紫外-C（UV-C）光提升即食（RTE）沙拉微生物安全的可行途径：干式照射、水辅助照射与基于UV-C的栅栏技术及新型光源

《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》：Feasible Approaches of Ultraviolet-C Light to Improve Food Safety for Ready-to-Eat Salads

　　

即食（RTE）沙拉市场为消费者提供便利，同时支持健康饮食习惯。然而，RTE沙拉在生产中的最小加工会带来微生物安全风险，可能导致食源性疾病暴发。紫外-C（UV-C）光在提升微生物食品安全方面显示出巨大潜力；作为一种非热技术，其能够灭活致病菌，同时保持新鲜农产品的感官属性和营养价值。本综述讨论了用于消毒RTE沙拉中食源性病原体的多种UV-C照射方法。首先，研究人员考察了对RTE沙拉进行直接UV-C光照射这一最传统的方法。随后，研究人员评估了水辅助UV-C（WUV-C）辐照这一相对较新的方法，已有研究表明其可显著降低微生物负荷。此外，本综述探讨了基于UV-C光的栅栏技术，这是一种有前景的策略，可通过顺序或同时处理提高实际应用中的消毒效力。最后，研究人员总结了低压汞（LPM）灯的现状，并讨论了UV-C发光二极管（UV-LEDs）和氯化氪（KrCl）准分子灯在保障生产线安全方面的未来应用。

1 引言
新鲜农产品消费持续增长，即食（RTE）沙拉因便利性和营养性契合消费者健康需求，相关市场规模不断扩大。然而，RTE沙拉通常仅经过最小加工，切割等处理可造成组织损伤并增加微生物污染风险，大肠杆菌（Escherichia coli）、单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）和沙门氏菌属（Salmonella spp.）等食源性病原体可引发暴发并造成公共卫生和经济损失。新鲜农产品行业常用氯基消毒剂，但其强氧化作用可能生成氯酸盐、高氯酸盐、三卤甲烷等副产物，欧盟部分成员国对生食新鲜农产品氯洗实施严格限制或禁止，行业逐步采用过氧乙酸（PAA）等替代消毒剂；但有机物积累会消耗活性氧化剂并削弱消毒效果。高压处理、UV-C照射、冷等离子体和超声等非热、非化学技术因而受到关注，其中UV-C在灭活病原体、减少化学残留和环境水污染方面具有潜力。本综述聚焦RTE沙拉微生物安全，梳理干式UV-C、水辅助UV-C（WUV-C）以及UV-LEDs和222 nm KrCl准分子灯等新型光源，并讨论基于UV-C的栅栏策略。

2 即食沙拉中常见食源性病原体及常规处理
RTE沙拉由预包装鲜切蔬菜单独或混合销售，常见配料包括生菜、罗马生菜、结球生菜、嫩菠菜、卷心菜、豆瓣菜、小胡萝卜、番茄、花椰菜和西兰花等。此类产品最常涉及产志贺毒素大肠杆菌（STEC）、Salmonella spp.和L. monocytogenes等主要细菌性病原体，这些微生物易在农产品上定殖并导致多起暴发。常规处理方面，早期行业指南曾规定新鲜农产品消毒接触时间，商业实践曾采用较高游离氯浓度以维持次氯酸可用性；当前实践更强调动态清洗过程中维持足够游离氯残留以防止交叉污染。欧盟对氯基清洗的限制推动了PAA等替代消毒剂应用，但单纯化学清洗仍不足以确保完全微生物安全。工业清洗中有机和无机物积累会迅速消耗氧化剂，降低洗涤槽杀菌能力；新鲜农产品表面粗糙和疏水性可促进病原体黏附；高温采后氯洗虽可降低微生物负荷，却可能造成营养降解及质地和风味变化。因此，面向沙拉的非热、非化学有效消毒策略具有重要意义。

