《Food Microbiology》：Nanozyme engineering of curcumin enables enzyme-like antibacterial photoinactivation for meat preservation
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摘要抗菌光动力灭活（aPDI）通过光敏剂介导的活性氧（ROS）产生，可在温和条件下实现微生物的快速灭活，是一种可持续发展的策略。然而，姜黄素等食品级光敏剂的实用化受到其水溶性差、光稳定性有限以及聚集导致猝灭（ACQ）等问题的制约。本文提出了一种基于Zn2+-姜黄素配位的金属有
摘要
抗菌光动力灭活（aPDI）通过光敏剂介导的活性氧（ROS）产生，可在温和条件下实现微生物的快速灭活，是一种可持续发展的策略。然而，姜黄素等食品级光敏剂的实用化受到其水溶性差、光稳定性有限以及聚集导致猝灭（ACQ）等问题的制约。本文提出了一种基于Zn2+-姜黄素配位的金属有机框架工程策略，构建了一种食品级抗菌光纳米酶，命名为Curzyme（我们提议将基于姜黄素的纳米酶作为一类材料称为Curzyme）。配位诱导的组装改善了姜黄素的水分散性和光稳定性，同时调控了其聚集行为。这些配位诱导的变化促进了产生ROS的光化学反应路径，表现为增强的光触发类氧化酶活性。Curzyme对食源性致病菌表现出有效的抗菌活性，并在猪肉保鲜模型中保持了食品质量。总体而言，本工作提出了一个实用且绿色的光纳米酶平台，为可持续抗菌系统和下一代食品保鲜剂提供了可能。
引言
微生物的生长和扩散对食品质量、安全和公共健康构成严重威胁，是新鲜食品储存和运输的主要制约因素（Du等，2023）。传统的热处理往往损害新鲜食品的感官和营养品质，而化学防腐剂则引发残留安全性方面的担忧，使得这些方法不适合用于新鲜食品保鲜（Huang等，2024）。虽然天然防腐剂和常温技术显示出潜力，但在稳定性、安全性和成本方面的局限性表明，新鲜食品需要更安全、更有效和更可持续的保鲜策略（Chen等，2024）。光动力处理（又称光敏化）已成为食品领域一种有前景的灭活方法，并引起了越来越多的研究兴趣（Li等，2024）。光动力灭活通过特定波长的光激活光敏剂，在常氧条件下产生具有高度氧化性的活性氧（ROS），从而高效、广谱地灭活食品表面的微生物（Gao等，2025）。该方法通常在常温或低温下运行，在保持食品品质的同时具有节能、环境友好和不易产生耐药性的优势（Li等，2022）。作为一种高效且安全的绿色灭活方法，光动力灭活代表了未来食品保鲜的重要新兴方向（Hyun等，2022）。
作为连接光能与化学反应的关键中间体，光敏剂主导着光动力灭活过程的起始和进行（Zhang等，2025）。在适当波长激发后，光敏剂经历从单重态到三重态的系间窜越，从而实现对氧气和附近生物分子的能量或电子转移，产生氧化损伤微生物关键组分的ROS（Hu等，2024）。光敏剂的光吸收能力、激发态寿命、系间窜越效率和光稳定性共同决定了ROS的种类和产量，进而决定光动力灭活的效率（Shin等，2023）。迄今为止，已报道了多种光敏剂，包括金属配合物、碳基纳米材料、有机染料、共轭聚合物和植物来源的光活性化合物（Zhao等，2024）。其中，从姜黄（Curcuma longa L.）中提取的多酚类化合物姜黄素（Cur，C21H20O6）因其已确立的安全性以及广泛的抗氧化、抗炎、抗病毒和抗菌活性而引起了广泛关注，是一种食品级光敏剂（Miao等，2024）。由于共轭骨架的存在，姜黄素强烈吸收约425 nm的蓝光，赋予其在蓝光照射下相当大的光动力抗菌潜力（Zhang等，2024）。然而，姜黄素极性低且疏水性使其水溶性差并发生明显聚集，大大限制了其在食品系统中的直接使用（Wen等，2024）。这种聚集促进了π-π堆叠和聚集导致猝灭（ACQ），抑制荧光发射，缩短激发态寿命，阻碍系间窜越，最终削弱光动力抗菌性能（Liu等，2023）。此外，长时间照射会通过共轭结构的不可逆降解导致光漂白，造成颜色褪去、光吸收减弱以及持续光反应和灭活效果的下降。
