《Journal of Food Engineering》：Subzero UV disinfection in refrigerated cabinets using low-pressure mercury lamps: Thermal management and microbiological validation for food cold-chain applications
编辑推荐：
•裸灯低压汞灯在零度以下环境中的254 nm辐照度急剧下降。•石英套管缓解了低温导致的254 nm输出损失。•套管的最佳性能取决于填充气体和温度。•辐照度映射识别了柜内辐照度最低的位置。•柜体验证实现了3.1–7.0 log的灭活效果。引言冷藏加工、冷藏储存和冷冻配送是现代食
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裸灯低压汞灯在零度以下环境中的254 nm辐照度急剧下降。
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石英套管缓解了低温导致的254 nm输出损失。
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套管的最佳性能取决于填充气体和温度。
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辐照度映射识别了柜内辐照度最低的位置。
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柜体验证实现了3.1–7.0 log的灭活效果。
引言
冷藏加工、冷藏储存和冷冻配送是现代食品体系的必要组成部分，但低温环境并不能消除食品安全风险。据估计，全球每年约有6亿人因不安全食品致病、42万人死亡，且受污染的食品接触面或包装表面可能在储存、处理和零售陈列过程中造成交叉污染（世界卫生组织，2024）。近期的研究进一步表明，病原菌可在食品相关表面持续存活（Donkor等，2025；Etaka等，2025），并在实际操作条件下仍具有可转移性（Wang等，2025）。因此，经验证的非化学表面处理手段在冷链设施的卫生设计和过程控制中依然具有极高的现实意义。
化学消毒方法在冷库和冷藏设备中被广泛使用，但在零度以下环境中，其性能可能受到冻结、反应动力学改变、腐蚀风险、残留物管理及食品接触面作业安全等因素的限制（Wu等，2022；Ren等，2024）。这些局限性促使人们更加关注可集成于封闭冷藏空间内并可反复操作的物理、无残留干预手段。
紫外线杀菌照射（UVGI）正是此类手段之一。低压汞灯（LPM）因主要发射波长接近254 nm（核酸吸收峰）而仍被广泛使用，并继续作为紫外线C（UVC）消毒的实用基准光源（Popovi?等，2024）。然而，在冷藏柜中，微生物学效果取决于实际传递的辐照剂量而非单纯灯具安装，而传递的辐照剂量受灯具热行为、柜体几何形状和局部屏蔽的强烈影响。LPM灯的254 nm辐射输出由汞蒸气压力控制，而汞蒸气压力则由灯体汞齐点的温度决定（ASHRAE，2020）。低环境温度和对流冷却可使灯体偏离最佳工作状态，从而急剧降低可用的UVC输出（Lau等，2009；Zhang等，2013）。
尽管UVGI在室温下已被广泛研究，但关于LPM灯在冷藏和冷冻环境中运行时环境温度和辐照度传递之间的定量关联研究仍较少，尤其是将此类测量转化为食品应用中柜体设计指导的研究更为稀缺，包括布局选择、最不利位置辐照度控制和工作循环时间定义（Xiao等，2024；Cankal等，2023；Dóka & Horák，2025）。这一点尤为重要，因为实际决策不仅取决于灯能否发射UVC，还取决于柜体是否能在辐照度最低的位置可靠地传递足够的表面辐照剂量。
因此，本研究考察了传统LPM灯的热状态和254 nm输出的温度依赖性，评估了采用石英套管和填充气体的热管理策略在零度以下环境中恢复UVC输出的效果，并通过微生物学验证评估了优化设计在冷藏柜中的性能。本研究通过将试片级辐照剂量基准与柜体级最不利位置验证相结合，旨在为食品冷链系统中的热管理、布局选择和UV辐照剂量传递提供实用指导。
章节摘要
实验装置与运行条件
所有温度依赖性实验均在可编程高低温试验箱（M/THP1000系列，MUNEE，中国上海）中进行，内部工作容积约为1.0 m3，提供了简化的冷藏柜环境（图1a?b）。选取了5种环境温度（?20、?10、0、10和20 °C），以代表典型的冷冻、冷藏和室温条件。
UV光源为LPM灯（UVC60S15-589，GMY Lighting Technology Co.,
温度对裸LPM灯性能的影响
图2展示了试片平面上254 nm稳态辐照度E254,s（左轴）和裸LPM灯的汞齐点温度Tam（右轴）随环境温度Tair的变化关系。当Tair从?20升至20 °C时，Tam和E254,s均随之增加。E254,s在低温段上升迅速，随着灯体温度升高则逐渐减缓。因此，E254,s在冷冻温度范围（?20至0 °C）内远低于20 °C时的水平，表明裸灯
结论
零度以下储存条件严重损害了未加装套管的LPM灯的辐照剂量传递，表明传统LPM灯的直接使用无法满足冷藏和冷冻空间可靠消毒的需求。将灯体封闭于石英套管内并调节气体环境，可有效稳定灯体热状态并提升杀菌输出。最佳填充气体取决于环境温度，其中Ar在?20和?10 °C时表现最佳，
CRediT作者贡献声明
Diya Shen：撰写—初稿，可视化，验证，软件，方法论，调查研究，形式化分析，数据管理，概念构思。Qing Yuan：撰写—初稿，可视化，验证，软件，调查研究。Fusheng Li：撰写—审阅与编辑，监督，方法论。Xuemei Zhou：撰写—审阅与编辑，监督，资源提供，经费获取，概念构思。Huiqun Fu：撰写—审阅与编辑，监督，资源提供，概念构思。
未引用参考文献
American Society of HeatingRefrigerating and Air-Conditioning Engineers 和 AuthorAnonymous，2020。
资助信息
本工作由国家重点研发计划资助（项目编号：2022YFC3800405）。
利益冲突声明
作者声明不存在任何已知可能影响本文工作的竞争性经济利益或个人关系。
致谢
作者感谢上海利茨照明电器有限公司在脉冲氙灯灯具和驱动器准备方面提供的技术协助。
Diya Shen|Qing Yuan|Fusheng Li|Xuemei Zhou|Huiqun Fu|Qiuyi Han|Shanduan Zhang
