脉冲光灭活大肠杆菌及其机制

《EUROPEAN FOOD RESEARCH AND TECHNOLOGY》：Inactivation of Escherichia coli by pulsed light and its mechanism

　　

摘要

脉冲光（PL）作为一种新型非热灭菌技术，已广泛应用于食品工业中以控制微生物污染。然而，脉冲光处理背后的抗菌机制仍知之甚少。本研究探讨了脉冲光对大肠杆菌的抗菌机制，重点关注脉冲光诱导的细胞形态、超微结构、生化组成、胞内泄漏、代谢活性及膜完整性的变化。扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）结果表明，脉冲光处理严重破坏了大肠杆菌的形态和细胞完整性，在细菌表面引起大量微损伤，并导致表面机械性质发生改变。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）显示，脉冲光处理样本中大肠杆菌的膜脂肪酸和化学结构发生了显著变化。激光共聚焦扫描显微镜（CLSM）显示，脉冲光处理细胞存在严重的形态损伤，破坏了细胞膜完整性，导致胞内DNA和蛋白质泄漏。此外，脉冲光处理抑制了能量代谢和生物合成，导致代谢活性急剧下降。同时，脉冲光处理引起胞内活性氧（ROS）水平大幅升高，从而通过内外两条途径共同导致结构破坏和代谢崩溃，最终加速细胞死亡。最后，脉冲光在大肠杆菌灭活中展现出显著的灭菌效果，累计辐照剂量为1.36 J/cm²的脉冲光在细菌（10? CFU/mL）灭活实验中实现了6个对数以上的减少量。在对脉冲光不同光谱带的灭菌效果分析中，我们发现UVC波段对细菌灭活的贡献最为显著。这些结果表明，脉冲光是一种有效灭活大肠杆菌的技术手段。