧化、膜損傷、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)破壞或滲漏，最終導(dǎo)致細(xì)菌死亡。光動力反應(yīng)主要有兩種類型：第1種類型是在激光照射下，光敏劑處于基態(tài)（1PS0）可以吸收光子，變成受激發(fā)的單重態(tài)（1PS*）。然后，被激發(fā)的單重態(tài)光敏劑一部分可以通過熒光發(fā)射損失能量返回到基態(tài)，而其余部分可以通過系統(tǒng)間交叉成功轉(zhuǎn)換到長壽命的三重態(tài)光敏劑（3PS*），部分長壽命的三重態(tài)光敏劑通過磷光發(fā)射衰變至基態(tài)，而其余部分與周圍的有機(jī)物和基態(tài)氧反應(yīng)產(chǎn)生氧化活性物質(zhì)如過氧化氫、超氧陰離子、羥自由基和單線態(tài)氧，它們能夠使細(xì)菌靶細(xì)胞失活，在這個反應(yīng)過程中，光敏劑會被消耗掉，無法再生。第2種類型是生成的長壽命三重態(tài)光敏劑能與三重態(tài)氧分子（3O2）反應(yīng)生成單線態(tài)氧，單線態(tài)氧將底物還原。在此反應(yīng)階段，光敏劑不會被破壞或者消耗，分子會回到基態(tài)參與下一輪反應(yīng)（圖1）。光動力抗菌是一個多因素相互作用的動態(tài)過程，兩種反應(yīng)類型產(chǎn)生的氧化應(yīng)激物質(zhì)會與細(xì)菌細(xì)胞中多種成分相互作用，導(dǎo)致細(xì)菌凋亡。

02

光熱劑及光熱殺菌

光熱劑能夠吸收適當(dāng)波長的光，并將吸收的光能轉(zhuǎn)化為熱能。光熱效應(yīng)通常表現(xiàn)為材料通過吸收光而溫度升高，不同的材料具有不同的光-熱轉(zhuǎn)換能力。由光能到熱能轉(zhuǎn)換過程中主要涉及3 個機(jī)制：等離子體局部加熱、半導(dǎo)體中的非輻射弛豫和分子熱振動，其共同實現(xiàn)熱能的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致局部溫度升高從而滅活細(xì)菌（圖2）。

2.1 等離子體局部加熱

金屬納米結(jié)構(gòu)中發(fā)生的局部熱量升高的等離子體激元效應(yīng)涉及了局部LSPR效應(yīng)的激發(fā)、熱電子的增強(qiáng)吸收和弛豫以及向周圍介質(zhì)的熱傳遞。從吸收的光子到金屬納米結(jié)構(gòu)的導(dǎo)帶電子的能量轉(zhuǎn)移經(jīng)歷了4 個階段（圖3）。1）表面等離子體激元的共振激發(fā)：LSPR是指限制在高導(dǎo)電納米結(jié)構(gòu)內(nèi)部的導(dǎo)帶電子的集體振蕩，集體電子振蕩的量子稱為等離子體激元，這類似于從光波量子定義的光子以及從聲波量子處理的聲子。等離子體激元的激發(fā)不僅可以在結(jié)構(gòu)表面感應(yīng)到強(qiáng)電場增強(qiáng)，且可以在諧振頻率下產(chǎn)生極大的吸收和散射截面，這兩個重要的效應(yīng)使金屬納米結(jié)構(gòu)可以吸收和集中光能，表現(xiàn)出良好的光熱轉(zhuǎn)換能力。2）電子和電子碰撞的無熱過程：金屬納米材料表現(xiàn)出很好的導(dǎo)電性，具有一定數(shù)量的自由電子和可極化電子。在光照射下，等離子體納米結(jié)構(gòu)可通過電子躍遷吸收入射光子的能量。當(dāng)光子能量與LSPR波段匹配時會發(fā)生強(qiáng)共振相互作用，增強(qiáng)光吸收。金屬納米材料的自由導(dǎo)電電子從其固有的平衡態(tài)位移到結(jié)構(gòu)表面重新定位，并且與外部的電磁波發(fā)生同相振蕩。由此產(chǎn)生的LSPR光激發(fā)是一個全局的非平衡狀態(tài)，等離子體以極快的速度發(fā)生消相和衰變。為了恢復(fù)熱平衡狀態(tài)，吸收的電子能量可通過光子的輻射再發(fā)射或通過朗道阻尼產(chǎn)生電子空穴對的非輻射釋放，該過程電子和電子間發(fā)生碰撞不會損失吸收的光子能量。3）電子和聲子散射的快速晶格熱化：非輻射等離子體衰變產(chǎn)生的高能電子被稱為熱電荷載流子，其在100 fs～1 ps的時間范圍內(nèi)可快速與低能電子相互作用。通過電子和聲子散射的過程與金屬晶格耦合。這一弛豫步驟導(dǎo)致納米結(jié)構(gòu)的晶格熱化。4）聲子和聲子碰撞的緩慢熱耗散：金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部的熱能通過聲子和聲子的碰撞釋放到周圍環(huán)境中，隨著熱耗散和晶格冷卻，導(dǎo)帶中金屬納米結(jié)構(gòu)的電子最終返回到它們在光激發(fā)之前的基態(tài)。

