《食品科学》：上海海洋大学赵勇教授、王敬敬副教授等：光动力技术在水产品保藏中应用的研究进展

水产品肉质鲜美、营养丰富，深受广大消费者的喜爱，其蛋白质含量丰富，且具有多种易于人体吸收的必需氨基酸。水产品常用的保藏方法主要有冷藏、冷冻、化学保鲜和盐渍等技术，但这些保藏方法都存在不足之处。

光动力灭活（PDI）技术作为一种新兴、高效、环保的非热杀菌技术，近年来在水产品保鲜领域备受关注。现有大量研究表明，PDI技术在水产品中具有较强的灭菌保鲜能力，能够有效杀灭包括单核细胞增生李斯特菌（

Listeria monocytogenes

Vibrio parahaemolyticus

Grimontia hollisae

Staphylococcus aureus

安徽工程大学生物与食品工程学院的李玉锋、上海海洋大学食品学院的王敬敬*、赵勇*等人系统阐述了光敏剂介导PDI杀灭多种水产品中有害微生物的效果及作用机制，并进一步综述了PDI技术在多种水产品保鲜方面的应用研究进展。最后，对未来PDI技术和其他保鲜技术在水产品保鲜中结合应用提出展望，旨在为解决水产品保鲜难题提供新思路与方法学借鉴。

1 光动力技术对水产品保鲜的抑菌机理

PDI技术作为一种绿色环保、安全高效的灭菌保鲜方法，在水产品保鲜领域中展现出了巨大的应用潜力，其核心机制在于光动力效应。PDI技术主要由光敏剂、分子氧（O2）和激发光源3 个部分构成，其作用原理是利用特定波长的光照射含有光敏剂的体系，促使光敏剂从基态跃迁至激发态。激发态的光敏剂可以产生活性氧（ROS），如羟自由基（·OH）、过氧化氢（H2O2）、超氧阴离子自由基（O2-·）和单线态氧（1O2）（图1）。ROS具有很强的氧化能力，可以精准攻击微生物细胞的多个靶点，破坏细菌的结构完整性，有效抑制细菌的生长繁殖，从而实现水产品灭菌保鲜的目的。水产品在捕捞后极易腐败变质，其中微生物污染是导致腐败的主要因素之一，如假单胞菌、希瓦氏菌和单核细胞增生李斯特菌等。PDI技术产生的ROS会对微生物细胞壁、细胞膜、DNA、RNA和蛋白质等靶细胞造成氧化损伤，导致微生物死亡（图2），达到水产品保鲜的效果。

水产品保鲜过程中，PDI技术产生的ROS可以破坏水产品表面微生物细胞壁结构，从而削弱细胞壁对细胞内部的保护功能。Wang Jingjing等研究发现革兰氏阴性菌副溶血性弧菌的细胞壁是PDI技术系统主要的攻击靶点。Li Huihui等研究表明，通过核黄素介导的PDI可以破坏金枪鱼表面沙门氏菌的细胞壁，光照射剂量为9.36 J/cm2和核黄素浓度为150 μmol/L处理会导致细胞壁变形和收缩，光照射剂量增加到15.60 J/cm2时，观察到细胞壁发生更明显的碎裂和阻塞。此外，穿过细胞壁的ROS首先作用于细胞膜，其中1O2能有效破坏水产品表面微生物的膜结构。Qiu Jiafan等研究发现核黄素介导的PDI能够诱导微生物细胞膜的物理和生物损伤，其主要归因于1O2对生物分子内双键的高度反应性，触发细胞膜中蛋白质或脂质的降解。Fujii等研究表明，1O2与细胞膜中脂质成分之间的反应是引发细胞膜损伤的关键机制。Wang Yue等研究发现，1O2的亲电性质使其能够与不饱和脂肪酸等脂质分子发生脂质过氧化反应，这种氧化作用使脂质分子化学结构显著变化，破坏了细胞膜中脂质的有序排列，进而导致细胞膜通透性的异常增加、细胞内外物质交换失衡，影响细胞的正常生理功能。因此，在水产品保鲜领域，PDI技术为其提供了一种高效的非热处理方法。

ROS对水产品中微生物核酸（DNA和RNA）的损伤是PDI技术抑制水产品中微生物生长的重要途经。Wang Jingjing等利用PDI技术灭菌保鲜过程中产生的ROS与L-精氨酸（L-arginine，L-Arg）反应生成NO，而NO与副溶血性弧菌的DNA结合，能够中断弧菌DNA的复制和蛋白质合成，从而有效灭活水产品中副溶血性弧菌。Juan等研究表明，ROS与DNA中含氮碱基和脱氧核糖产生明显的氧化反应，导致DNA碱基的改变或双螺旋结构断裂，进而在微生物进行DNA复制和转录的过程中产生错误，使微生物无法正常合成其生存和繁殖所需的物质，从根本上干扰微生物的正常生长和繁殖机制。同时，微生物细胞内的蛋白质也是ROS作用的重要靶点之一，Huang Jiaming等研究发现，姜黄素介导的PDI使革兰氏阳性菌单核细胞增生李斯特菌的细胞质DNA和蛋白质更易受到损伤。Gong Chen等研究表明，姜黄素介导的PDI破坏了假单胞菌外膜蛋白的高级结构，导致蛋白质分子发生变性，并引起膜蛋白的解离，细菌外膜蛋白的光损伤或降解可能是抑制细菌生长的重要原因之一。ROS还能够氧化蛋白质中的氨基酸残基，从而改变其活性中心结构，进而阻碍微生物细胞内的代谢途径，影响微生物的能量产生和物质合成等关键生理过程，最终抑制其生长和繁殖。因此，在水产品保藏领域，PDI技术通过破坏微生物核酸及诱导蛋白质氧化，可有效抑制微生物的生长与繁殖，从而显著延长水产品的货架期。