3 基于UV-C在即食沙拉中的应用
UV-C位于200–280 nm波段，其光子能量足以损伤微生物核酸，是灭活细菌和病毒的有效光谱区。UV-C主要通过干扰DNA转录和使关键蛋白变性导致细菌死亡，并可在食品基质中产生活性氧（ROS）以增强杀菌作用。美国食品药品监督管理局（FDA）已认可UV-C用于果汁处理，UV-C消毒装置还可较好保持食品感官品质。常用低压汞（LPM）灯通过激发低压气体环境中的汞原子，主要发射253.7 nm光。鲜切农产品应用中，UV-C系统可分为干式UV-C和水辅助UV-C（WUV-C）：前者直接照射产品表面，后者将产品浸入搅动水中以促进复杂表面均匀暴露。

3.1 干式低压汞UV-C光应用
早期干式LPM UV-C系统多采用单面暴露，主要作用于产品上表面。对接种食源性病原体的RTE农产品，单面干式UV-C可使生菜和菠菜表面病原体降低约1–2 log，番茄的杀菌效果相对较高，罗马番茄和葡萄番茄可分别达到约3.82 log CFU/g和2.7 log CFU/g的降低。平滑、平坦表面可获得较明显微生物降低，但复杂表面上的细菌可藏匿于微褶皱、裂隙或阴影区域，阻碍UV-C穿透；西兰花小花几何结构造成的阴影效应和去皮小胡萝卜多孔表面均导致较低灭活效果。为改善覆盖，双面暴露光源可扩大表面覆盖并减轻复杂叶片形貌的阴影效应，使生菜表面鼠伤寒沙门氏菌（S. Typhimurium）降低约2.92 log CFU/g，同时保持生菜颜色和质地。总体而言，单面干式UV-C的灭活性能受表面形貌和物理几何显著制约。

3.2 水辅助低压汞UV-C（WUV-C）应用
双面干式UV-C虽提高表面覆盖，但仍依赖视线光子传输，深叶褶、重叠组织层或疏水微裂隙中的细菌仍可能未被直接照射。WUV-C系统通过水搅动和旋转使UV-C光源均匀暴露于不规则形状农产品所有表面，减少细菌可持久存在的遮蔽区域。研究显示，干式UV-C对生菜病原体最高降低约2 log CFU/g，而WUV-C可显著增强灭活效果，使相关病原体降低超过2 log；WUV-C处理10 min可使生菜上Salmonella采用点接种和浸接种时分别降低约2.91和2.59 log，且较单独干式UV-C提高约1 log。WUV-C对菠菜和番茄表面Salmonella可实现3.5 log CFU/g和4.1 log CFU/g降低，搅动水还可洗去表面灰尘和细菌细胞并吸收UV-C源产生的热量。但UV-C在液体介质中的穿透深度受水及悬浮有机物吸收和散射限制，WUV-C依赖水动力搅动或机械翻滚使样品持续进入近液面高辐照区。浸没式UV-C系统将灯管垂直置于防水石英舱内，可缩短水中光子路径并克服空气–水界面反射，对番茄、鲜切西兰花和草莓上作为L. monocytogenes替代物的Listeria innocua显示改善的细菌降低；该系统可安装于生产线，灯管置于槽内并有屏蔽保护，且有利于提高水利用率和减少循环时间。

3.3 其他新型UV-C波长应用
LPM UV-C虽为行业标准，但存在操作和环境局限：含元素汞和易碎石英玻璃外壳，在食品区域存在化学和物理污染风险，并受全球环境协议限制；在冷链环境（4°C）中热敏感性明显，需要预热且不能即时循环，仅发射固定单色253.7 nm输出，主要靶向微生物核酸而非利用多波长协同机制。为克服这些刚性操作约束，UV-LEDs和KrCl准分子灯等新型UV-C技术受到关注。