2.2 半導(dǎo)體中的非輻射弛豫

半導(dǎo)體的帶間和帶內(nèi)電子躍遷也能發(fā)揮出很好的光熱效應(yīng)，當(dāng)具有足夠能量的光子激發(fā)半導(dǎo)體材料時，會產(chǎn)生能量與帶隙相當(dāng)?shù)碾娮涌昭▽ΑＪ芗ぐl(fā)的電子能量可以通過發(fā)射光子釋放，也可以通過肖克利-里德-霍爾和俄歇復(fù)合兩種類型的非輻射弛豫過程轉(zhuǎn)移到材料晶格，半導(dǎo)體中通過載流子復(fù)合釋放聲子會增加熱量的損失，因此導(dǎo)致晶格的局部溫度升高，半導(dǎo)體發(fā)熱。

2.3 分子的熱振動

碳基材料和一些有機(jī)聚合物表現(xiàn)出優(yōu)異的光吸收特性，且通過晶格振動可產(chǎn)生熱量。常見的碳鍵在低能輻射下，這些材料中松散的電子可以從π軌道激發(fā)到π*軌道。當(dāng)入射光子的能量足夠強(qiáng)時，材料內(nèi)的電子會發(fā)生躍遷，π電子會從基態(tài)激發(fā)到更高能態(tài)。受激發(fā)的電子通過振動電子耦合弛豫到基態(tài)后，多余的能量以熱的形式釋放出來，導(dǎo)致其局部溫度升高。

03

光熱-光動力級聯(lián)殺菌作用

長期使用單一抗菌方式會降低殺菌效果，僅僅依賴光動力滅菌，產(chǎn)生的氧化應(yīng)激物質(zhì)穿透力受限，因此不能徹底殺滅致病菌，而在單獨使用光熱殺菌的過程中，光的散射和吸收效應(yīng)不可避免地降低了光熱轉(zhuǎn)換效率，靶向性也較低，可能會造成健康組織的損傷，而光熱和光動力技術(shù)聯(lián)合使用會產(chǎn)生更好的殺菌效果，光熱導(dǎo)致的局部溫度升高會增加細(xì)菌細(xì)胞膜的通透性，高活性氧物質(zhì)引起細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)、DNA、脂肪和其他分子的光損傷，致使細(xì)菌死亡。在近紅外激光的照射下，光敏劑和光熱劑同時被激發(fā)，光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽患?xì)菌污染的部位溫度升高，細(xì)胞膜透過性增加，光敏劑被激發(fā)產(chǎn)生的反應(yīng)性光產(chǎn)物引起細(xì)胞氧化損傷，氧化應(yīng)激物質(zhì)打破了微生物內(nèi)部穩(wěn)態(tài)的平衡進(jìn)而和光熱產(chǎn)生的高溫協(xié)同殺滅微生物（圖4）。表1總結(jié)了單一技術(shù)和級聯(lián)技術(shù)的滅菌效果，光熱技術(shù)或光動力技術(shù)單獨使用大都達(dá)不到令人滿意的滅菌效果。而光熱-光動力級聯(lián)技術(shù)在適當(dāng)波長激發(fā)下可實現(xiàn)近乎完全的滅菌效果，這對其在食品殺菌保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