2 影响PDI保鲜效果的因素

2.1 光敏剂种类

光敏剂是一种能够吸收特定波长的光子能量，从基态跃迁到激发态，进而通过一系列能量传递或化学反应产生具有强氧化能力的ROS，以引发目标生物分子光化学变化的化合物，且光敏剂主要分为内源性和外源性两类。内源性光敏剂是指微生物细胞（如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等）在细胞质中产生的内源性物质，如原卟啉、细胞色素等；外源性光敏剂则包括人工合成或来源于天然产物的化合物，例如姜黄素、核黄素和补骨脂烯等，其中姜黄素和核黄素作为光敏剂在水产品保鲜领域研究颇多。在水产品保鲜研究中，开发和选择合适的光敏剂已成为备受关注的研究热点之一。

光敏剂的发展历程主要分为3 代，每一代光敏剂都有其独特的优点和应用。第1代光敏剂主要是卟啉类化合物，此类化合物的成分相对复杂。例如，有研究表明使用5,10,15-三-20-卟啉三碘化物作为光敏剂可以有效灭活水产品中的费氏弧菌。第2代光敏剂不仅包括卟啉衍生物，还涵盖了金属酞菁等多种化合物，其成分更加单一，光动力活性更高，且副作用相对较小。Mantareva等研究表明，使用钯（Pd）和锌（Zn）酞菁复合物介导的PDI对嗜水气单胞菌具有显著灭活效果。第3代光敏剂通过结合相关特异性因子，显著提升了光敏剂的靶向作用及特异性，Liu Yihang等研究发现，姜黄素固体脂质纳米颗粒介导的PDI效率高于游离姜黄素，其保存质量也更加稳定。Zeng Qiaohui等使用超声制备琥珀酰化南极磷虾蛋白（SAKP），并选择经SAKP稳定的姜黄素负载乳液作为光敏剂，构建PDI系统有效灭活鲑鱼中99.9%的细菌。综上所述，第3代光敏剂在实际应用中能够更加精准地作用于目标部位，进一步减少对周围正常组织可能造成的损伤，因此在光动力灭菌和保鲜等多个领域展现出更加卓越的应用前景。

水产品中常见光敏剂种类如表1所示。

2.2 分子氧

ROS是水产品PDI保鲜中致使微生物细胞死亡的关键因素，而ROS的产生与分子氧的存在息息相关。目前，PDI技术主要包括两种光动力反应类型：电子转移（I型）和能量转移（II型）。I型反应是激发态的光敏剂与生物分子发生电子转移反应，从而产生O2-·、H2O2和·OH的过程，I型反应特点是PDI技术产生的ROS具有较高的反应活性，易与生物分子发生氧化反应，破坏细菌细胞的生物活性，且对氧的依赖性相对较小，低氧环境下也能发生一定程度的反应。ROS的寿命相对较短，主要在光敏剂分子附近发生反应，在水产品保鲜中不会破坏产品自身质地和营养。II型反应是激发态光敏剂与基态氧分子发生能量转移反应，使氧分子转化为1O2的过程。II型反应产生的1O2也可以破坏细菌细胞的生物活性，其寿命相对较长，反应范围相对较广，但反应对氧的依赖性较强，在水产品灭菌保鲜时需要提供充足的氧才能有效地进行。水产品PDI灭菌保鲜过程中，ROS产生途径并非孤立存在，而是相互影响、相互竞争的关系，细胞内分子氧的浓度和光敏剂的含量水平是两个关键的“调节器”，其共同决定了I型和II型光化学反应的发生概率和反应速率，进而影响1O2和氧自由基的产率。1O2具有较高的反应活性和较短的寿命，能够在其扩散范围内迅速与生物分子发生反应，对细胞造成更为直接和有效的损伤，水产品保藏环境中的氧浓度过低或处于完全缺氧状态时，由于缺乏足够的氧分子参与反应，光化学反应的进行会受到严重阻碍，ROS产率会显著降低，导致PDI保鲜效果变差，反之能高效产生1O2的光敏剂在水产品PDI保鲜过程中能展现出更为理想的效果。因此，选择光敏剂时，其产生1O2的能力成为评估PDI效果的一个重要指标。

