草莓清洗过程中蓝光（405 nm）对食源性病毒（TV和HAV）的灭活作用及清洗水氧化还原潜势研究

《Foods》：Exploring Blue Light Inactivation of Foodborne Viruses on Strawberries During Washing

　　

人诺如病毒（HuNoV）和甲型肝炎病毒（HAV）是引起食源性病毒暴发的主要肠道病毒。冷冻浆果曾与归因于这些病毒的多州及国际暴发相关。由于草莓在冷冻前立即经过清洗，因此需要在该步骤中补充非热干预措施以增强病毒灭活。本研究旨在探索在清洗过程中利用蓝光（BL；405 nm）灭活草莓上食源性病毒。由于传染性HuNoV难以在细胞培养中产生，故使用Tulane病毒（TV）作为替代病毒。将草莓污染TV或HAV后，置于无菌水中轻柔振荡浸泡，在室温下给予或不给予BL处理（约1000 J/cm²）。采用改良FDA/BAM/26方法回收传染性病毒，并使用50%组织培养感染剂量（TCID₅₀）试验定量感染性滴度。监测草莓和清洗水中的本土细菌及水理化学参数。在蓝光（约1000 J/cm²）下清洗草莓的联合作用使草莓上的TV和HAV分别降低约1.7和1.5 log，清洗水中降低1 log。BL未影响清洗后草莓或清洗水中的细菌计数。蓝光显著提高清洗水的氧化潜势，而未影响水的pH、浊度或温度。总之，本研究表明草莓清洗过程中的BL处理可降低草莓和清洗水中的病毒载量。进一步优化对于使该技术适应提高草莓安全性、品质并防止清洗过程中的交叉污染至关重要。

研究背景与问题：人诺如病毒（HuNoV）是全球急性胃肠炎的首要病因，估计仅美国每年即引起550万例食源性疾病，全球约6.85亿例急性胃肠炎；其50%感染剂量（ID₅₀）可低至约18个病毒颗粒至2800个基因组当量。甲型肝炎病毒（HAV）是急性肝炎的首要病因，免疫功能低下者可进展为肝衰竭；全球HAV感染病例由1990年的1.39亿增至2019年的1.58亿。HuNoV和HAV为粪口传播病原，可污染污染物、水和食品。浆果因从农场到餐桌加工最少而受关注；在美国鲜浆果涉及2%的暴发，在欧盟涉及51%的暴发；1983—2018年全球68起浆果相关病毒暴发中HuNoV引起46起，68起中50起与冷冻浆果有关，其中72%与HuNoV相关、28%与HAV相关。2012年德国最大HuNoV暴发可追溯至中国进口冷冻草莓，影响390家机构、约11,000例胃肠炎和38例住院；美国近期与墨西哥进口冷冻草莓相关的HAV暴发使10人患病、4人住院。冷冻对上述病毒感染性影响很小，故需在清洗等最小加工步骤加强控制。单独水洗浆果通常仅去除约0.5—1 log传染性病毒；添加氯（50—200 ppm）可提高至约1.5—2.1 log（MS2）、1—1.5 log（MNV）和3.4 log（HAV），但氯可生成三卤甲烷（THMs）和卤乙腈（HANs）等致癌物，且清洗水中有机物会削弱其效果，部分欧洲国家已禁止在农产品清洗中使用氯。因此需要替代性或补充性非热处理。蓝光（BL；405 nm）为可见光，穿透性优于其他可见波长，对哺乳细胞较紫外线（UV）损伤小，但长时间暴露可引起光氧化损伤；其抗菌作用源于细菌内源性卟啉吸收光并在溶解氧存在下产生活性氧（ROS），病毒缺乏内源性卟啉，但外源性发色团/光敏剂及周围有机物中的天然光敏剂可被利用。已有BL灭活病毒研究多针对包膜病毒、噬菌体或高强灯固体表面，且高强灯产生热量需冷却；在食品工业相关的水和食品基质中研究很少。故研究人员探索室温下草莓清洗过程中BL（405 nm，约1000 J/cm²）对食源性病毒的灭活作用。该研究得出，清洗与BL联合处理可降低草莓和清洗水中的病毒载量，且低强度BL灯廉价、节能、无需热管理、可在资源有限环境连续应用；虽然仅评估单一BL剂量，但证明系统基线可行性，进一步优化对提高草莓安全性、品质及防止清洗过程交叉污染关键。

