核黄素喷雾与浸没法在蓝光介导的大肠杆菌 O157:H7 光动力灭活中的比较

《Food Research International》：Mist spraying vs. immersion of riboflavin for blue light-mediated photodynamic inactivation of Escherichia coli O157:H7

　　

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  核黄素 + 蓝光通过喷雾方式比浸没方式实现了更大的灭活效果。
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  喷雾递送降低了灭活 大肠杆菌 O157:H7 所需的辐照量。
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  喷雾引起的活性氧（ROS）生成增强导致了膜破坏和 DNA 损伤。
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  喷雾处理在冷藏储存期间保持了切片火腿的质量。
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  基于喷雾的 PDI 在 RTE 肉类的非热处理去污方面显示出前景。

引言

切片火腿是一种即食（RTE）肉制品，无需额外热处理即可食用，因其便利性而在全世界范围内消费量日益增加 (Sommers & Boyd, 2006)。然而，它在最终热处理后的后加工步骤中容易受到致病微生物的二次污染，特别是通过食品加工接触表面，如切片机、传送带和包装设备 (Cabeza et al., 2007; Chun et al., 2009; Pal et al., 2008)。Sheen 和 Hwang (2010) 证实 大肠杆菌 O157:H7 可以从肉类切片机表面转移到即食（RTE）肉制品表面。因此，开发有效的后加工去污策略以控制切片火腿等固体 RTE 肉制品表面的微生物至关重要。

包括亚硝酸盐处理、热处理和有机酸处理在内的各种方法已被用于控制切片火腿中的微生物 (Figueiredo & Almeida, 2017; Tompkin, 2005; Wang et al., 2016)。然而，对化学残留物的担忧以及消费者对清洁标签食品日益增长的需求，促使人们重新考虑这些传统干预措施 (Chauhan & Rao, 2024; Finnegan & Krzyzaniak, 2024)。为了克服这些传统方法的局限性，越来越多的关注转向非热和非化学去污技术，其中光动力灭活（PDI）已成为食品应用中有前景的替代方案。

光动力灭活（PDI）作为一种非热去污技术引起了关注，它通过特定波长的光与光敏剂相互作用产生活性氧（ROS），从而诱导微生物细胞膜、蛋白质和核酸的氧化损伤 (Chen et al., 2023; Kang & Kim, 2025)。由于它不太可能诱导微生物耐药性且不产生有毒副产物，PDI 作为传统化学消毒剂的替代品具有相当大的潜力 (Kang & Kim, 2024)。在本研究中，选择核黄素（维生素 B?）作为光敏剂。然而，以往关于核黄素介导的 PDI 在食品中的研究主要侧重于通过将食品表面涂层或浸没来应用 bulk 液体形式的核黄素 (Qiu et al., 2024)。这些方法存在局限性，包括需要长达 1–2 天的长时间预处理才能在食品表面实现微生物灭活。此外，需要大量处理溶液的浸没工艺可能会增加交叉污染的风险，因为溶液本身可以作为微生物传播的载体 (Bornhorst et al., 2018; Kwon et al., 2023)。此外，由于蓝光在液体中的穿透深度有限，完全浸没系统具有固有的物理局限性，即光激活在照射表面和界面区域附近最有利，而随着深度增加效率迅速降低 (Lena et al., 2024; Yoon et al., 2013)。长时间浸没也可能对食品的理化质量产生不利影响，进一步限制了这种方法的实际适用性 (Bayram et al., 2004; Durage, 2025)。

为了克服这些局限性，本研究开发了一种新颖的 PDI 策略，即将核黄素溶液以喷雾形式应用。雾化的核黄素液滴最大化了与蓝光的接触面积，且液滴内的氧气可用性高于 bulk 液体，预计能提高 ROS 生成效率。此外，基于喷雾的方法允许使用相对少量的溶液处理食品表面，从而减少液体消耗并可能降低与共享处理介质相关的交叉污染风险。据我们所知，基于喷雾的 PDI 系统应用于食品尚未有报道，这突显了本研究的创新性。

因此，本研究有两个主要目标。首先，比较了结合核黄素（100 ppm）和 405 nm 蓝光的 PDI 系统在喷雾和浸没应用下的抗菌效力，针对 大肠杆菌 O157:H7 作为一种代表性的革兰氏阴性食源性病原体，并调查了与每种处理模式相关的细胞损伤的潜在机制。其次，评估了基于喷雾的 PDI 系统对切片火腿的理化质量属性的影响以及在冷藏储存期间的质量变化，以评估其实际适用性。

章节摘要

雾化核黄素处理和暴露室

雾化核黄素处理系统是为本研究新构建的，如图 1 所示。消毒室尺寸为 38.0 cm $\times$ 21.0 cm $\times$ 18.5 cm。雾滴是使用超声波雾化方法产生的，超声波设备的工作规格如下：功率输出为 19 W，雾化率为 500 cc/h，工作频率为 1700 $\pm$ 50 kHz。产生的雾滴粒径范围为 1 到 5 $\mu$m。其中的圆柱形容器

室内的条件

图 S.1 显示了喷雾期间室内温度和相对湿度的变化。在喷雾应用的最初 5 分钟内，室内温度从 22.47 降至 21.93 °C。即使持续喷雾直到剂量达到 40 J/cm²（51 分 55 秒），温度也仅逐渐降至 20.13 °C。这种幅度的温度变化被认为不足以对微生物灭活产生显著影响。这

讨论

当核黄素吸收光能时，它被激发到激发单重态，随后经历系间窜越形成激发三重态。在其三重态下，核黄素可以通过向基态分子氧转移能量发生 II 型反应，从而生成单线态氧（¹O₂）。同时，核黄素也可能参与 I 型反应，其中电子或氢离子从周围底物转移形成核黄素

结论

本研究的显著意义在于阐明了处理模式（喷雾 vs. 浸没）对使用核黄素和蓝光的光动力灭活系统中抗菌效力和食品质量的影响。特别是，通过以喷雾形式应用核黄素，增强了光敏剂与蓝光之间的相互作用效率，使得在比浸没方法低得多的辐照量下实现相同或更大的抗菌效果。此外，

CRediT 作者贡献声明

Young-Eun Cho: 写作 – 初稿，可视化，验证，方法论，调查，概念化。Do-Kyun Kim: 写作 – 审查与编辑，监督，资金获取。

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些关系可能看起来影响了本论文报告的工作。

致谢

这项工作得到了首尔大学新教师启动基金的支持。

Young-Eun Cho|Do-Kyun Kim