2.3 激发光源

激发光源是PDI技术中重要的组成部分，其作用在于激活光敏剂，进而引发光动力效应。光源的选择需综合考虑其与光敏剂吸收光谱的匹配度、输出功率、穿透性、光照区域边界的灵敏度、光谱范围的明确性以及工作性能的稳定性，PDI技术光源主要分为两大类：一类通常由激光器产生，包括金属蒸汽激光器、半导体激光器等。这类光源具有灭活效果良好、操作简便、能耗较低等优点，在PDI技术中得到了广泛应用。激光设备作为一种常用工具，具有高方向性、高单色性和高强度的特点，主要在需要集中能量激发光敏剂的场合中发挥重要作用，激光设备的工作原理基于受激辐射放大，使光在某些物质中得到放大并输出。然而，由于成本相对较高，激光设备的使用范围较为有限，更多应用于一些高附加值水产品的保鲜处理。另一类光源则主要包括白炽灯和发光二极管（light emitting diode，LED），LED作为近年来发展迅速的光源，以其发光效率高、输出功率大、稳定性强、价格低廉且耐用的特点，呈现出替代激光器的趋势。LED光源通过半导体材料中的电子与空穴复合释放光子，发出特定波长的光，适用于多种水产品的保鲜场景，Li Huihui等研究了新型核黄素与蓝光发光LED介导的PDI对沙门氏菌及其生物膜的抗菌效力，并评估了其对金枪鱼沙门氏菌的杀灭效果。Huang Jiaming等探讨了姜黄素和蓝光发光LED介导的PDI对被单核细胞增生李斯特菌污染的鲑鱼质量的影响。Zhang Xijia等阐述了发光LED与传统防腐技术相比具有众多优势，综上，LED在食品和水产品保鲜领域的应用日益广泛。

3 PDI技术对水产品的保鲜作用及优势

3.1 PDI技术对水产品中微生物的影响

PDI技术通过激活内源性或外源性光敏剂产生ROS，有效破坏水产品表面致病微生物的细胞结构和功能，从而提高水产品保鲜贮藏效果。影响水产品保鲜贮藏效果的微生物众多，常见的有副溶血性弧菌、单核细胞增生李斯特菌、腐败希瓦氏菌、沙门氏菌、霍利斯格里蒙特氏菌和溶藻弧菌等。王晓迪等研究发现，姜黄素浓度和柠檬酸质量浓度分别为2 μmol/L和0.5 mg/mL时，PDI技术作用于水产品，其中副溶血性弧菌菌落总数从7.43（lg（CFU/g））降至0（lg（CFU/g））。Deng Xi等研究表明，通过亚甲蓝介导的PDI对副溶血性弧菌具有灭杀作用，且弧菌灭活率大于99.99%。还有研究表明，通过使用姜黄素介导的PDI与L-Arg偶联，可以有效杀死超过8.0（lg（CFU/g））的弧菌，并在虾保鲜研究中得到验证。水产品易被单核细胞增生李斯特菌感染，误食会引起李斯特菌病，尤其对老年人、免疫力低下的成年人、婴儿和孕妇构成严重威胁，Huang Jiaming等研究发现，以姜黄素介导的PDI对鲑鱼表面的单核细胞增生李斯特菌的抑制效果显著，灭菌率可达到99.99%。Li Qianying等研究了小檗碱介导的PDI对鲑鱼灭菌保鲜的作用，结果显示使用50 μmol/L小檗碱溶液可以完全杀死鲑鱼表面单核细胞增生李斯特菌。腐败希瓦氏菌是引起水产品腐败变质的重要菌群，其能够将水产品中的氧化三甲胺还原为三甲胺、二甲胺及甲醛等。檀利军通过构建浓度50 μmol/L姜黄素介导的PDI体系，使其作用于虾表面的腐败希瓦氏菌，结果表明PDI技术对腐败希瓦氏菌清除率达到62%。沙门氏菌作为一种常见的食源性致病菌，在水产品中分布广泛，对水产品保鲜贮藏工作带来严峻挑战，Wang Jingjing等研究发现，核黄素介导的PDI联合微碱性电解水，可以有效灭杀金枪鱼片中5.02（lg（CFU/g））沙门氏菌。Li Huihui等通过新型核黄素和蓝光LED介导的PDI对沙门氏菌及其生物膜的抗菌效力进行评估，结果显示PDI技术杀死了金枪鱼上超过6.0（lg（CFU/g））的沙门氏菌。此外，霍利斯格里蒙特氏菌和溶藻弧菌在水产品中检出率较高，董冬丽等通过水溶性姜黄素介导的PDI对水产品进行处理，水产品表面的霍利斯格里蒙特氏菌和溶藻弧菌分别降低7.98（lg（CFU/g））和7.80（lg（CFU/g）），且灭活率高达99.99%以上。

