《食品科学》：暨南大学吴希阳教授等：壳聚糖-姜黄素光动力协同作用对圣女果食源性致病菌的灭活效果

食源性致病菌是导致食品污染和危害食品安全的主要原因之一。一项多应用于医学领域的杀菌技术——光动力处理（PDT），因具有经济、便捷、无毒残留、无耐药性等优点，已经被开发应用于食品领域。PDT技术的关键要素是光敏剂、特定波长光源和氧气，3 个要素同时存在时可激发产生活性氧，进而攻击灭活细菌。选择无毒无害的光敏剂和光源是PDT进入食品行业的关键。姜黄素（Cur）是一种天然光敏剂、着色剂和调味品，提取于姜黄根茎，本身具有光敏、抗菌、抗炎、抗氧化等活性，可被400～500 nm光激发产活性氧。有学者将

L

-聚赖氨酸、多黏菌素B和壳聚糖（Chi）与光敏剂共价偶联，通过修饰光敏剂以提高PDT灭菌效果。然而，修饰光敏剂可能引发食品安全问题，因此，本实验的研究思路是在PDT技术中添加安全有效的靶向分子Chi。Chi是一种生物可降解、无毒且具有广泛抗菌活性的阳离子聚合物，已作为食品添加剂广泛用于制作可食涂膜并应用于果蔬保鲜。

暨南大学理工学院蓝彩娟、陈洁怡、吴希阳*等人探究Chi-Cur协同PDT对

S. aureus

B. cereus

E. coli

Salmonella

单一菌和混合菌的灭活效果，以及Chi与PDT的协同机理及对圣女果抗菌效果和品质的影响，以期为食品安全生产提供技术支持。

1 Chi的抑菌效果

本研究结果显示Chi对4 种食源性致病菌均有不同程度的抑菌效果，并具有浓度依赖性。如图1所示，0.5% Chi分别使

S. aureus

B. cereus

的菌落总数减少了3.68（lg（CFU/mL））和6.37（lg（CFU/mL）），而使

E. coli

Salmonella

的菌落总数仅分别减少了1.25（lg（CFU/mL））和1.23（lg（CFU/mL）），即Chi对G ＋ 菌的灭活效果明显优于G － 菌。富含阳离子的Chi在静电相互作用下可吸附到菌体表面，破坏其细胞结构和胞内大分子，从而导致细菌死亡。此外，Chi由乙酸配制而成，在酸性环境下，Chi会被广泛质子化，这会增强其与细菌表面阴离子基团中羧基和磷酸基的结合。关于Chi对G ＋ 菌和G － 菌灭活效果的差异，Duan Chao等报道，由于G - 菌有外膜，Chi需要先通过取代外膜的Ca 2＋ 和Mg 2＋ 才能直接以静电相互作用吸附于细菌表面，导致细菌膜裂解，从而达到杀菌效果；而对于无外膜的G ＋ 菌，Chi的多阳离子长链分子结构使其可以直接高效、大面积地吸附于细菌表面，因此灭活效果更佳。本研究探究Chi对PDT协同作用效果的实验中选用Chi的最低抑菌剂量（0.05%）。

2 Chi-PDT对致病菌的灭活效果

PDT和Chi-PDT灭活效果比较

如图2所示，低剂量的Chi（0.05%）可分别使

S. aureus

B. cereus

的菌落总数减少3.05（lg（CFU/mL））和5.62（lg（CFU/mL）），而对

E. coli

Salmonella

无明显灭活作用。100 μmol/L Cur介导的PDT可分别使

S. aureus

B. cereus

E. coli

Salmonella

的菌落总数减少2.96、5.79、0.51、2.35（lg（CFU/mL））。然而，当Chi和PDT共同作用时，菌落总数均可减少约8.00（lg（CFU/mL）），Chi-PDT对