04

光熱-光動力級聯(lián)技術(shù)在食品滅菌保鮮中的應(yīng)用

4.1 對乳制品中的金黃色葡萄球菌的殺滅作用

金黃色葡萄球菌是一種侵入性病原體，會誘發(fā)皮膚和軟組織以及血液感染，甚至?xí)?dǎo)致敗血癥、感染型心內(nèi)膜炎。金黃色葡萄球菌也是一種凝固酶陽性的葡萄球菌，是奶牛患有乳腺炎的主要病因之一，能夠?qū)е屡Ｄ坍a(chǎn)量減少、質(zhì)量變差，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。高達(dá)50%～70%的金黃色葡萄球菌菌株能夠在適當(dāng)?shù)臈l件下產(chǎn)生細(xì)胞外熱穩(wěn)定的葡萄球菌腸毒素，人們誤食了被污染的牛奶及其乳制品會發(fā)生葡萄球菌腸中毒和一些過敏性疾病，因而需要研究高效、安全可靠的滅菌方法進(jìn)行應(yīng)對。Xie Lan等將具有光動力效應(yīng)的二氧化鈦（TiO2）納米點嵌入具有光熱能力的石墨烯MOF中得到金屬鈦有機(jī)骨架衍生的納米碳（C-Ti-MOF）（圖5A）。在極低的質(zhì)量濃度（0.16 mg/mL）條件下，使用300 W氙燈照射10 min之后，石墨烯骨架發(fā)揮光熱效應(yīng)局部溫度升高，與此同時TiO2納米點介導(dǎo)的光動力作用催化過氧化氫和氧氣分別生成超氧陰離子和單線態(tài)氧，對金黃色葡萄球菌的殺菌率接近100%。Li Huan等通過在二硫化鉬（MoS2）表面引入ICG和銀納米顆粒（AgNPs）構(gòu)建納米復(fù)合材料（MoS2/ICG/Ag）（圖5B）。通過平板計數(shù)法證明了MoS2/ICG/Ag對金黃色葡萄球菌達(dá)到了幾乎徹底滅活的效果，表明其具有優(yōu)異的廣譜抗菌活性。Zhang Baoqu等采用SiO2涂層包覆金納米棒（AuNRs），以二氫卟吩（Ce6）作為光敏劑通過碳-氨基與其化學(xué)偶聯(lián)得到介孔硅包覆AuNRs負(fù)載Ce6的復(fù)合納米材料（AuNRs@SiO2-NH2-Ce6）（圖5C），革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)中在肽聚糖層之外還有一層額外的膜，呈3 層保護(hù)結(jié)構(gòu)，抑制光敏劑的滲透，AuNRs在激光激發(fā)下產(chǎn)生的光熱效應(yīng)物理破壞了其細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，增加了其通透性，氧化應(yīng)激物質(zhì)更好的進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部發(fā)揮協(xié)同殺菌作用，濃度為100 nmol/L的AuNRs@SiO2-NH2-Ce6可以殺死91.68%的金黃色葡萄球菌。光熱和光動力的聯(lián)合使用取得了很好的殺菌效果，同時也具有較低的細(xì)胞毒性，可實現(xiàn)對乳制品的良好殺菌保鮮，同時也不會影響食品的品質(zhì)、外觀。