3.2 PDI技术对水产品的理化性质影响

PDI技术核心机制是通过产生ROS实现靶向杀菌与氧化调控，从而达到水产品保鲜保藏目的。因此，经过PDI技术处理水产品的蛋白质、脂质、水分、质构、色泽及pH值等核心理化特性发生显著变化。水产品保鲜过程中，传统热处理技术会破坏水产品蛋白质的二级、三级结构，使其原本的螺旋、折叠等构象解开，暴露出内部的活性基团。PDI作为一种新型绿色非热灭菌技术，可以有效保持水产品蛋白质性状，提高保鲜贮藏效果。Chen Lu等根据鲑鱼蛋白的十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳条带对比发现，聚乳酸/5-氨基乙酰丙酸（PLA/ALA）膜介导的PDI在贮存鲑鱼中有效地抑制其蛋白质降解，并通过酰胺I带和测量内在荧光分析了鲑鱼蛋白二级、三级结构，结果发现PLA/ALA薄膜有效抑制了α-螺旋和β-转角结构含量的降低，而且延缓了鲑鱼蛋白二级、三级结构的变化，同时发现PDI技术对降低Ca2＋-ATP酶活性有显著效果，有效维持了鲑鱼片中肌球蛋白的完整性。Huang Jiaming等研究发现，经过PDI处理的不同温度条件下保存的鲑鱼样品，其蛋白质含量高于所有对照样品，且组织蛋白酶中内源酶活性受到抑制，极大降低总挥发性盐基氮（TVB-N）的产生，使其TVB-N水平显著低于对照样品中TVB-N水平。此外，蛋白质降解产生的生物胺（bBAs）含量也是不容忽视的化学检测指标，BAs的积累，特别是腐胺（PUT）和尸胺（CAD），是水产品变质的重要诱因。Chen Huiming等研究表明，姜黄素介导PDI处理的鲑鱼鱼片与对照组相比，PDI处理组的PUT和CAD含量显著降低。水产品富含不饱和脂肪酸，其脂肪氧化和分离会产生醛、酮等小分子挥发性物质，出现哈喇味、酸臭味等异味，Zeng Qiaohui等研究发现，通过琥珀酰化蛋白稳定的姜黄素作为光敏剂介导PDI可以杀死鲑鱼中的天然细菌，削弱因细菌作用引起的脂质氧化，而乳液的保护涂层形成了一层屏障，可以阻止氧气渗透到鲑鱼内部，且乳液中的姜黄素分子也能通过清除自由基阻止脂质氧化，处理样品的硫代巴比妥酸反应物值低于对照组，表明PDI技术可以延缓水产品脂质氧化。游离脂肪酸（FFA）是评价脂质氧化程度和水产品新鲜度的关键指标，Gong Chen等研究发现，经过PDI处理的鲟鱼其FFA低于对照组，通过测量鲟鱼的脂肪酶活性发现PDI处理可以显著降低脂肪酶的活性，保护鲟鱼的DHA和EPA在贮存过程中不被氧化，再次证明了PDI技术具有延缓水产品脂质氧化的应用潜力。

水产品新鲜与否和其持水能力变化密切相关，Zeng Qiaohui等通过低场核磁共振观察PDI处理后对鲑鱼片水分子迁移的影响，结果表明，经过PDI技术处理的鲑鱼片同对照样品比较，其保留了大量水分子。有研究表明，PDI技术可以保护肌原纤维蛋白的亲水基团，提高水产品持水能力，在保持水产品新鲜度方面作用突出。水产品在保鲜贮藏期间，其肌肉组织往往因自身内源酶或外源微生物影响而使其原有组织结构遭到破坏，经过PDI技术处理的鲑鱼样品硬度显著高于对照组样品，质构分析表明，PDI技术可以有效保护鲑鱼内部组织结合力，且在组织学切片分析中进一步揭示了肌肉纤维结构的变化，与对照组相比，PDI处理的鲑鱼片具有相对更紧密的肌肉纤维，能够保持鲑鱼肌肉的完整性，延缓肌肉组织结构的破坏和改变。色泽变化是理化性质的外观显现，Wang Jingjing等开发了一种高效的PDI系统，不仅能够有效杀灭金枪鱼片中的致病菌，还能够提高鱼片中肌红蛋白和血红蛋白抗氧化能力，使其测出的色差值远低于对照组，有效维护其色泽和新鲜度。Chen Huiming等通过研究发现，PDI技术可以抑制鲑鱼内源性酶的氧化，有效延缓新鲜鲑鱼片的色变，并通过色度计检验分析证明。Jiao Long等通过对新型卤化姜黄素介导PDI加工的小黄鱼进行色差仪量化分析，结果表明，PDI技术处理后小黄鱼白度（W值）损失的影响最小，再次证实了PDI技术可以有效维持水产品原有色泽，显著减少变色现象的发生。此外，pH值也是判断水产品理化性质影响的重要因素，其能在一定程度上反映水产品酸碱平衡情况和腐败程度，有研究表明，pH值逐渐接近7时，新鲜鲑鱼片和微生物反应产生的氨化合物发生了自溶现象，同时证明PDI技术处理水产品可以延长其pH值趋于7的临界点。总之，通过理化测定评估结果可知，PDI技术处理可以显著提高水产品保鲜效果。

