浮游态和生物被膜态致病菌的光动力灭菌研究进展

光动力灭菌是一种新兴的致病菌杀灭技术。它通过光源激发光敏剂,产生活性氧自由基,多靶点作用于细菌细胞膜和DNA,造成氧化损伤并最终导致细菌死亡。传统灭菌方式在应用于食品工业时面临诸多问题,如导致耐药性细菌的出现,难以杀灭生物被膜态细菌,造成食品营养和风味流失,应用成本过高等。光动力灭菌作为非热杀菌技术,不会引发食品的感官变化和营养流失,所需设备简单,不易引发细菌耐药性,并且对细菌(浮游态和生物被膜态)、真菌、甚至孢子都有较好的杀灭作用,近年来受到广泛关注。本文概述光动力灭菌的原理和传统杀菌方法的局限性,重点阐述光动力灭菌在杀灭浮游态细菌和生物被膜态细菌中的应用和研究进展。

光强和光照时间对大肠杆菌光动力灭菌效果的影响

为获得光动力灭菌最佳效果,改变光强和光照时间两个光剂量参数,通过对比实验获得最佳灭菌效果时的光剂量.以质量浓度为0.1mg/mL甲苯胺蓝为光敏剂,灭菌光源为中心波长为660nm、功率为200mW的激光二极管,大肠杆菌为试验菌种,通过细菌平板菌落计数法对比获得灭菌效果.实验发现对大肠杆菌具有灭菌效果,且灭菌效果受光强和光照时间两个光剂量参数的影响,随光强的增强和光照时间的延长,灭菌效果呈现先提高后略有下降,得到光动力灭菌效果存在最佳照射时间和光强的结论.

非热力光动力灭菌技术在食品安全中的研究进展

目前我国食品安全问题形势严峻,加强食品安全方面的技术研究变得愈发重要。病原微生物污染作为食品安全事故的主要诱因,被视为食品工业快速、健康发展的重要威胁之一。传统的高温加工虽然能够有效杀死食源性病菌,但能耗高,食物营养损失大。开发安全、有效、快速、便捷,能最大程度保留营养成分的非热力杀菌技术,一直是食品科研人员的研究方向。非热力光动力技术作为一种有效灭菌技术应运而生,成为食品安全保障的一项新型技术。本文概述一种新型非热力灭菌技术-光动力灭菌技术及其在食品安全中的研究进展。

亚甲基蓝对单增李斯特菌菌膜的光动力杀伤作用

探讨单增李斯特菌(Listeria monocytogenes,LM)生物菌膜的生长特性及亚甲基蓝对LM生物菌膜光动力杀伤作用。通过结晶紫染色法判断与观察LM生物菌膜的形成并用酶标仪在595 nm波长处对其不同生长阶段的生物量进行测定,同时通过细菌平板菌落计数法研究亚甲基蓝对LM生物菌膜的光动力杀伤作用。结果表明:结晶紫染色法可用于定性判断与观察LM生物菌膜,且随着培养时间的延长,LM生物菌膜生物量不断增加,形成的网状结构越来越致密。当光敏剂质量浓度为10μg/mL的亚甲基蓝在光功密度为200 mW/cm2的可见光照射30 min时,即可使LM生物菌膜的失活率达到99.99%以上,其菌落数降低了4.08(lg(CFU/mL))。亚甲基蓝对LM生物菌膜的光动力灭活作用非常显著,其杀伤效果主要取决于光敏剂质量浓度和光照时间。

亚甲基蓝对肠出血性大肠杆菌O157的光动力杀菌技术研究

研究了亚甲基蓝对革兰氏阴性菌肠出血性大肠杆菌O157的光动力杀伤作用的条件参数。采用单因素实验比较了亚甲基蓝浓度、光照时间、孵育时间对O157菌落数的影响。在此基础上运用Box-Behnken的中心组合实验设计,优化了该技术的条件参数,建立了各因子与O157菌落数关系的数学回归模型,确定了最佳的反应条件,即亚甲基蓝浓度为24.08mg/L,光照时间为27.66min,孵育时间为19.00min时,O157的菌落数对数为1.03,与预测的理论值1.00极为接近。

血啉甲醚对单增李斯特菌的光动力灭活作用及机理

通过平板菌落计数法研究血啉甲醚对单增李斯特菌的光动力灭活作用,同时采用聚丙烯酰胺凝胶电泳和聚合酶链式反应分析光动力灭菌技术对单增李斯特菌蛋白降解效果和基因组DNA的损伤程度。实验发现浓度为25μg/mL的血啉甲醚在光功密度为200 mW/cm2的溴钨灯光照射30 m in杀灭了99.9999%的单增李斯特菌,并导致了其蛋白质降解和基因组DNA片段断裂。血啉甲醚对单增李斯特菌的光动力灭活作用非常显著,其灭活机理可能是通过对蛋白质降解和基因组DNA损伤实现的。