3.3.1 UV-LEDs应用
UV-LEDs可避免加工过程中有害汞泄漏，作为传统LPM灯的替代。与LPM灯窄线谱253.7 nm不同，固态UV-C LEDs具有窄带发射光谱，半高全宽（FWHM）约10–15 nm，中心位于目标峰值波长（如265或275 nm）。其灭活病原体主要通过对DNA的结构性损伤，产生环丁烷嘧啶二聚体（CPDs）和嘧啶（6–4）嘧啶光产物（6–4 PPs），阻碍微生物复制。干式277 nm UV-LEDs对生菜表面大肠杆菌O157:H7最高降低约1.59 log CFU/g；苹果皮上L. monocytogenes经LPM UV-C和UV-C LEDs处理最高降低分别约1.18和1.35 log CFU/g，二者杀菌作用谱接近，灭活机制基本相似，大肠杆菌降低幅度相近。265 nm UV-C LEDs可在较低剂量110 mJ/cm²下使Salmonella enterica serovar Typhimurium、L. monocytogenes和E. coli混合菌降低超过3 log CFU/g。连续和脉冲（500 Hz）UV-C LED照射番茄表面的研究表明，脉冲UV-LED（30%–80%占空比）在25 mJ/cm²下可实现1.06–1.08 log降低，同时较连续发射降低总能耗约11%，显示脉冲UV-LEDs作为节能去污策略的潜力。总体而言，UV-LEDs杀菌效力可与常规LPM灯相当，为新鲜农产品去污提供有效且可持续的替代方案。

3.3.2 KrCl准分子灯应用
LPM灯和UV-LEDs均存在人眼和皮肤安全限制，其发射可穿透角膜和皮肤角质层，导致严重光角膜炎和皮肤红斑，因而通常限于封闭腔室或无人加工空间。222 nm远UV-C KrCl准分子灯因辐射穿透深度有限，对皮肤和眼组织风险较低，可保护工业操作人员。远UV-C（200–230 nm）可被皮肤最外层死角质细胞构成的角质层有效吸收，避免到达活细胞；角膜及泪膜也可吸收这些波长以保护晶状体。美国政府工业卫生学家会议（ACGIH）将222 nm暴露8 h阈值限值（TLVs）更新为眼部161 mJ/cm²和皮肤479 mJ/cm²，推动食品行业关注KrCl技术。KrCl准分子灯杀菌机制涉及核酸、蛋白质和细胞膜吸收UV-C后发生破坏，并可生成ROS，破坏细胞膜不饱和脂肪酸双键并导致膜损伤。概念验证研究评估222 nm KrCl准分子灯灭活苹果汁中大肠杆菌O157:H7；酸适应病原体因细胞膜脂肪酸组成变化而对222 nm照射更耐受，但实验室规模下仍可使大肠杆菌O157:H7和S. Typhimurium降低超过5 log CFU/mL且不损害苹果汁品质。在培养介质中，222 nm KrCl准分子灯2.61 mJ/cm²剂量可使大肠杆菌O157:H7、S. Typhimurium和L. monocytogenes降低超过4.5 log，而同等剂量254.7 nm LPM灯降低较低；222 nm处理对S. Typhimurium和L. monocytogenes造成的膜损伤显著大于280 nm UV-LED。应用于完整新鲜农产品时，222 nm KrCl准分子灯可使污染冷冻菠菜叶上携带pGlo的大肠杆菌降低2.0 log CFU/g；结合旋转主轴系统可克服表面阴影限制，使苹果和甜椒表面大肠杆菌O157:H7和S. Typhimurium降至检测限以下，L. monocytogenes经180.6 mJ/cm²处理7 min后分别降低4.26和5.48 log CFU/sample。222 nm准分子灯与超声清洗联合处理可控制多种农产品表面软腐细菌，单独准分子灯可将水中菌群降至1.50 log CFU/mL以下，5 min联合处理可使新鲜农产品表面和清洗水中软腐细菌完全灭活并将交叉污染风险降至检测限以下。现有RTE沙拉UV-C研究中LPM灯约占71%，UV-C LEDs约占18%，222 nm KrCl约占11%，反映新型光源应用逐步增加。