3.3 PDI技术对水产品感官指标影响

感官指标是水产品保鲜效果评判的重要参考依据，水产品感官特性的好坏直接影响着消费者的购买意愿和对产品品质的直观判断。PDI技术对水产品感官指标影响主要体现在外观形态、气味、黏液和滋味等方面。林以琳等在水产品保鲜感官评价中，对新鲜缢蛏的外观、气味、口感等指标进行评分，贮藏4 d时空白组蛏肉的感官总分低于80 分，达到不可食用状态，而PDI组蛏肉的感官总分为87 分，仍表现出良好的新鲜水产品状态，贮藏8 d时PDI组蛏肉的外观才开始变黑，出现酸臭味，达到不可食用状态，表明PDI技术对水产品外观形态、气味等方面具有显著影响。赵淑怡等研究发现，初始感官评分均高于8 分的大黄鱼在贮藏4 d后，仅姜黄素介导的PDI处理组大黄鱼的感官评分仍保持在8 分以上，其他处理组的感官评分均降至7 分以下，且未经PDI处理的大黄鱼表面光泽减弱、腥味显著增强、肉质变软、弹性几乎消失，已无法食用，而PDI处理组的大黄鱼在贮藏8 d后才出现类似感官品质下降的特征。这一结果进一步证实了PDI技术在水产品保鲜中的有效性，尤其是在维持水产品外观、气味和肌肉组织等感官指标方面具有显著的保护作用，能够较好地保持水产品的整体品质。刘丽芳等在牡蛎感官品质评定分析中发现，冷藏条件下保藏6 d后，未经处理的对照组牡蛎肉质失去弹性、色泽发黄、黏液暗沉，且失去了牡蛎特有的气味，而经过PDI处理的牡蛎在相同条件下，肉质略有发软、弹性轻微减弱、色泽呈淡黄色、黏液较为澄清，且保留了牡蛎的固有气味。这表明PDI处理能够有效延缓牡蛎在冷藏过程中的品质劣化，维持其感官特性。氨基酸的含量和组成对水产品的滋味具有重要影响，研究发现，经PDI处理保鲜的鲑鱼，其风味氨基酸（天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸和丙氨酸）的浓度显著高于未经处理的对照组鲑鱼，这一结果表明，PDI技术能够有效延长水产品原有滋味的保留时间，从而在一定程度上提升其风味品质和营养价值。Wang Dehua等通过电子舌评估系统测量PDI处理组鱼虾糜与对照组鱼虾糜保鲜6 d后的味道差异，发现PDI处理组鱼虾糜在鲜味、咸味和回味方面得分较高，而对照组的鱼虾糜具有较高的酸味和涩味，通过仪器检测侧面证明了PDI技术对水产品滋味保持方面具有显著效果。上述研究表明，PDI技术能够在一定程度上延缓水产品感官品质的劣变，保持其新鲜度和食用价值，通过优化PDI技术参数，有望进一步提升水产品保鲜效果，为水产品保鲜技术的发展提供参考。

3.4 PDI技术对水产品货架期的影响

水产品货架期是评价PDI技术保藏效果的重要指标之一，目前诸多研究表明PDI技术在延长水产品货架期方面成效卓越。影响水产品货架期因素众多，如水产品微生物种类和数量、内源酶活性、蛋白质含量和环境条件等，Chen Huiming等将鲑鱼片样品浸泡在姜黄素溶液中后，在暗室中用蓝色发光LED照明60 min然后冷藏贮存，结果发现经过PDI技术处理的新鲜鲑鱼片，其货架期从8 d延长至12 d，表明PDI技术可以显著延长水产品的货架期。Liu Fang等通过研究发现，姜黄素介导的光动力法杀菌的最佳处理条件为光敏剂浓度10 μmol/L和光能密度5.4 J/cm2，在该条件下研究了姜黄素介导的新型光动力激活方法对牡蛎保质期和品质的影响，结果显示PDI技术处理后牡蛎的货架期从8 d延长到12 d。PDI技术还可以通过抑制水产品内源酶活性，减少营养物质的消耗以及有害代谢产物的生成，从内在机制上延缓水产品的衰老和变质过程，最终达到延长水产品货架期的效果，其中脂肪酶、磷脂酶和脂氧合酶是牡蛎内源酶中较为活跃的脂质成分，Zhang Xu等研究表明，将浸泡过姜黄素溶液的牡蛎置于420 nm波长光源（能量密度7.2 J/cm2）下照射2 min后，发现姜黄素介导的PDI可以显著抑制牡蛎内源酶活性，从而延缓牡蛎营养物质的消耗，延长其货架期。蛋白质结构的稳定性与水产品的货架期密切相关，蛋白质变性可能导致水产品质地变化、营养损失以及微生物生长加速，Lu Na等研究发现，利用波长420 nm和能量密度7.2 J/cm2的蓝光LED照射浸泡过姜黄素溶液的牡蛎120 s，可以有效抑制牡蛎蛋白质降解，增强牡蛎保鲜效果，延长其货架期。水产品保藏环境是影响货架期长短的重要因素，Wang Zhiguang等在研究中考察了低温贮藏条件下，采用420 nm波长的LED光源照射10 min姜黄素复合物处理对南滨对虾货架期的潜在影响。结果显示，经过PDI处理后，南滨对虾的货架期显著延长，从传统保藏方法的3 d延长至12 d。总之，PDI技术可以有效延长水产品货架期，为水产品的保鲜提供了新的解决方案。未来的研究将进一步探索PDI技术在水产品保鲜中的最佳应用条件和机制，以实现更高效、更环保的保鲜效果。