4.2 對豬肉中大腸桿菌的殺滅作用

大腸桿菌血清型O157:H7于1982年首次分離，大腸桿菌O157:H7可引起人類眾多疾病，從無癥狀攜帶細(xì)菌到出現(xiàn)出血性結(jié)腸炎甚至發(fā)生溶血性尿毒癥和可致死的血栓性血小板減少性紫癜等并發(fā)癥。大腸桿菌屬于腸桿菌科和埃希菌屬，易污染生豬肉，由于大腸桿菌外表面的疏水性，使其黏附在肉皮、肌肉或脂肪層上，人誤食被污染的豬肉后會引起嚴(yán)重的腹瀉甚至死亡。Shen Huiying等開發(fā)了一種光熱和光動力聯(lián)合作用的納米復(fù)合支架，采用原位生物合成和浸取兩種方法合成了一種新型陽離子細(xì)菌纖維素（BC）負(fù)載MoS2摻雜殼聚糖（CS）復(fù)合支架（BC-MoS2-CS）（圖6A），在100 W波長為780 nm的紅外燈下照射10 min，因材料表面所帶的正電荷可以很好地與帶負(fù)電的細(xì)菌細(xì)胞壁相互作用，導(dǎo)致對大腸桿菌的靶向吸附能力增強(qiáng)，通過對瓊脂平板進(jìn)行菌落計數(shù)，BC-MoS2-CS對大腸桿菌的抗菌率可達(dá)到99.9%。Chang Yi等通過在二維多孔類石墨相氮化碳（g-C3N4）上原位生長六氰合鐵酸鋅納米球（ZHF）合成納米復(fù)合材料（ZHF/g-C3N4）（圖6B），其在可見光和近紅外區(qū)域（400～900 nm）均具有很好的光吸收能力。ZHF/g-C3N4在808 nm和420 nm波長的雙光照射下，g-C3N4發(fā)揮光動力抗菌性能產(chǎn)生大量活性氧，ZHF在光照下使局部溫度快速升高，對大腸桿菌的抗菌率為99.98%，相較于沒有光照的條件下殺菌率顯著升高。Su Wei等設(shè)計了硅(IV)萘酞菁軸向4-磺酸基苯氧基取代物（SiNC），向其中加入聚氧乙烯蓖麻油（CEL）形成自組裝萘酞菁光敏劑（SiNC@CEL）（圖6C）。將大腸桿菌菌液均勻涂布在瓊脂平板上，37 ℃培養(yǎng)30 min，然后使用780 nm波長的激光照射30 min，進(jìn)行菌落計數(shù)，SiNC@CEL可以滅活所有的大腸桿菌，對大腸桿菌的最小抑制濃度（MIC）為0.2 nmol/L，證明其在近紅外光激發(fā)下光熱和光動力協(xié)同發(fā)揮出優(yōu)秀的抗菌效果。綜上，光熱-光動力級聯(lián)技術(shù)可有效殺滅被污染豬肉中的大腸桿菌，延長豬肉的保質(zhì)期并保持其良好色澤。