4 UV-C应用的潜在挑战与未来展望
美国FDA、美国农业部（USDA）和欧洲食品安全局（EFSA）等监管机构已建立UV辐射用于食品微生物控制的批准框架。21 CFR 179.39允许UV光使用而未规定明确最小或最大剂量限值，参数由良好生产规范（GMP）和经济因素实际约束；FDA于2000年修订食品添加剂法规，批准253.7 nm UV-C辐射用于减少果汁中人类病原体，使LPM灯成为基准光源；21 CFR 179.41还授权脉冲光技术用于食品生产、加工和处理表面去污。国际上，加拿大卫生部新型食品部门已批准UV处理苹果汁和苹果酒，EFSA批准UV处理牛奶和面包。尽管监管批准较广，UV-C在食品行业商业应用仍主要限于空气净化、设备表面消毒和液体食品加工，直接用于新鲜农产品有限。常规LPM灯仍是工业标准，但存在含汞、石英外壳易碎、需预热、冷链环境输出效率降低等缺点；UV-LEDs具有环保、冷藏环境性能稳健和峰值波长可调等优势，KrCl准分子灯远UV-C 222 nm具有更高职业安全性，可在开放系统和有人空间使用而无需大量光学屏蔽。新型UV-C灯虽可解决LPM灯固有危害，但经济和工程约束阻碍广泛商业应用：LPM灯管成本较低，UV-C LEDs芯片和模块及222 nm KrCl灯初始组件成本显著更高。实际工业环境还存在物理和光学障碍：干式表面去污中视线光子传输使UV-C易受复杂三维植物形貌阴影影响；水辅助洗涤槽或液体加工系统中基质浊度、悬浮有机颗粒、植物渗出物和溶解固体可吸收和散射UV-C光子，削弱透射率和有效处理深度。将UV-C直接用于完整新鲜农产品时，还需平衡杀菌效力与采后品质保持。适宜低至中等剂量（18 kJ/m²）可诱导有益激发响应，促进酚类、黄酮类和植物抗毒素等次生代谢物合成，延缓组织衰老并增强对腐烂真菌和软腐细菌的先天抗性；但过度暴露或光照不均会造成食品基质严重氧化损伤，高剂量导致膜脂过氧化、表面褐变、凹陷和组织烫伤，并可能引发关键挥发性香气物质及抗坏血酸和类胡萝卜素等光敏营养物光解。为克服光学和采后障碍，未来商业应用应转向基于UV-C的栅栏技术，将UV-C与超声、微气泡、温和热或化学消毒剂等互补物理或化学栅栏策略性结合以产生协同杀菌效应。UV-C与超声诱导的流体湍流结合可物理展开叶菜褶皱、清洗洗涤水、消除微阴影区并减轻浊度干扰，从而控制RTE樱桃番茄和生菜上食源性病原体生长；在UV-C洗涤系统中整合低剂量化学消毒剂可形成双重作用干预，防止洗涤水交叉污染并最大化表面log降低。80 ppm PAA与30 mW/cm² UV-C光结合可使生菜洗涤水中Salmonella降至不可检测水平；微酸性电解水（SAEW）与UV-C LEDs结合可使整叶生菜上Salmonella spp.降低2.56–2.97 log CFU/g，并使碎卷心菜上Salmonella spp.和L. monocytogenes降低1.2 log CFU/g。栅栏策略可显著降低单一UV-C剂量，避免采后组织损伤，同时确保商业加工中的稳健微生物安全。

5 结论
RTE沙拉为消费者提供便利和营养价值，促进健康饮食习惯，但最小加工使其易受微生物污染并可能引发食源性疾病暴发，有效控制RTE沙拉中病原体是确保食品安全和维持高卫生标准的先决条件。本综述强调UV-C技术在提升RTE农产品安全性和可持续性方面的变革潜力。传统LPM灯已在液体食品去污中作为基准十余年，而UV-LEDs和KrCl准分子灯正成为更优替代方案；研究表明特定波长对大肠杆菌O157:H7和S. Typhimurium等关键食源性病原体可实现显著更高灭活率。基于UV-C光的栅栏技术为顺序或同时处理提供有前景框架，可最大化实际应用中的消毒效力。UV-C装置已成功降低RTE农产品病原体负荷，成为传统消毒方法的可行替代。实施干式和WUV-C系统可为食品工业提供高效解决方案，以减轻未来暴发并保护全球RTE供应链的微生物完整性。