3.5 不同保鲜技术对水产品保鲜效果的影响

在水产品保藏领域，PDI技术作为一种新兴的保鲜手段，相较于传统保鲜方法展现出绿色环保、安全高效的特点。传统水产品保鲜技术主要包括盐渍保鲜、低温冷藏、冷冻保鲜、化学保鲜剂保鲜和气调包装保鲜等。这些方法虽能在一定程度上延长水产品的保质期，但在营养成分保留、感官品质维持、安全性及成本等方面仍存在诸多不足。盐渍保鲜作为一种传统的水产品保存方法，可以有效抑制微生物的生长与繁殖，但也可能导致水产品中部分营养成分流失或破坏，从而造成产品品质下降。相比之下，PDI技术可以精准调控ROS的生成，破坏微生物的细胞活性，实现高效灭菌，且灭菌过程较为温和，对水产品的营养成分和感官品质影响较小，能够较好地维持水产品的营养与品质。低温冷藏与冷冻保鲜在水产品保鲜领域中依旧占据重要地位，可以有效延长水产品保鲜时间，但保藏期间严重依赖设备和能源，难以在运输环节实时控菌，容易引发温度波动，进而影响保鲜效果，并且低温冷藏主要抑制细菌繁殖，不能完全灭杀细菌，水产品保鲜时效相对较短，冷冻保鲜则可能破坏水产品细胞结构，导致其水分流失、肉质变硬，长期冷冻还会进一步使品质劣化。Chen Lu等通过比较4 ℃时PDI处理组水产品样品与对照组样品保鲜效果发现，处理组水产品样品放线菌门和拟杆菌门的相对丰度显著低于对照组，肌肉组织完整性和保鲜时效也都远高于普通冷藏保鲜。此外，PDI技术在水产品保鲜过程中对水分和风味物质的保持相对较好。化学保鲜剂在水产品保鲜中的应用具有高效、经济等特点，但化学残留风险是其突出问题。PDI技术采用天然光敏剂及可见光源，不存在化学残留风险，是一种相对环保的保鲜方法，很好地解决了传统化学保鲜的痛点问题。气调包装保鲜具有效率高、易操作、能耗低等诸多优点，但专用设备及运行成本昂贵，对环境和气体的要求高，阻碍了其推广和发展。相较于气调包装技术，PDI技术成本相对较低，在环境依赖性方面，PDI技术不受pH值、温度等因素影响，并且无需复杂的防护措施。综上所述，PDI技术作为一种新兴的保鲜技术，在水产品保鲜领域展现出突出的优势。它不仅能够有效抑制微生物生长、延长保鲜期，还能更好地保留水产品的营养成分和感官品质，同时具备较高的安全性与经济性，具有广阔的应用前景。

4 PDI技术在水产品保鲜领域应用进展

PDI作为一种绿色的非热加工技术，目前在水产品保鲜领域成为研究热点。近年来，水产品因其肉质鲜美和营养丰富而受到青睐，但同时也因其易腐性而对保鲜技术提出更高要求。PDI技术通过ROS可以破坏生物膜，从而灭活水产品中微生物、抑制水产品内源性酶、延缓水产品蛋白质和脂肪酸降解。此外，PDI技术具有安全、高效、低耗等诸多优点，目前在鱼类、甲壳类和贝类等领域已经得到广泛的研究和应用。

4.1 PDI技术在鱼类水产品中的应用

鱼类作为水产品中重要构成部分，其保鲜需求备受关注。PDI作为一种高效环保的非热灭菌技术，目前在鱼类产品保鲜领域的研究颇为广泛，Zeng Qiaohui等通过将蛋白与菊粉共价糖基化，制备出加载姜黄素的偶联物，并利用该偶联物介导的PDI对鲑鱼片进行保鲜贮藏，结果表明其保鲜效果得到显著提高。致病菌是鱼类产品保鲜的重要威胁，Zhu Xiaolin等通过PDI技术杀灭鲑鱼表面副溶血性弧菌，研究结果表明PDI技术对副溶血弧菌的杀菌率达到98.81%。此外，单核细胞增生李斯特菌感染是影响鲑鱼贮藏品质的重要因素，而通过姜黄素或核黄素介导的PDI技术能够有效灭杀鲑鱼表面单核细胞增生李斯特菌，增强鲑鱼保鲜贮藏效果。PDI技术不仅在鲑鱼保鲜中作用突出，也同样被应用于其他鱼类保鲜领域的研究。Jiao Long等制备了载有姜黄素的复合物，通过PDI技术显著延长了小黄鱼保鲜贮藏时间。Wang Jingjing等利用核黄素和蓝光LED光照辐照有效杀死了金枪鱼片上的沙门氏菌。Gong Chen等研究了姜黄素介导的PDI非热灭菌技术对鲟鱼在（4±1）℃贮藏期间的保鲜贮藏效果及灭活鲟鱼假单胞菌的有效方法，结果表明，PDI能够显著抑制假单胞菌属的生长，体外灭活率达99.9%，对延长鲟鱼保鲜期具有显著作用。此外，在实际生产中为防止鱼类产品在运输贮藏等环节中受到污染，在出厂前需要进行一定灭菌包装，Chen Lu等利用PLA/ALA薄膜包装鲑鱼，通过PDI技术有效抑制了鲑鱼上99.9%的天然细菌，并显著降低了滴水损失和延缓脂质氧化。综上所述，PDI技术在鱼类产品的保鲜领域表现出显著的效果。通过不同的研究，证实了PDI技术在延长鱼类产品的货架期、维持新鲜度以及灭杀致病菌方面具有重要作用。因此，PDI技术在鱼类产品保鲜中前景广阔，有望成为提高水产品质量安全和延长保质期的关键技术之一。