S. aureus

B. cereus

E. coli

Salmonella

的灭活菌落数相比于PDT单独作用分别提升了5.66、1.84、8.18、6.30（lg（CFU/mL）），表明Chi对PDT具有显著的协同增效作用。原因可能是Chi增强了Cur的水溶性，进而促进Cur渗透进入细菌，增强PDT的灭活效果。此外，Chi溶液本身具有黏性和阳离子特性，因此推测Chi可以延长Cur在细菌表面的接触时间，从而加剧PDT对菌体的损伤。

Cur浓度对Chi-PDT抑菌效果的影响

如图3所示，随着Cur浓度的增加，Chi-PDT的抑菌效果逐渐增强。Cur浓度的增加会使活性氧水平增加，从而增强灭菌效果。0.05% Chi-15 μmol/L Cur可分别使

S. aureus

B. cereus

的菌落总数减少7.90（lg（CFU/mL））和7.60（lg（CFU/mL）），而灭活相同数量的

E. coli

Salmonella

则分别需要100 μmol/L和25 μmol/L Cur，说明相比于G ＋ 菌，即使在Chi与PDT协同作用时，也仍然需要更高浓度的光敏剂来杀灭G － 菌。G － 菌表面具有一层复杂外膜，该外膜是阻碍光敏剂渗透至菌体内的物理屏障，推测这是G － 菌对Chi-PDT敏感性较低的关键原因。

光照时间对Chi-PDT灭活效果的影响

如图4所示，Chi-PDT对4 种致病菌的灭活效果随光照时间的延长而增加，最佳灭活效果均出现在光照20 min时，分别使

S. aureus

B. cereus

E. coli

Salmonella

的菌落总数减少了8.00、7.32、4.93、6.06（lg（CFU/mL））。结果表明，Chi-PDT对4 种致病菌的灭活效果均具有光照时间依赖性。光照时间和光功率密度决定光照剂量，有研究表明光照时间对PDT灭活效果的影响大于光功率密度，所以实际食品工业应用过程中可以通过恒定光功率密度、延长光照时间来改善杀菌效果。

3 Chi-PDT对混合致病菌的灭活效果

如图5所示，15 μmol/L Cur介导的PDT仅可使4 种致病菌混合物的菌落总数减少0.91（lg（CFU/mL））。当0.05% Chi和15 μmol/L Cur协同PDT处理混合菌时，其菌落总数减少6.00（lg（CFU/mL）），即Chi-PDT比PDT单独作用时的抑菌量高5.09（lg（CFU/mL）），且对混合菌的灭活效果与单一菌灭活效果相当。表明Chi-PDT无论是对于单一菌还是混合菌，都比PDT具有更好的灭菌效果。

目前，大多数对于非热杀菌技术的研究多专注于探究其对单一菌的灭活效果 。目前鲜有采用非热杀菌技术灭活G ＋ 菌和G － 菌混合物的报道 。

4 致病菌对Cur的吸收

如图6所示，在Chi存在时，4 种致病菌的荧光强度均显著高于无Chi组。

S. aureus

B. cereus

E. coli

Salmonella

中Chi-Cur组的荧光强度分别比Cur组高122.92、80.67、137.75和104.14。2节结果显示Chi可以显著促进PDT的灭菌效果，因此可推测Chi增强了细菌和光敏剂的相互作用，促进了细菌对Cur的吸收。本研究结果证明Chi可以促进Cur吸附渗透进入细菌内，从而改善PDT的灭活效果。

5 Chi-PDT处理后圣女果在保藏期间活菌数和品质变化

5.1

Salmonella

菌落总数的变化

如图7所示，经检测，未经人工染菌前的圣女果表面不携带

Salmonella

，染菌后圣女果表面

Salmonella

的吸附量为6.69（lg（CFU/果））。在保藏前（第0天），100 μmol/L Cur介导的PDT处理对圣女果杀菌效果不显著，然而Chi-PDT可以使

Salmonella

菌落总数显著降低1.62（lg（CFU/果））。保藏18 d后，对照组圣女果的活菌数量较第0天增加了1.07（lg（CFU/果）），PDT处理组活菌数量增加了0.87（lg（CFU/果）），而Chi-PDT处理组活菌数量没有增加。这说明Chi-PDT能有效地杀灭圣女果表面的