亚甲基蓝对大肠杆菌O157的光动力杀伤作用及机理

探讨亚甲基蓝对革兰氏阴性菌肠出血性大肠杆菌O157的光动力杀伤作用及机理。通过细菌平板菌落计数法研究亚甲基蓝对肠出血性大肠杆菌O157的光动力杀伤作用,同时运用实时荧光定量PCR技术和聚丙烯酰胺凝胶电泳观察光动力技术对O157的基因组DNA的损伤程度和蛋白质降解效果。结果表明,当亚甲基蓝的浓度为10 mg/L,可见光(光功密度为200 mW/cm2)光照30 min时,几乎全部的肠出血性大肠杆菌O157能被杀死,并伴随有DNA断裂和蛋白质降解。亚甲基蓝对革兰氏阴性菌肠出血性大肠杆菌O157有非常明显的光灭活效应,其灭活机理可能是对基因组DNA的损伤以及蛋白质的降解。

应用激光共聚焦显微镜观察光动力技术对单增李斯特菌菌膜的灭活作用

以亚甲基蓝(methylene blue,MB)为光敏剂,采用光催化专用氙灯光源(光功率密度为200mW/cm2),通过激光共聚焦扫描显微镜(confocal laser scanning microscope,CLSM)观察法探讨了光动力杀菌技术(anti-microbial photodynamic technology,APDT)对单增李斯特菌(Listeria monocytogenes,LM)菌膜(biofiLM,BF)的灭活作用。结果表明,MB-APDT处理的LM BF经过SYTO9/PI染色后在CLSM下观察,灭活效果区分明显。这一效果由平板菌落计数法得到进一步证实。光照20min,当MB的浓度低至0.1μg/mL时,APDT对于生长8h的BF失活率达到99.7%;当MB浓度为50μg/mL时,几乎全部LM BF失活。当MB浓度为1μg/mL时,光照5min即可使约99.6%生长8h的LM BF失活,也可使约78.7%生长36h的BF失活;当光照时间为30min时,生长8h LM-BF失活率达到99.97%,而生长36h BF失活率也达到99.94%。MB-APDT对LM BF的灭活效果主要取决于MB浓度和光照时间,且杀伤作用非常显著。

金丝桃素-β-环糊精络合物的制备及其在小龙虾保鲜膜中的应用

目的探究魔芋葡甘露聚糖(konjac glucomannan,KGM)、海藻酸钠(sodium alginate,SA)、巴西棕榈蜡(carnaubawax,CW)与金丝桃素-β-环糊精络合物(hypericin-β-cyclodextrin complex,Hyp-β-cd)制备的光敏性保鲜膜在4℃储藏条件下对小龙虾的品质影响。方法将制备的Hyp-β-cd加入到KGM、SA与CW溶液中,采用流延法制备光动力杀菌保鲜膜(KGM/SA/CW/Hyp-β-cd膜),通过核磁共振光谱(nuclear magnetic resonance spectroscopy,NMR)与荧光猝灭法验证了Hyp-β-cd的形成和活性氧(reativ oxygen species,ROS)的生成能力,然后用正交实验法对复合膜的制备进行优化。通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、X射线衍射(X-ray diffrction,XRD)进行表征,最后,以pH、总挥发性盐基氮(total volatile basic nitrogen,TVB-N)、菌落总数及硫代巴比妥酸反应物(thiobarbituric acid reactants,TBARS)值做为指标对保鲜效果进行评估。结果NMR及荧光猝灭的结果表明Hyp-β-cd的形成和ROS的生成,通过正交实验法对复合膜的制备进行优化:KGM含量为0.7%(m/V,下同)、SA含量为1.2%、CW含量为0.6%、Hyp-β-cd含量为0.4%时,复合膜有最优机械性能,拉伸强度为51.84MPa,断裂伸长率为14.27%。SEM证明了各物质在复合膜中的均匀分布。FTIR与XRD结果表明,随着SA、CW与Hyp-β-cd的加入,KGM与SA之间形成氢键,提高了复合膜的物理性能,CW的加入减少了复合膜的微孔隙,其中水接触角从67.5°增加到88.7°,氧气透过率从32.96降低到22.37 m^(3)·μm/m^(2)·day·kPa。由KGM/SA/CW/Hyp-β-cd膜包裹且在黄色LED光源照射处理后的小龙虾,在第8d时TVB-N值为20.37mg/g,菌落总数为6.14lgCFU/g,TBARS值为0.85 mg/kg,pH超过7.6。结论KGM/SA/CW/Hyp-β-cd复合膜具有作为光敏性抗菌包装材料的潜在应用价值。