4.3 對飲用水中銅綠假單胞菌的殺滅作用

銅綠假單胞菌是一種普遍存在的機(jī)會致病菌，可感染免疫系統(tǒng)較弱的人群，易發(fā)生突變，導(dǎo)致其成為抗生素耐藥菌株。銅綠假單胞菌可導(dǎo)致肺炎、尿路感染、骨關(guān)節(jié)、燒傷和血液感染等一系列疾病。銅綠假單胞菌具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和代謝多樣性，在人體、土壤、水中普遍存在，人們飲用被污染的水后易引起急性腸道炎等疾病，對于免疫力低下的人群還可能造成生命危險。Fu Jintao等將ICG和葡萄糖氧化酶結(jié)合到由Fe3+和單寧酸（TA）組成的金屬多酚網(wǎng)絡(luò)（MPN）包覆的ZIF-8納米粒子組成的復(fù)合材料（ZIF-ICG@ZIF-GOx@MPN）（圖7A），在波長808 nm的近紅外激光下持續(xù)照射，通過平板計數(shù)法分析可知ZIF-ICG@ZIF-GOx@MPN對銅綠假單胞菌的殺菌率可接近100%。光熱導(dǎo)致的局部高溫使細(xì)胞膜損傷，導(dǎo)致部分蛋白質(zhì)和核酸泄漏，產(chǎn)生的活性氧以自由基的形式攻擊細(xì)胞膜中的不飽和脂肪酸，引起脂質(zhì)過氧化，改變膜和膜結(jié)合蛋白的功能并產(chǎn)生反應(yīng)性物質(zhì)，兩者協(xié)同作用達(dá)到更佳的殺菌效果。Feng Huimeng等使用水熱法在碳化鈦（Ti3C2 MXene）表面負(fù)載由硫化鉍（Bi2S3）和碘氧化鉍（BiOI）原位合成得到具有空心花狀異質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)合納米材料（BiOI@Bi2S3/MXene）（圖7B）。BiOI結(jié)構(gòu)與（001）晶面的高曝光放大了光的反射和散射，提供了更多的活性位點，提高了光利用率，在808 nm波長的輻照下，復(fù)合材料的光熱轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了57.8%，Bi2S3和BiOI之間的異質(zhì)結(jié)在界面處產(chǎn)生內(nèi)置電場，促進(jìn)了空穴和電子轉(zhuǎn)移，提高了其光動力抗菌性能。在光熱和光動力作用的聯(lián)合作用下，對銅綠假單胞菌的抑菌效率可達(dá)99.7%。Garg等使用中-四(4-羧基苯基)卟吩（TCPP）設(shè)計了熒光SiO2包覆的金納米顆粒（Au@SiO2-TCPP），并將其與半乳糖單腳架（GM）和半乳糖三腳架（GT）偶聯(lián)得到的納米復(fù)合材料（Au@SiO2-TCPP-GT）（圖7C）。在630 nm波長的激光照射10 min后，使用光熱攝像機(jī)檢測其溫度可從28.1 ℃上升至53.2 ℃，表明其具有很好的光熱能力。同時使用2’,7’-二氯熒光素二乙酸酯（DCFH-DA）探針檢測Au@SiO2-TCPP-GT/GM生成的活性氧，證明其優(yōu)異的光動力作用。使用瓊脂平板將銅綠假單胞菌和Au@SiO2-TCPP-GT/GM共同孵育，在630 nm波長激光照射下，銅綠假單胞菌展現(xiàn)出極低的存活率，光熱和光動力協(xié)同發(fā)揮出高效的抗菌效果。該聯(lián)合技術(shù)可對飲用水中的銅綠假單胞菌實現(xiàn)高效滅活，從而保障人們的飲水安全。

4.4 對水果中的沙門氏菌殺滅作用

沙門氏菌是革蘭氏陰性食源性病原體之一，據(jù)估計，每年因誤食沙門氏菌污染的食品導(dǎo)致100萬 人出現(xiàn)食源性疾病，其中死亡人數(shù)為15.5萬。水果水分及糖分含量高，極易被沙門氏菌污染，被污染的食品經(jīng)人誤食后，會引起胃腸道不適，嚴(yán)重時可誘發(fā)菌血癥致死。Shao Lele等以沙門氏菌為模型細(xì)菌研究了AuNRs的抗菌活性（圖8A），以沙門氏菌為模型細(xì)菌，使用波長808 nm激光照射10 min，菌落數(shù)量明顯減少，說明在光照的激發(fā)下，AuNRs會具有極高的表面反應(yīng)性，發(fā)揮光動力效應(yīng)產(chǎn)生羥自由基并同時將光能轉(zhuǎn)化為熱能產(chǎn)生光熱效應(yīng)，在兩者聯(lián)合作用下通過破壞細(xì)胞膜、降低細(xì)胞膜電位和降解DNA導(dǎo)致細(xì)菌失活。Wang Jiayi等開發(fā)了一種具有光熱、光動力和多酚表面電荷的復(fù)合活性抗菌材料，以多孔多酚功能化金屬有機(jī)框架（ZIF-8-TA）作為框架載體（圖8B），以黑磷量子點（BPQDs）作為光敏源，所得到的ZIF-8-TA/BPQDs具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換效率（27.92%）、光動力性能和表面電荷，這些因素保證了其優(yōu)異的廣譜抗菌性能，并成功應(yīng)用于葡萄的滅菌保鮮。Wang Xiao等以CS為基質(zhì)，原卟啉IX（PPIX）為光敏劑，PDA為光熱劑與戊二醛進(jìn)行交聯(lián)制備了復(fù)合水凝膠（CS-PDA-PPIX）（圖8C）。使用808 nm波長激光照射10 min，CS-PPIX-PDA水凝膠不僅能將氧氣轉(zhuǎn)化為單線態(tài)氧，還能在10 min內(nèi)誘導(dǎo)溫度從25 ℃上升到60 ℃，發(fā)揮光熱氧化殺菌功能，99.99%的沙門氏菌被滅活。光熱-光動力級聯(lián)技術(shù)在對水果進(jìn)行殺菌保鮮的同時也延緩了水果的水分流失，維持了其原有的風(fēng)味和色澤，很好地延長了水果的貨架期。

