通过UVA介导的原儿茶酸对食源性病原体进行光动力灭活的机制研究

食品中光动力灭活协同效应及机制研究：以原儿茶酸为例，通过UVA LED（365nm）与30mM PCA联合处理，显著降低大肠杆菌O157:H7、沙门氏菌、单核细胞增生李斯特菌和金黄色葡萄球菌数量（5-7 log CFU/mL），主要机制为单线态氧（Type II反应）引发氧化损伤，同时保持食品物理化学性质稳定。

Ha-Eon Kim|Hyeon-Woo Kim|Do-Kyun Kim

韩国首尔国立大学人类生态学院食品与营养系，首尔08826

摘要

本研究探讨了原儿茶酸（PCA）作为一种天然多酚化合物，在抗菌光动力灭活（PDI）中作为光敏剂的潜力，并阐明了其作用机制。研究了PCA与UVA LED照射（365 nm）联合使用的协同效应，针对包括大肠杆菌O157:H7、鼠伤寒沙门氏菌、单核细胞增生李斯特菌和金黄色葡萄球菌在内的主要食源性病原体进行了实验。当PCA的剂量在20至40 J/cm²范围内时，UVA照射与30 mM PCA联合处理显著增强了细菌的灭活效果。对于大肠杆菌O157:H7、鼠伤寒沙门氏菌和单核细胞增生李斯特菌，在20 J/cm²的剂量下可减少5–7个对数级的菌落数；而金黄色葡萄球菌则需要40 J/cm²的剂量才能达到类似的减少效果；单独使用UVA或PCA则效果甚微（< 1个对数级菌落数）。细胞内活性氧（ROS）的定量分析表明，在UVA照射下PCA作为有效的光敏剂，生成单线态氧（¹O₂）——一种II型ROS——作为导致氧化损伤的主要活性物质。由此产生的氧化应激破坏了细胞结构，包括膜和核酸，最终导致细胞死亡。此外，当将该方法应用于低透光度的食品基质（如葡萄汁）时，UVA + PCA系统能够有效灭活微生物，且不会显著改变pH值、颜色或花青素含量，显示出其在实际食品系统中的应用潜力。综上所述，PCA是一种有前景的天然光敏剂，能够实现高效且保持质量的微生物控制，为果汁灭菌及其他食品工业应用提供了一种环保的方法。

引言

确保食品的微生物安全性是食品工业的主要目标，以防止食源性疾病。虽然传统的热巴氏杀菌法被广泛采用，但它常常会导致食品营养价值和感官品质的不利降解，尤其是在对热敏感的食品中（Petruzzi等人，2017年）。这引发了人们对非热处理技术的兴趣，这些技术可以在不破坏食品特性的同时灭活微生物。其中，紫外线（UV）照射因其杀菌效果且不产生化学残留物而受到关注（Soro等人，2023年）。然而，UV光的应用也面临挑战，因为在高浊度的复杂食品基质中其效果会显著降低（Yoon等人，2022年）。

为了提高基于光的处理效果，光动力灭活（PDI）作为一种强大的抗菌策略被研究出来。该过程利用无毒的光敏剂，在光照激活下生成细胞毒性活性氧（ROS）以诱导微生物死亡（Jiang等人，2014年）。当光被吸收时，光敏剂从基态激发到单线态激发态，随后发生系间跃迁至三线态。在这种活化状态下，光敏剂可以引发两种主要的光化学途径，即I型和II型反应。这两种途径都通过破坏细胞关键功能来导致微生物灭活。在I型机制中，激发的光敏剂将电子或氢原子转移给周围生物分子或分子氧，生成超氧阴离子（O₂·⁻）、过氧化氢（H₂O₂）和羟基自由基（·OH）。相比之下，II型机制涉及激发的三线态光敏剂直接向基态分子氧传递能量，生成单线态氧（¹O₂），这是一种高反应性的物质，能够氧化细胞膜、蛋白质和核酸（Liu等人，2015年；Xu等人，2022年）。近年来，由于对环保和无残留PDI方法的需求不断增加，天然多酚作为光敏剂的应用受到了广泛关注（Dutta等人，2025年；Luksiene & Brovko，2013年）。代表性的天然光敏剂包括没食子酸、姜黄素、核黄素和绿原酸等，这些物质在光照激活下能生成活性氧（Kang & Kim，2024年；Kim等人，2022年；Liu等人，2015年）。