常见的PDI保鲜水产品汇总如表2所示。

4.2 PDI技术在甲壳类水产品中的应用

甲壳类产品作为重要的经济类水产品，其肉质鲜美、营养丰富，深受消费者喜爱。然而，甲壳类水产品体内含大量酚氧化酶、ATP酶和蛋白酶等内源性酶类，这些酶在甲壳类动物死亡后变得活跃，导致其肉体黑变、新鲜度降低以及产生腥臭味等腐败变质现象，这不仅影响了甲壳类水产品的感官品质，还降低了其营养价值和食品安全性，最终导致其商业价值的下降。PDI作为一种新兴保鲜技术在甲壳类产品保鲜领域中研究广泛，其货架期变化、内源性酶活性及细菌复制繁殖是判断保鲜效果的重要指标，Wang Zhiguang等通过对凡纳滨对虾进行PDI处理，研究其货架期和嘌呤含量的变化，结果表明，相较于传统的冷藏方法，采用PDI技术后，凡纳滨对虾的保鲜期显著延长。Li Yufeng等通过将蛋白与姜黄素结合制备出新型蛋白质复合物，该复合物介导的PDI技术能显著降低虾体内源性酶活性、TVB-N含量和抑制丙二醛的产生，保持虾在4 ℃贮存或冻融循环处理期间的新鲜度。有研究发现，通过姜黄素和L-Arg的协同作用，建立姜黄素介导的PDI技术与L-Arg偶联灭菌新体系，可以有效中断细菌DNA复制和蛋白质合成，增强对副溶血性弧菌的灭活机制及对虾保鲜贮藏效果。甲壳类水产品在鲜活时易被菌落感染，而PDI技术能在30 min灭杀78.9%和91.2%的异养细菌和弧菌种群。甲壳类水产品在食品加工中的虾鱼糜也极易腐败，通过PDI技术能有效抑制虾鱼糜表面和内部特异性腐败微生物的生长，延缓其品质恶化。此外，食品物流环节中抗菌包装材料也是延长甲壳类水产品货架期的重要因素，Ukwatta等利用玉米淀粉和叶绿素制成复合膜，通过复合膜包装的虾在PDI处理下能保鲜贮藏5 d。总之，诸多研究结果表明，PDI技术在甲壳类水产品保鲜中展现出显著优势，不仅为甲壳类水产品的保鲜技术提供了科学依据，也为其他保鲜技术的发展指明了新的方向。

4.3 PDI技术在贝类产品中的应用

随着贝类产品消费市场的持续增长，贝类产品保鲜技术的研究变得尤为关键。贝类产品具有高水分和高蛋白性质，且多为滤食性动物，极易遭受微生物污染以及内源性酶的作用，导致其品质下降和腐败变质。PDI技术作为一种新兴的保鲜手段，目前在贝类产品如牡蛎、蛤蜊、缢蛏保鲜领域展现出独特的优势，其中PDI对牡蛎研究最为广泛，Chen Bowen等深入探讨了PDI技术在不同温度贮藏条件下对牡蛎品质及货架期的影响，结果表明PDI技术在维持牡蛎肌纤维结构的完整性方面展现出显著效果，有效减缓了贮藏过程中肌原纤维间隙水分的流失，从而抑制了牡蛎质地的软化。Lu Na等探讨了姜黄素介导的PDI对4 ℃冷藏牡蛎蛋白质降解的影响，结果表明PDI技术能有效延缓牡蛎蛋白质降解，为牡蛎保鲜领域的应用提供了理论基础。牡蛎在加工和贮藏过程中，脂质容易发生氧化和水解等反应，产生腥臭味和有害自由基，影响牡蛎的品质和营养价值。有研究发现，通过姜黄素介导的PDI可以显著抑制牡蛎中脂肪酶、磷脂酶A2、磷脂酶C、磷脂酶D和脂氧合酶的活性，同时降低牡蛎表面假单胞菌属和幻霉菌的相对丰度，从而延缓牡蛎脂质降解，使牡蛎保持原本鲜度和风味。PDI技术在保鲜牡蛎的同时，也被证实对牡蛎中的多环芳烃具有降解作用，且最大去除效率可达80.20%，并通过急性和亚急性毒性实验评估了PDI技术处理牡蛎的安全性。此外，PDI技术对蛤蜊、缢蛏保鲜同样有效，Gu Weiming等研究发现，PDI技术有效杀灭了熟蛤蜊副溶血性弧菌，抑制了脂质氧化，对熟蛤蜊保鲜起到关键作用。通过对缢蛏保鲜研究发现，PDI技术利用蓝光LED照射姜黄素溶液浸泡处理的蛏肉，可以有效灭活蛏肉上99.99%的细菌。综上所述，PDI技术在贝类产品保鲜领域展现出巨大的应用潜力，不仅能有效延长产品的货架期，还能提高产品的安全性，为贝类产品的保鲜提供了新的技术手段。随着研究的不断深入，PDI技术有望在未来的水产品安全领域发挥更大的作用。

