《Food Microbiology》：Effect of Blue Light at different wavelengths on the inactivation of foodborne bacteria: evaluation of microbial susceptibility
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本文聚焦食品工业微生物控制难题，为解决化学消毒剂残留、微生物耐药性及食品腐败与食源性疾病高发等问题，研究人员系统评估了405、420、450 nm三种波长蓝光及其不同剂量（144–1,000 J cm-2）对大肠杆菌、单增李斯特菌等六种关键食源性/腐败细菌的灭活效果。研究发现，微生物响应具有波长和剂量依赖性，405 nm波长的灭活效果最佳，尤其对单增李斯特菌和荧光假单胞菌效果显著，而鼠伤寒沙门菌则表现出较强抗性。该研究为在食品加工中直接应用蓝光作为无残留的物理消毒方法提供了关键的波长与剂量选择依据，具有重要的食品安全应用价值。
每年，全球有数亿人遭受食源性疾病的困扰，其中相当一部分是由沙门菌、李斯特菌、大肠杆菌等致病微生物引起的。在食品加工和储存环节，如何有效控制这些“隐形杀手”，同时避免化学消毒剂带来的残留问题和微生物耐药性风险，一直是食品工业面临的重大挑战。此外，以荧光假单胞菌、枯草芽孢杆菌为代表的腐败微生物也会悄悄破坏食物的品质，造成巨大的经济损失。传统的热力杀菌可能影响食品风味，而紫外线消毒又存在安全隐患。那么，是否存在一种既安全高效，又环保友好的新型消毒技术呢？蓝光技术，作为一种基于光动力原理的非化学方法，正在进入研究者的视野。它利用特定波长的光激发微生物细胞内的天然光敏物质，产生活性氧来摧毁细菌，且不留下任何化学残留。然而，不同波长的蓝光效果有何差异？针对不同的细菌“对手”，应该如何“调光”才能达到最佳“杀伤”效果？为了回答这些问题，一项发表在《Food Microbiology》上的研究为我们提供了深入的见解。
为了系统评估蓝光技术的灭菌潜力，研究人员采用了定性与定量相结合的分析策略。关键技术方法包括：1）使用定制化的单波长LED灯（405, 420, 450 nm）作为蓝光源，通过调节光源与样本距离（2, 5, 10 cm）来实现不同的照射剂量（A, B, C三个范围）；2）定性评估：在琼脂平板上划线接种不同细菌，将平板一半暴露于蓝光下，另一半遮盖作为对照，通过比较生长情况初步判断细菌敏感性与光热效应影响；3）定量评估：采用滴板法将细菌稀释液滴加在平板上，同样分区进行蓝光照射与遮盖处理，通过菌落计数精确计算对数减少值（log CFU/mL），以量化灭活效果。所有实验均设置了未照射的平行对照，并全程监测温度以区分光动力效应与光热效应。研究所用菌株包括来自国际保藏中心（DSMZ）和乌迪内大学（DSA）收藏的食源性与腐败菌标准菌株及分离株。
3.1. 食源性微生物光动力灭活的定性评估
研究人员首先通过定性实验观察了不同波长和剂量下细菌的生长抑制情况。他们发现，在最高剂量范围（A，2cm距离）下，405和420 nm的照射会导致遮盖对照区的细菌也不生长，这是因为LED灯散发的热量使温度超过了大部分细菌的耐受上限（最高达87°C），此时的灭活是光热效应主导的，无法单独评估蓝光本身的作用。而在较低的B、C剂量范围下，对照细菌正常生长，从而可以清晰评估蓝光的纯光动力效应。定性结果显示，在405 nm波长下，单增李斯特菌、鼠伤寒沙门菌、大肠杆菌和荧光假单胞菌均能被灭活；420 nm对单增李斯特菌和荧光假单胞菌有效；而450 nm则对金黄色葡萄球菌和荧光假单胞菌有效。枯草芽孢杆菌在所有条件下都表现出生长，可能是由于其体内存在一种名为YtvA的蓝光响应调节蛋白，帮助其适应了光照环境。
3.2. 食源性微生物蓝光灭活的定量评估
为了排除高温干扰，定量实验聚焦于B和C剂量范围。结果表明，在B剂量下，所有测试细菌均被完全灭活（低于检测限，约7.5 log减少）。尽管此时温度有所升高（40-52°C），但由于对照区长菌正常，说明灭活主要归因于蓝光。在更温和的C剂量下（温度在30-39°C），细菌的响应呈现出显著的波长和种属特异性差异。
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如图5所示，405 nm波长的灭活效果最为显著。其中，单增李斯特菌和荧光假单胞菌最为敏感，在405 nm下分别减少了约7.34 log和7.43 log。其次是420 nm。而450 nm波长对革兰氏阴性菌（如大肠杆菌、鼠伤寒沙门菌）的灭活效果普遍较弱，但对革兰氏阳性菌（如单增李斯特菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌）仍有效。鼠伤寒沙门菌是抵抗力最强的菌种，在405 nm下仅减少约1.13 log。统计分析表明，在C剂量下，波长是影响灭活效果的最主要因素（贡献率67.7%），其次是微生物种类本身（26.2%）。
结论与讨论
本研究系统阐明，蓝光技术是一种能有效灭活多种食源性致病菌和腐败菌的环保方法。其核心结论如下：首先，灭活效果具有明确的波长和剂量依赖性。在相同剂量下，波长越短（405 nm），灭活效果通常越好，这主要是因为细菌内源性的光敏剂（如卟啉类物质）在405 nm附近有最大吸收。其次，微生物敏感性存在种属差异。革兰氏阳性菌（如单增李斯特菌、金黄色葡萄球菌）普遍比革兰氏阴性菌（如大肠杆菌、鼠伤寒沙门菌）更易被蓝光灭活，这与其细胞壁结构更易被穿透以及细胞内源性卟啉含量较高有关。荧光假单胞菌（革兰氏阴性）是个例外，它对405和420 nm高度敏感。最后，操作参数至关重要。高剂量照射会伴随显著的光热效应，可能掩盖纯光动力效应的评估，因此在应用设计中需监控温度或采取冷却措施。
这项研究的意义重大。它首次在同等实验条件下，比较了三种波长蓝光对六种代表性食源细菌的灭活谱，为食品工业针对特定卫生控制目标（如杀灭李斯特菌或进行表面卫生干预）选择最佳波长和剂量组合提供了直接、系统的实验依据。研究证实，405 nm和420 nm蓝光能实现针对多数细菌的3 log以上减少，满足常见的食品安全病原体减少标准，有望作为独立的消毒手段。而450 nm蓝光对革兰氏阳性菌有效，可作为卫生协议的补充。更重要的是，蓝光LED技术不留化学残留、不易诱导微生物耐药性，且设备灵活、寿命长，为食品加工环境和接触表面的绿色、可持续消毒提供了一种极具前景的创新解决方案。未来，在液态食品、真实食品基质及生物膜模型中的进一步研究，将推动这项技术从实验室走向工业化应用。