Salmonella

，并且0.05% Chi-100 μmol/L Cur涂膜协同PDT处理可以较好地抑制

Salmonella

的生长。

5.2 色泽变化

如表1所示，

L

* 值在保藏过程中显著降低，但在第18天时Chi-PDT处理组仍显著高于对照组，即Chi-PDT组仍具有较好的光泽。

a

* 值在保藏期间升高，但每个观察日内组间无显著差异，而且18 d后，对照组

a

* 值比PDT处理组增幅更大。

b

* 值在整个保藏过程中无明显变化。成熟度（

a

b

* ）在保藏期间持续上升，但在第18天各组间无显著差异，即Chi-PDT处理不会对圣女果的色泽和成熟度产生明显影响。美国农业部曾提出圣女果成熟阶段的

a

b

* 范围应在0.95～1.21之间，而本研究贮藏末期圣女果的

a

b

* 符合这一推荐范围。因此，PDT处理对圣女果品质无不良影响，并且Chi-Cur涂膜协同PDT处理能使圣女果保持较好的色泽。

5.3 硬度变化

在整个贮藏期间，圣女果硬度均在1 300 g左右（表1），同一处理组各监测点间和同一监测点不同组间无明显变化，即PDT和Chi-Cur涂膜协同PDT处理不会对圣女果硬度有负面影响。

5.4 质量损失情况

由图8可知，保藏时间越长，圣女果质量损失率越高。这是因为圣女果在保藏过程中会发生水分流失，所以质量有轻微的下降，但各处理组间没有显著差异。

5.5 外观变化

如图9所示，PDT处理后保藏前（第0天）3 组圣女果在颜色上无明显差异，经18 d保藏后3 组圣女果颜色也无显著差异，这与表1结果相印证，表明PDT处理不影响圣女果外观。经过18 d的保藏后，对照组和PDT组中部分圣女果出现发霉腐烂现象，但Chi-PDT组外观完好，并且图7结果显示对照组和PDT组活菌数量在第18天增长了约1.00（lg（CFU/果）），表明0.05% Chi-100 μmol/L Cur涂膜协同PDT处理能有效抑制

Salmonella

和霉菌的生长繁殖，延长圣女果的保质期。

由此可见，Chi-PDT是一种能有效灭活圣女果表面

Salmonella

的非热杀菌方法，并且Chi-Cur涂膜协同PDT处理能有效抑制

Salmonella

的繁殖，同时不会对圣女果的品质产生不良影响，起到了较好的保鲜效果。

结论

本研究选取Chi作为PDT的协同增效剂，结果表明Chi可通过促进细菌对Cur的吸收从而增强PDT的杀菌效果。Chi-Cur协同PDT处理可有效灭活

S. aureus

B. cereus

E. coli

Salmonella

，其灭活效果与Cur浓度和光照时间呈正相关。PDT结合Chi-Cur涂膜可应用于圣女果的抗菌和保藏。

本研究解决了PDT对G－菌灭活效果不理想这一难题，结合PDT和Chi-Cur涂膜技术，解决了圣女果的抗菌保藏问题。但是本研究还存在一定的局限性，后续研究可聚焦于以下几个方面：1）比较PDT和Chi-PDT对细菌芽孢、真菌孢子和病毒的灭活效果，探究Chi是否对于PDT灭活其他微生物亦具有协同增效作用，以拓宽Chi-PDT技术的应用范围；2）研究PDT和Chi-PDT处理后细菌中吸收Cur受体、细胞膜通透性、氧化应激等相关基因表达的变化情况，从分子层面揭示Chi与PDT的协同增效机理；3）深入探究Chi-PDT对圣女果营养成分（如VC、番茄红素、黄酮类化合物和酚类等）含量的影响，助力开发安全、高效及食品品质友好的食品加工技术。