5 PDI技术在水产品保鲜领域应用的未来展望

5.1 新型光敏剂的开发设计与功能优化

光敏剂在水产品PDI保鲜中至关重要，其性能直接影响保鲜效果。因此，开发新型光敏剂以提升PDI保鲜效果已成为光动力保鲜领域的重要研究方向。ROS产率是决定水产品灭菌保鲜效果的核心因素，开发新型光敏剂要以提升光动力活性和ROS产率为关键目标。此外，光敏剂的水溶性和生物相容性优化亦至关重要，水溶性差的光敏剂易发生团聚和沉淀，不仅会降低光动力反应效率，还可能导致水产品局部变质，开发新型光敏剂要着重考虑水溶性和生物相容性因素。新型光敏剂未来的研究方向应聚焦于天然光敏剂的深度开发，特别是从生物资源中挖掘新型光敏物质，并通过定向修饰技术提高其ROS产率，从而增强PDI对水产品中微生物和有害物质的抑制效果，保障水产品品质和安全性。同时，开发智能响应型光敏剂亦是趋势，例如构建pH值/温度双重响应的光敏剂载体系统，可在水产品腐败导致环境pH值升高时自动解离释放光敏剂，并结合冷链温度变化实现ROS的精准调控，从而达到更佳的灭菌保鲜效果。综上所述，开发新型光敏剂并构建PDI耦合杀菌佐剂新体系，对于推动水产品保鲜贮藏领域的发展具有重要意义。

5.2 深入剖析分子作用机制和构建多技术协同保鲜体系

应通过多组学技术深入研究PDI技术对水产品的保鲜机制，如采用代谢组学分析PDI处理水产品后优势腐败菌的关键代谢通路变化；通过转录组测序揭示光应激相关基因的表达调控网络；结合冷冻电镜技术观察细胞膜脂质过氧化产物的空间分布特征，构建从分子到细胞水平的完整作用图谱。同时建立品质影响的多维度评估感官评价体系，重点研究ROS对呈味物质的影响规律，通过分子动力学模拟揭示ROS与肌球蛋白的结合位点及构象变化，从而优化技术流程，提高PDI技术保鲜效果。PDI技术在水产品保鲜方面效果显著，但分子氧供给量和1O2寿命限制其灭菌效率。针对PDI技术保鲜限制因素，需要构建多技术协同保鲜体系，增强水产品保鲜效果。PDI技术可以同物理场技术耦合应用，如超声技术具有良好的灭菌效果，可以利用空化效应增强光动力杀菌效果，同时需重点评估联合处理对肌肉超微结构的影响，建立肌原纤维蛋白变性程度的预测模型，确保多技术保鲜体系能达到协同增效的目的。总而言之，深入剖析PDI技术分子作用机制和构建多技术协同保鲜体系，将是水产品保鲜领域重要发展趋势，有望为水产品保鲜带来更全面、更高效的解决方案。

6 结语

随着社会经济的发展与消费者健康生活观念的转变，人们对水产品需求量逐年提升。传统保鲜技术可以抑制微生物生长，然而其极易造成水产品营养成分流失和化学试剂残留，对食品安全造成隐患。PDI技术作为一种新型非热灭菌技术，可以通过ROS有效杀灭水产品中致病菌和腐败菌，延长鱼类、甲壳类和贝类等水产品货架期，避免水产品营养组分和风味的破坏。此外，PDI技术在光敏剂水溶性、安全性以及光动力效能等方面仍有提升空间，需要研发新型光敏剂，构建PDI耦合杀菌佐剂新体系。同时注重PDI技术与其他保鲜技术互补结合，提升PDI系统的整体杀菌性能，增强PDI技术在水产品中的保鲜效果。总之，PDI技术因其安全、高效、环保等特点在水产品保藏领域具有重要的应用价值和广阔的发展前景。

引文格式：

李玉锋, 解子维, 董文丽, 等. 光动力技术在水产品保藏中应用的研究进展[J]. 食品科学, 2025, 46(14): 345-356. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241231-266.

LI Yufeng, XIE Ziwei, DONG Wenli, et al. Recent progress on the application of photodynamic inactivation in the preservation of aquatic products[J]. Food Science, 2025, 46(14): 345-356. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241231-266.

实习编辑：安宏琳；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

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