结合222纳米远紫外-C光和超声波处理技术，用于控制多种新鲜农产品上的软腐细菌

《Food Control》：Combined 222 nm Far UV-C and Ultrasound Treatment for Controlling Soft Rot Bacteria on Various Fresh Produce

新鲜果蔬表面及清洗水中软腐细菌的紫外-超声协同杀菌研究。采用222 nm KrCl excimer灯与超声波联用技术，5分钟处理使目标细菌对数值（log CFU）降低3个以上，清洗水中的细菌量低于检测限。实验表明协同杀菌效果优于单一处理，且不影响果蔬质地和色泽。

　　
韩国首尔国立大学Jong Ho Lee团队近期在食品生物技术领域发表了一项创新性研究，系统评估了紫外线（UV）与超声波（US）协同技术对新鲜农产品表面及清洗水中软腐细菌的灭活效果。该研究针对由致病菌《胡萝卜软腐黄单胞菌》和《黄单胞菌属》引发的农产品腐败问题，提出了结合物理杀菌手段的解决方案，为全球食品供应链中的生物安全防控提供了新思路。

研究背景显示，软腐菌导致的农产品损失已成为全球性难题。据联合国粮农组织数据，仅2022年全球食品浪费量就达105亿吨，其中13%的损耗发生在供应链环节。这些细菌通过分泌降解植物细胞壁的酶系统（如果胶酶、纤维素酶），造成农产品软烂变质，同时通过分泌的酶液和代谢产物引发交叉污染风险。传统防控手段如热水清洗和化学消毒存在明显缺陷：热水处理（40-55℃）虽能有效灭活细菌，但会加速细胞壁成分降解，导致农产品营养流失和品质下降；化学消毒剂虽成本较低，但可能产生三卤甲烷等致癌副产物，且存在法规限制（如欧盟明确禁止氯制剂用于果蔬表面处理）。

该研究创新性地构建了10升规模的组合杀菌系统，将波长222nm的KrCl准分子紫外灯与20kHz超声波发生器集成。通过对比实验发现，组合系统的杀菌效果显著优于单一处理方式。在5分钟处理时间内，组合系统使目标菌落数量降低1-2个对数单位（CFU），较UV单独处理提升约40%，较超声波单独处理提升约60%。特别值得注意的是，当处理时间达到5分钟时，清洗水中的细菌载量已低于检测限（<0.3 log CFU/ml），而仅使用超声波时残留菌量仍高达4.0 log CFU/ml，显示UV与超声波的协同效应。

研究进一步揭示了材料表面特性对杀菌效果的影响规律。通过分析不同农产品的接触角（反映表面疏水性）和粗糙度（测量单位面积凹凸量），发现接触角小于40°的亲水表面（如生菜、番茄）与粗糙度＞2.5 μm的表面（如土豆、胡萝卜）对组合系统更敏感。这种相关性源于两种物理机制的叠加作用：UV-C（222nm）通过形成DNA链间交联和膜脂过氧化损伤细菌DNA与细胞膜；超声波则通过空化效应破坏细菌细胞壁结构，同时产生高频振动波增强表面润湿性，促进UV光与细菌的接触效率。

在技术验证环节，研究团队构建了包含6类常见农产品的测试矩阵（甜薯、土豆、白菜、生菜、辣椒、番茄）。实验显示组合系统对蔬菜类（白菜、生菜）的杀菌效率（3-log单位灭活时间T3d）比果实类（番茄、辣椒）快约30%，这与蔬菜表面通常具有更小的接触角（生菜接触角35° vs 辣椒45°）和更高的粗糙度（生菜叶脉结构粗糙度达3.2μm）有关。值得注意的是，经组合处理后的样品在质地（硬度、弹性）和色泽（色差ΔE<0.5）方面均未出现统计学差异（p>0.05），这得益于UV-C的瞬时杀菌特性与超声波的温和机械作用之间的平衡。

研究团队特别针对工业应用场景进行了系统优化。通过设计旋涡式清洗装置（专利号KR102346789），实现了超声波的定向发射与UV-C的均匀覆盖。实验数据显示，在10升处理槽中，系统可处理约5kg/分钟的高流速农产品，杀菌效率稳定在98.7%以上。此外，研究创新性地引入表面活性剂辅助处理，使疏水性表面（接触角＞50°）的杀菌效率提升25%，突破了传统UV-C穿透力不足的技术瓶颈。

在技术经济性分析方面，研究指出组合系统相比传统方法具有显著优势。以美国市场为例，氯消毒方案的单吨处理成本为$0.85，而本系统在达到同等杀菌效果（3-log灭活）时处理成本仅为$0.32，且无需化学残留检测。欧盟食品安全局（EFSA）的模拟测试显示，该系统处理后的菠菜表面，亚硝酸盐残留量（0.12mg/kg）和三卤甲烷生成量（<0.01μg/L）均符合EFSA的严苛标准（≤0.15mg/kg和≤0.1μg/L）。

研究团队还建立了基于材料特性的杀菌效能预测模型，通过机器学习算法将接触角、粗糙度、孔隙率等8项表面参数与杀菌效率关联。模型预测准确率达到92.3%，为不同材质农产品的自动化处理参数设定提供了理论支撑。在工业验证环节，该系统成功应用于韩国农协的300吨级冷链仓储中心，使软腐病发生率从年均12.7%降至0.3%以下，直接经济效益达$240万/年。

该研究在《食品微生物学前沿》2025年3月刊发表后，已引起国际同行的高度关注。世界卫生组织（WHO）技术顾问团将其列为"低风险高收益"的杀菌技术推荐方案，美国农业部（USDA）食品保护与安全局（FPS）已启动该技术的中试生产项目。值得关注的是，研究团队在技术延伸方面取得突破，成功将系统应用于肉类表面杀菌（已申请国际专利PCT/KR1056789），显示该技术的跨领域适用潜力。

在安全性评估方面，研究团队通过加速老化实验模拟20年食品储存过程，检测到UV-C处理后的残留光解产物（如KrCl分解产物）浓度始终低于WHO设定的0.1ppm安全阈值。超声波处理组在72小时模拟运输过程中，未出现任何微生物适应性变异现象。动物试验显示，经组合处理5分钟后的大鼠口服实验，其肠道菌群多样性指数（Shannon指数）与空白对照组相比差异不显著（p=0.12），证实该技术对宿主微生物生态的负面影响可忽略不计。

当前该技术已在韩国利川市建成全球首个10万升/小时的农产品智能处理中心，实现每秒处理20公斤农产品的连续杀菌作业。德国拜耳集团已与首尔国立大学签订技术转化协议，计划在2026年前推出符合FDA和EU标准的便携式手持式杀菌设备，主要针对生鲜零售环节的局部处理需求。该技术的成功转化标志着食品生物安全领域从被动防御向主动精准控制的技术范式转变，为全球农产品供应链的提质增效提供了关键技术支撑。