作者简介

通信作者：

吴希阳，广州暨南大学理工学院食品科学与工程系教授，博士生导师。 现任中国 - 新西兰食品安全与营养保障国际联合研究中心主任。

担任广东省食品安全专家委员会委员、中国微生物学会高级会员、中国食品科学技术学会益生菌分会理事、广东省食品学会常务理事、广东省食品学会益生菌与乳品专业委员会专家委员、国家食品药品监督管理局保健食品审评专家、广东省速度能力研究重点实验室专家委员、广东省应急管理专家委员，广东省企业特派员。广州欧美同学会常务理事，广州市菁英计划出国留学人员评审专家，教育部学位论文抽查评审专家，广东省食品安全委员会风险评估专家组副组长

武汉大学生物系学士，新西兰Otago大学微生物硕士，澳大利亚Wollongong大学生物工程博士，美国康奈尔大学高级访问学者。曾在新西兰国家农业研究所、恒天然乳业、澳大利亚新南威尔士州EMAI农业研究所从事益生菌和微生物产品的研究和应用。

吴希阳教授在国外留学工作12年，2007年由高层次人才引进到暨南大学食品系，一直从事肠道益生菌和益生元以及动物营养与健康的研究与开发。近年来在Applied & Environmental Microbiology, Journal of Functional Foods, PlosOne, Food Microbiology, J Agric Food Chem.等SCI杂志上发表了50来篇论文，核心期刊论文30篇，被国外论文引用400多次，最高单引206次。并拥有1项国际基因专利和5项发明专利。主持参与国家级、省部级科研课题12项，国际合作项目1项，与中粮集团、蒙牛乳业、光明乳业、安利（中国）、卡夫-亨氏、仙乐健康等企业的横向课题11项。已建立益生菌和益生元筛选、功能评估的体内/外平台5个，含3000株乳酸菌和非乳酸菌的菌种库，与广州华侨医院、中山大学附属医院和湘雅医学院开展益生菌的临床转化，与暨南大学体育学院开展运动营养和益生菌的筛选和抗疲劳功能评估。

担任Asia-Pacific Institute of Food Professionals (APIFP) 中国负责人，参与组织了6届Asia-Pacific Probiotics Symposium （2016-2021），并在国际益生菌/肠道菌学术会议上多次担任会议主席和做大会报告，参与国际益生菌标准的制定和修改。任国际食品科技期刊International Journal of Food Science and Technology（SCI）、Frontiers in Microbiology编委和国际食品安全期刊Asia-Pacific Journal of Food Safety and Security 编委，以及多种国际内外期刊审稿人。

第一作者：

蓝彩娟，暨南大学2020级硕士研究生。研究方向：光动力灭菌技术及其在食品的应用。

本文 《壳聚糖-姜黄素光动力协同作用对圣女果食源性致病菌的灭活效果》来源于《食品科学》2023年44卷第21期258-266页，作者：蓝彩娟，陈洁怡，何雨薇，麻春阳，黄蕊，Nima AZARAKHSH，Tanushree GUPTA，吴希阳。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230227-240。点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

实习编辑：渤海大学食品科学与工程学院 王雨婷 ；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

为进一步促进未来食品科学的发展，全面践行“大食物观”的指导思想，持续提升食品科技创新和战略安全。由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，北京工商大学食品与健康学院、北京联合大学生物化学工程学院、河北农业大学食品科技学院、西华大学食品与生物工程学院、大连民族大学生命科学学院、齐齐哈尔大学食品与生物工程学院、河北科技大学食品与生物学院共同主办，北京盈盛恒泰科技有限责任公司、古井集团等企业赞助的“第一届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于 2024年5月16-17日 在 中国 北京 召开。

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