关键技术方法：研究人员以从当地杂货店购买的新鲜草莓为样本，将TV或HAV分别点接种于约10 g草莓，干燥后在30 mL无菌水中以150 rpm轻柔振荡清洗，室温下采用405 nm LED阵列（约70 mW/cm²，4 h，约1000 J/cm²）处理，并设遮光清洗、未洗阳性及水阳性对照。采用改良FDA/BAM/26（mBAM26）方法回收传染性病毒，经超离心浓缩后用50%组织培养感染剂量（TCID₅₀）试验定量；同步监测草莓和清洗水本土细菌及水pH、氧化还原电位（ORP）、溶解氧、电导率、电阻率、浊度和温度；采用t检验、方差分析/Tukey检验、相关分析和多元线性回归（MLR）分析。

研究结果：3.1 蓝光处理对清洗过程中草莓上传染性病毒的影响。研究人员将TV或HAV污染草莓干燥后，设未洗对照、无菌水清洗±BL处理。未处理草莓回收TV 4.1±0.4 log TCID₅₀/10 g、HAV 3.9±0.4 log TCID₅₀/10 g；水阳性对照分别为3.8±0.4和3.5±0.3 log TCID₅₀/mL，两种病毒在草莓或水中滴度无显著差异。水洗单独使草莓TV降低约1.2 log，BL单独约0.5 log，而水洗+BL联合降低1.7 log，效果最大；HAV水洗或BL单独均降低0.7 log，联合降低1.5 log。两种病毒BL单独与水洗单独无显著差异；联合处理最有效，对应96.9—98.2%降低。3.2 蓝光处理对草莓清洗水中传染性病毒的影响。清洗结束后定量回收清洗水中的传染性病毒；BL+水洗使水中TV感染滴度降低1.01 log，虽高于BL单独或水洗单独，但差异不显著；HAV联合处理降低1.06 log，且与单独水洗显著不同；不论是否水洗，BL单独使水中TV和HAV分别降低0.6和0.7 log。3.3 蓝光处理对清洗过程中草莓本土细菌的影响。新鲜草莓初始异养细菌数在试验间变异大；TV试验中初始平均5.6±0.8 log CFU/10 g，清洗±BL后为5.3和5.4 log CFU/10 g，无显著影响；HAV试验初始4.9±0.6 log CFU/10 g，BL清洗后约4.4 log CFU/10 g，差异不显著。清洗结束时水中细菌在BL和无BL组分别为3.3和3.5 log CFU/mL，BL对从草莓洗入水中的细菌无显著影响。3.4 蓝光处理对草莓清洗水理化学参数的影响。BL清洗组清洗水平均pH 3.8、浊度40 FNU、温度21.5 °C，与无BL组无显著差异，提示水呈酸性、含150 rpm振荡产生的悬浮物且温度稳定。BL显著提高ORP（平均167 mV升至265 mV）和电导率（100升至211 μS/cm），降低电阻率（6降至0.006 Ω.cm）和溶解氧百分比（90%降至21%），提示溶解离子浓度升高、电阻降低、溶解氧可能被用于生成ROS且氧化污染物能力增强。相关性分析显示，无BL时草莓上病毒降低与电导率和浊度正相关，水中病毒降低与水中细菌数和溶解氧正相关；有BL时草莓上病毒降低与浊度和水中病毒降低正相关，水中病毒降低与电导率和浊度正相关、与ORP、电阻率和水中细菌数负相关。MLR中，无BL时草莓和水中模型虽显著但R²仅0.35和0.41；有BL时草莓模型纳入水中病毒降低和浊度，R²=0.63、p<0.0001；水中最终模型在剔除共线变量后纳入浊度、水中细菌数和ORP，R²=0.74、p=0.0002。上述初步模型提示，BL处理下草莓上病毒降低有可能通过清洗水中易测变量预测，但需更大数据集建立更好模型。

