pH响应型壳聚糖/羧甲基壳聚糖载金丝桃素微球的光动力抗菌机制及在食品保鲜中的应用

【编辑推荐】针对食源性致病菌污染问题，西安研究人员开发了基于壳聚糖(CS)/羧甲基壳聚糖(CMC)的pH响应型纳米颗粒(CS/CMC@HY)，通过负载光敏剂金丝桃素(HY)实现协同抗菌。该材料在酸性环境下释放率达85.3%，对金黄色葡萄球菌(S. aureus)和大肠杆菌(E. coli)的最小抑菌浓度分别为100 mg/mL，并在葡萄保鲜中使失重率降至6.04%-9.03%，为食品抗菌保鲜提供了新策略。

　　

微生物污染导致的生物腐败占全球粮食损失的三分之一，其中金黄色葡萄球菌(S. aureus)和大肠杆菌(E. coli)是最常见的食源性致病菌。传统化学灭菌易引发细菌耐药性，而热灭菌会导致食品风味损失。光动力疗法(PDT)因其高效、低成本和无耐药性优势成为研究热点，但天然光敏剂金丝桃素(HY)存在水溶性差、易聚集等问题。

西安的研究团队创新性地将HY负载于壳聚糖(CS)/羧甲基壳聚糖(CMC)载体，通过静电自组装法制备pH响应型纳米颗粒CS/CMC@HY。该材料在《Food Bioscience》发表的研究显示，其独特的氨基/羧基结构可靶向细菌生物膜，在酸性环境中通过酰胺键断裂和CMC质子化实现HY可控释放(85.3%)。结合HY在400-590 nm光照下产生活性氧(ROS)的特性，对S. aureus和E. coli展现出浓度/光照时间依赖的协同杀菌效果。

关键技术

1. 静电自组装法制备CS/CMC微球（质量比优化为1:1.4）
2. 透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)表征纳米结构
3. DPBF法检测ROS生成效率
4. 葡萄保鲜实验（样本来自大润发超市）

研究结果

1. 材料表征：SEM显示CS/CMC@HY呈规则球形，粒径约200 nm，包封率(EE)达73.4%，载药量(LC)24.5%。
2. pH响应释放：在pH 5.0条件下HY释放率较中性环境提升2.1倍，归因于质子化作用增强。
3. 光动力性能：光照20 min后ROS产量达峰值，DPBF降解率91.7%。
4. 抗菌效果：对S. aureus的MIC为100 mg/mL，光照组杀菌率比单纯材料组提高47.2%。
5. 保鲜应用：处理组葡萄10天失重率(6.04%)显著低于对照组(21.8%)，菌落总数降低2.3 log CFU/g。

结论与意义
该研究通过CS/CMC的氨基靶向性与HY的光动力效应协同，解决了传统PDT在食品应用中的递送难题。Tianli Yue团队证实CS/CMC@HY的pH响应特性可精准释放HY，其ROS产量与光照时间呈正相关（R²
=0.982）。实际保鲜中，材料通过抑制微生物代谢和减少水分流失双重机制延长货架期。这种"多糖载体+光敏剂"策略为开发非热力杀菌技术提供了新范式，尤其适用于酸性果蔬保鲜领域。

值得注意的是，研究首次将临床抗抑郁药HY转化为食品级抗菌剂，其生物相容性优于银纳米粒子等传统材料。未来可通过调控CS/CMC的羧甲基化度(≥80%)进一步优化缓释性能，推动PDT技术在冷链物流中的应用。