綜上所述，光熱光動力級聯(lián)技術(shù)相較于傳統(tǒng)殺菌方法可降低細(xì)菌耐藥性并表現(xiàn)出極佳的殺菌能力和生物安全性，在食品殺菌保鮮領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力。

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結(jié) 語

本文介紹了光熱-光動力級聯(lián)技術(shù)的抗菌應(yīng)用，光熱-光動力級聯(lián)技術(shù)相較于傳統(tǒng)殺菌技術(shù)，具有殺菌作用部位精準(zhǔn)可控、可實現(xiàn)高效廣譜殺菌、生物安全性高等優(yōu)點。然而，此級聯(lián)技術(shù)的應(yīng)用仍處于不斷深入研究探索的階段，其大規(guī)模應(yīng)用于食品殺菌保鮮中仍面臨著一些挑戰(zhàn)：1）開發(fā)探索可同時高效殺滅多種耐藥細(xì)菌的復(fù)合材料，是光熱-光動力級聯(lián)技術(shù)未來研究及應(yīng)用的一個重要方向。2）光敏劑自身存在的缺點影響聯(lián)合使用的滅菌效果，部分光敏劑如吲哚氰綠在水溶液中不穩(wěn)定分解加速，會顯著降低其光動力作用，降低殺菌效率。可選用具有框架結(jié)構(gòu)的光熱材料如MOFs對其進(jìn)行包埋，增強(qiáng)光敏劑穩(wěn)定性的同時，可以與其發(fā)揮級聯(lián)抗菌效果。3）光熱納米材料對細(xì)菌靶向性差，限制了其抗菌能力。可在光熱劑上偶聯(lián)不同的靶向分子如萬古霉素等，以提高其選擇性，實現(xiàn)高效抗菌。4）光熱-光動力級聯(lián)技術(shù)所需材料及設(shè)備成本較高，研究開發(fā)所需成本更低、更便攜的激光器，探索價格低廉、易于合成、殺菌效果較好的復(fù)合材料很有必要。綜上所述，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步、完善和成熟，未來一定會在食品殺菌保鮮領(lǐng)域中得到更廣泛的應(yīng)用。

通信作者：

王田林，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)校聘教授，博士研究生學(xué)歷，碩士生導(dǎo)師，研究方向為食品中風(fēng)險因子的快速檢測與高效去除；河南省肉類協(xié)會預(yù)制菜食品創(chuàng)新研究院副秘書長；河南省健康產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究會食品安全專業(yè)委員會委員；信陽市食品安全協(xié)會特邀專家。研究方向為食品安全快速檢測，現(xiàn)主持國家及省部級以上科研項目4 項，發(fā)表論文20余篇，授權(quán)專利4 項。

本文《光熱-光動力級聯(lián)技術(shù)在食品殺菌保鮮中的應(yīng)用研究進(jìn)展》來源于《食品科學(xué)》2025年46卷第12期306-315頁，作者：李嘉琪，楊夢帆，李天歌，馬燕，黃現(xiàn)青，宋蓮軍，趙建生，王田林。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241001-001。點擊下方閱讀原文即可查看文章相關(guān)信息。

實習(xí)編輯：李雄；責(zé)任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網(wǎng)