讨论总结：BL兼具杀菌和杀病毒潜力，可作为替代或补充消毒策略；据原文所述，此前尚无研究专门考察BL对草莓等软果基质清洗过程中肠道病毒的作用。该研究使用1000 J/cm²剂量系基于前期发现BL剂量与不锈钢表面及无菌/原表面淡水中病毒log降低呈显著正线性关系；该剂量需4 h暴露，超过典型工业草莓清洗时间，但用于建立初始基线并评估最大可达病毒降低，且未观察到草莓外观或结构完整性变化。水洗是草莓冷冻前清除异物和减少微生物的常用方法，但氯效果受pH和有机物影响，草莓浸出液pH 3—4降低氯效力；PAA等消毒剂亦通过氧化环境起作用。该研究水洗单独4 h使草莓TV和HAV分别降低约1.2和0.7 log，与既往水洗可洗脱部分病毒但洗脱病毒仍可能具传染性并造成交叉污染的认识一致，故需非化学非热技术同时处理吸附于浆果和进入清洗水的病毒。BL单独约1000 J/cm²使草莓TV和HAV分别降低0.5和0.7 log；既往蓝莓研究使用高强度BL并需氮气冷却，且7.56 J/cm²下TV降低0.5 log，添加0.1%核黄素后降低1 log，而该研究低强度灯未显著改变水温或草莓外观。清洗+BL使草莓TV和HAV降低1.7和1.5 log，与氯（200 ppm、2 min，MNV 1.2 log）、PAA（80 ppm、2 min，MNV 1.7 log）及UV-C（1300 J/m²、2 min，MNV 1.3—1.7 log）等需数分钟的系统相近，但未使用化学品或UV；仍需优化BL剂量、辐照度及添加光敏剂以实现更快灭活。原文提示BL可能与清洗产生的有机物作用而灭活病毒，ROS可能改变水理化学特征并促进病毒从草莓洗脱；BL使水ORP升高、溶解氧降低而pH、浊度和温度不变，提示BL利用溶解氧生成ROS形成更强氧化环境。草莓浸出物含酚类、花青素、纤维及苹果酸、柠檬酸等，部分次级代谢物可吸收UV/可见光包括蓝光，另一些果实次级代谢物可作为光敏剂；未来应鉴定草莓浸出物中光敏剂并测定ROS以阐明机制。本土细菌未被BL显著降低，可能因草莓细菌在自然阳光下已适应，且研究仅涵盖草莓微生物组一小部分，不能反映天然群落或食源性致病菌；团队既往原表面淡水中BL仅降低约0.1—0.4 log。MLR预测在BL下改善，但基于小规模实验室数据、理想条件且未验证，不能直接外推至有机负荷、浊度和背景微生物多变的工业清洗水。研究局限包括未测水中ROS、需分析浸出物营养/酚类/花青素/纤维等、4 h工业不实用、需更大队列验证模型、需研究实际HuNoV、优化BL剂量/辐照度/外源光敏剂和工程放大，并监测草莓品质和腐败微生物。研究结论翻译：蓝光处理在清洗草莓时使草莓上的传染性TV和HAV分别降低约1.5—1.7 log TCID₅₀，清洗水中约1 log。此外，BL以提示ROS产生的方式改变部分选定的水理化学参数，而ROS可灭活病毒。MLR模型提示，BL处理下草莓上的病毒灭活可由清洗水中的细菌数、浊度和ORP参数潜在预测。本研究探索了低强度BL处理作为一种非热工具在草莓清洗过程中控制草莓和清洗水中病毒的潜力。需进一步优化该技术，以向食品工业尤其是低资源环境提供多屏障方法的补充工具。