原儿茶酸（PCA）是一种天然存在的多酚化合物，存在于多种水果、蔬菜和草药中，以其强大的抗氧化、抗炎、抗菌和其他健康促进特性而闻名（Deuchande等人，2024年；Wu等人，2022年；Zhang等人，2021年）。尽管其生物活性已被充分记录，并且与其他多酚光敏剂具有结构相似性，但PCA作为PDI系统中用于微生物控制的光敏剂的潜力仍很大程度上尚未被探索。

在紫外线谱中，UVA（315–400 nm）相比UVC具有几个实际优势，包括更深的穿透能力和对食品感官和营养品质的影响较小（Cho等人，2025年；Zhao等人，2023年）。然而，其固有的杀菌活性相对较弱，这限制了其单独使用的效果，尤其是在光学密度高的基质（如果汁）中。为了解决这一限制，人们通常将其与其他抗菌方法（如光敏化和其他物理或化学处理）结合使用，以提高抗菌效果（de Oliveira等人，2021年；Jee & Ha，2021年）。

因此，本研究旨在通过评估PCA与其联合使用的协同抗菌效果来克服UVA处理的局限性。我们在缓冲系统和模型食品基质（葡萄汁）中测试了这种新方法对主要食源性病原体的作用，探讨了其光动力灭活机制，并评估了其对关键品质属性的影响。

实验设置与LED照射

实验设置与之前的研究相同（Cho等人，2025年）。UVA照射使用了一个由四个单元组成的LED模块（365 nm），排列成2×2阵列，由1000 mA DC电源（TPM系列；Toyotech，韩国仁川）供电，并通过铝制散热器进行冷却。样品与LED模块的距离固定为4 cm，通过分光光度计（AvaSpec-ULS2048-USB2-UA-50；Avantes，阿珀尔多恩）测量，样品区域的平均辐照度为45.67 mW/cm²。

UVA LED与PCA联合处理对食源性病原体的杀菌效果

评估了PCA和UVA处理在肉汤培养基中对四种食源性病原体（大肠杆菌O157:H7、鼠伤寒沙门氏菌、单核细胞增生李斯特菌和金黄色葡萄球菌）的杀菌效果（图2）。在UVA照射20剂量的处理终点，大肠杆菌O157:H7、鼠伤寒沙门氏菌和单核细胞增生李斯特菌的菌落数减少了约1.0个对数级。在相同的处理时间内，对照组和30 mM PCA处理的菌落数减少量均小于0.5个对数级。

讨论

多酚化合物已被广泛研究作为能够在光照下生成活性氧的天然光敏剂，从而提高微生物灭活效率（Kim等人，2022年；Wang等人，2023年）。先前的研究表明，几种酚酸和黄酮类化合物在UVA照射下也能生成活性氧，例如没食子酸（λmax ≈ 270 nm）（Cossu等人，2016年）、阿魏酸（λmax ≈ 320 nm）（Liu等人，2025年）和姜黄素（λmax ≈ 425 nm）（de Oliveira等人，

结论

本研究首次证明了UVA照射和原儿茶酸（PCA）的协同抗菌效果。联合处理通过单线态氧这种II型活性氧引起的氧化损伤有效灭活了食源性病原体。这种基于机制的灭活策略能够在保持食品物理化学和营养品质的同时实现高效的微生物控制，表明其在实际应用中的潜力。

作者贡献声明

Ha-Eon Kim：撰写——原始稿件、方法学、实验设计、概念构思。Hyeon-Woo Kim：撰写——原始稿件、方法学、实验设计、概念构思。Do-Kyun Kim：撰写——审稿与编辑、监督、资金获取。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了首尔国立大学的新教师启动基金的支持。