抗菌蓝光在多种食品体系中灭活单核细胞增生李斯特菌并保持理化与感官品质

《Food Chemistry: X》：Antimicrobial blue light inactivates Listeria monocytogenes in diverse food systems with preserved physicochemical and sensory qualities

　　

单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes)是一种主要食源性病原体，能够在冷藏条件下增殖。抗菌蓝光(aBL)作为一种有前景的非热去污染策略崭露头角，但其综合机制及与复杂食品体系的兼容性仍未被充分表征。研究人员证实aBL以剂量和波长依赖方式诱导L. monocytogenes大量杀灭，并确定420 nm与108 J/cm2辐照量为最优组合，实现最大3.8 log10 CFU/mL降低（其他条件为3–4 log降低）。机制上，aBL分别通过促进活性氧(ROS)和自溶(autolysis)抑制浮游细胞与生物膜。转录组分析显示spxA、kat和recA显著上调（log2(fold change) > 1，padj < 0.001），表明氧化应激防御与DNA修复通路强烈激活。随后在液体、固体及包装食品格式中验证aBL的食品安全适用性，420 nm持续发挥更优效力且保持产品感官品质。值得注意的是，鱼糜(surimi)中硬度、咀嚼性与内聚性显著增强，而弹性与黏附性不变。重要的是，aBL在冷藏条件下保留杀菌活性，凸显其对冷链食品存储的实用价值。这些发现确立aBL作为跨多种食品存储场景下降解L. monocytogenes的有前景、可规模化干预策略。

研究背景：单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes)是革兰氏阳性食源性病原体，在2–4 °C冷藏温度及宽pH与盐度下仍可生长，沿冷链持续存在，对免疫低下人群、孕妇、老人与新生儿致李斯特菌病且死亡率高。现有改性气调包装、化学防腐剂与热处理常损害食品（尤其鱼糜等凝胶类）质地与感官；紫外、脉冲光、冷等离子体与高压处理受穿透深度、设备复杂或基质损伤限制；抗菌光动力灭活(aPDI)需外源光敏剂。抗菌蓝光(aBL, ～400–470 nm)利用内源卟啉光激发产生活性氧(ROS)，无热、无化学残留、兼容透明包装，但针对浮游/生物膜状态的亚细胞与分子机制尚未系统阐明，且未见其在鱼糜冷链包装/非包装场景的报道。研究人员据此假设优化波长与剂量的aBL可在冷藏鱼糜中显著降低该菌浮游与生物膜活性且不损品质，机制由ROS氧化损伤与自溶相关通路介导，并在《Food Chemistry: X》报道了验证结果。

主要关键技术方法：研究以临床分离血清型1/2a单核细胞增生李斯特菌(BNCC185986)为唯一试验菌株，构建定制LED辐照腔（420/430/440/450/460 nm，辐照度20 mW/cm²，剂量0–144 J/cm²，室温与4 °C双温区）进行aBL暴露；采用LIVE/DEAD荧光染色与扫描电镜评估膜完整性与形态；DCFH-DA探针与SOD/CAT酶活试剂盒测定ROS及抗氧化响应；结晶紫定量生物膜、Tris-HCl缓冲OD₆₀₀衰减法测自溶；RT-qPCR与Illumina NovaSeq链特异性转录组（DESeq2分析，阈值|log₂FC|>1、padj<0.05）解析spxA/kat/recA等表达；食品验证涵盖鲜榨橙汁（接种～10⁶ CFU/mL，RT/4 °C存放48 h）与市售荆州鱼糕切片（3×3×0.7 cm³，表面或PE包装外表面接种～10⁶ CFU/g或CFU/mL，420/440 nm、108 J/cm²、RT/4 °C）；品质端用TA.XTplusC质构仪做质地剖面分析(TPA)、TBARS与蛋白羰基测氧化、训练Panel 16人+消费者25人 hedonic 10点标度及三角差异检验评价感官。

研究结果：

3.1 aBL对L. monocytogenes具剂量与波长依赖性杀灭：430 nm初筛显示144 J/cm²达约4 log降低；五波长同剂量（108 J/cm²）比较中420 nm最强（存活降至10^?4，降低3.8 log₁₀ CFU/mL），EC₅₀/EC₉₀为4.2/7.5 J/cm²，显著优于430 nm(10.6/18.3)、440 nm(52.0/108.0)、450 nm(28.0/50.0)与460 nm(22.0/39.0)；LIVE/DEAD染色佐证。

3.2 aBL破坏膜完整性并诱导胞内泄漏：DCFH-DA显示420 nm ROS显著高于440 nm；PI阳性率上升；上清OD₂₆₀/OD₂₈₀证实DNA与蛋白泄漏；SEM见皱缩、膜起泡与塌陷；SOD/CAT酶活上调，表明菌体启动抗氧化防御。

3.3 aBL抑制生物膜并促进自溶：结晶紫定量示420 nm在12 h与36 h生物膜量显著低于对照（p<0.001），440 nm多数时点无效；自溶率在420 nm 12/24/36 h显著升高；转录组见recA上调，提示自溶参与成熟阶段膜架构瓦解。

3.4 转录组揭示分子机制：420 nm 108 J/cm²处理检出646个DEG；kat(log₂FC=1.719, padj<0.001)、spxA、recA极显著上调；KEGG富集于次级代谢/支链氨基酸/卟啉代谢，GO富集于翻译、转运与金属离子结合；cbi/hem与folC/folD/trp/ilvA模块协同上调，提示光氧化应激下卟啉前体补偿性转录。

3.5 aBL在橙汁中降菌且保品质：接种汁RT/4 °C存放48 h后，420 nm降2.1 log₁₀ CFU/mL（440 nm0.9 log），4 °C降幅略低但420 nm仍优；pH在RT轻微波动，PPO相对活性降低，°Brix微升，总多酚不变；16人训练Panel雷达图与25人消费者接受度及三角检验均示感官无显著差异。

3.6 aBL在切片与包装鱼糜中降菌且保品质：切片表面RT下420 nm降2.5 log₁₀ CFU/g（440 nm1.1 log），4 °C同趋势；Mock组RT变色，aBL组外观近对照；pH、蛋白羰基、TBARS因接种而异常者经aBL回稳，无脂质光氧化；TPA示硬度/咀嚼性/内聚性在污染后下降、aBL处理后回升（非蓝光交联而系抑菌减降解）；包装PE袋(420 nm透光86%)外照使袋面RT降3.5 log、内里鱼糜亦显著降菌，色泽L/a/b*无破坏，感官不可辨。

讨论与结论翻译：研究人员指出aBL通过内源卟啉激发产ROS，以剂量-波长依赖方式杀灭L. monocytogenes浮游细胞（膜损、 macromolecule泄漏）并通过recA等上调促自溶瓦解生物膜；420 nm/108 J/cm²为最优参数，在橙汁、裸片鱼糜及PE包装鱼糜之RT/4 °C场景均保持3 log级降菌且不留感官可辨改变，鱼糜质地因抑制腐败菌蛋白酶解而获间接改善；该非热、无残留、透包特性契合FDA/EFSA新型光处理框架，确立aBL为跨液体-固体-包装冷链场景可规模化之L. monocytogenes干预策略。