近年来，分子修饰（Yao等，2023）、乳化（Lu等，2025）、包封（Le等，2024）和自组装（Li等，2025）等策略已被开发用于提高姜黄素的稳定性和生物利用度，但这些方法在提高其光反应效率和光活性方面仍然有限。作为代表性的多酚类化合物，姜黄素在分子稳定性和理化性质方面通过金属-多酚配位相互作用表现出显著的调控性（Huang等，2025）。大量研究表明，姜黄素可与过渡金属离子配位形成超分子组装体，从而提高结构稳定性，例如形成金属有机框架（MOFs）（Su等，2015）。事实上，基于姜黄素的MOFs已显示出改善姜黄素理化性质和生物活性的潜力（Chen等，2024；Kang等，2023；Wang等，2025），但其在ROS介导抗菌应用中作为光响应平台的潜力却鲜有探索。一方面，MOFs中的金属-氧配位限制了分子运动，从而提高了姜黄素的化学和光稳定性，减少了光漂白（Ito等，2022）。此外，配位框架可通过破坏π-π堆叠相互作用、延长激发态寿命和增强ROS产生来缓解ACQ（Yang等，2024）。另一方面，多酚丰富的羟基结构为金属离子提供了配位位点，而氧化还原活性金属中心可调节电子转移路径，提高光反应活性和氧化性能，增强抗菌协同效应（Liu等，2022）。此外，人们对模拟酶纳米材料的兴趣日益增长，进一步表明金属-多酚纳米结构可表现出显著的类酶催化活性（Chi等，2025；Geng等，2022）。这些发现突出了金属配位策略在增强基于姜黄素的光抗菌技术光稳定性和光反应效率方面的巨大潜力，而该领域的系统性研究仍然稀少。
本文通过简单的回流过程，利用食品级醋酸锌和姜黄素合成了姜黄素MOF纳米酶（图1）。该材料被命名为Curzyme，这是我们提议用于基于姜黄素的纳米酶这一类材料的名称。结构表征和催化评价表明，这种MOF结构有效地抑制了姜黄素的光降解和ACQ，同时在蓝光照射下表现出显著的类氧化酶（OXD）活性。这种模拟酶的修饰显著增强了光反应活性和抗菌性能，相较于姜黄素单体而言。这些优势在对四种代表性食源性致病菌中的对比中得到了一致验证。此外，猪肉保鲜实验证明了Curzyme作为光激活模拟酶保鲜剂的有效性，凸显了其在可持续食品保鲜应用中的潜力。
章节摘要
材料
醋酸锌二水合物购自上海泰坦 Scientific Co., Ltd.（上海，中国），姜黄素购自南京大盛生物科技有限公司（南京，中国）。底物3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB）和邻苯二胺（OPD），以及2,2′-偶氮双（3-乙基苯并噻唑-6-磺酸）（ABTS）和2,2-二苯基-1--picrylhydrazyl（DPPH）由上海麦克林生化科技有限公司（上海，中国）提供。荧光探针2′,7′-二氯荧光素
合成与表征
合成过程如图2A所示。亮黄色的姜黄素经过回流处理，随后通过离心收集产物，再用甲醇洗涤五次并冷冻干燥，得到深红色的Curzyme粉末。图2B中的PXRD分析表明，姜黄素在8.9°、12.3°、14.5°、17.3°、18.2°、23.4°、24.6°、25.6°和31.8°处呈现尖锐的衍射峰，指示高度结晶结构（Wang等，2024）。在Curzyme的PXRD图谱中，大部分
结论
总之，基于MOF的模拟酶工程使Curzyme有效克服了姜黄素固有的光不稳定性以及与ACQ相关的局限性。Zn2+诱导的配位组装形成了稳定的纳米晶结构，提高了水分散性，调控了分子聚集，稳定了β-二酮骨架，并抑制了光降解。这些结构和光物理调节改善了光的利用效率，有利于产生ROS的光化学反应路径，
CRediT作者贡献声明
Lunjie Huang：撰写——审阅与编辑、资金获取。Hao Cheng：撰写——初稿、调查研究。Yuanlong Chi：指导。Qinlian Li：研究方法
利益冲突声明
? 作者声明，他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些情况可能会影响本文所报告的工作。
致谢
本工作得到国家自然科学基金（编号32302252）的资金支持。本研究还得到中国博士后科学基金（资助编号BX20230247和2024M752225）以及中央高校基本科研业务费专项资金（编号2026SCUQJTX007）的支持。作者Lunjie Huang感谢四川省天府峨眉计划（编号3238）提供的资金支持。
Hao Cheng|Qinlian Li|Yuanlong Chi|Lunjie Huang
四川大学生物质科学与工程学院，成都610065，中国
