《Postharvest Biology and Technology》：Synergistic photodynamic inactivation of
Escherichia coli using curcumin-trehalose photosensitizer under blue visible light on fresh-cut dragon fruit (
Hylocereus undatus)
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本研究利用姜黄素-海藻糖（CUR-TRE）复合物作为新型光敏剂，在455 nm蓝光激发下探究其对鲜切龙果表面大肠杆菌O157:H7的灭活效果。实验表明，100 μM CUR-TRE在30分钟内实现6.52 log CFU/mL的显著抑制，且处理组在黑暗和光照储存条件下能有效维持果实色泽和营养，抑制PPO和POD活性，使重量损失降至33%，显著优于对照组。该研究为开发绿色食品包装提供了新策略。
Jawaharlal Nehru Garimella|Hritankhi Tripathy|Arvind Kumar|Rama Chandra Pradhan
印度奥里萨邦罗尔凯拉国家技术学院食品加工工程系，邮编769008
摘要
随着人们对可持续且有效的包装解决方案的需求日益增长，这些方案需要确保新鲜切割水果的微生物安全性并延长其保质期，同时不损害其营养价值。本研究旨在探讨姜黄素-海藻糖（CUR-TRE）复合物作为新型光敏剂（PS）在蓝光（455 nm）作用下对新鲜切割火龙果上大肠杆菌 O157:H7的灭活效果。实验结果表明，100 μM的CUR-TRE浓度在蓝光照射30分钟后可将大肠杆菌 O157:H7的菌落数量抑制至3.0 × 101 CFU/mL，实现对菌落数量的6.52对数级减少。此外，使用100 μM CUR-TRE对接种了大肠杆菌的新鲜切割火龙果进行光动力处理后，菌落数量减少了3.47对数级以上。在25 ℃的常温储存条件下，与仅使用CUR、TRE或乙醇处理的样品相比，CUR-TRE处理过的样品果实外观质量更好，颜色变化较小。此外，CUR-TRE-PDI处理还能将新鲜切割火龙果的重量损失延缓至33%（而未经处理的对照组为88%），并在整个储存期间保持了最佳的总酚类、总黄酮类、DPPH和维生素C含量。特别是，储存20天后，PPO和POD的活性分别被显著抑制至1.20 U/g和0.72 U/g。综上所述，CUR-TRE-PDI处理在延长火龙果保质期方面具有巨大潜力。
引言
全球消费者因新鲜切割水果的健康、便捷性和营养价值而对其青睐，这导致其消费量和研究资金投入显著增加（Zou等人，2021年）。在世界大部分地区，这些水果在分销过程中通常放置在室温下并暴露在空气中，因此极易受到微生物污染和表面褐变（Yu等人，2021年）。火龙果（Hylocereus属）原产于墨西哥和中美洲（Korotkova等人，2017年），如今在全球热带和亚热带地区广泛种植，含有丰富的植物化学物质，具有健康益处（García-Cruz等人，2013年）。由于其高度易腐的特性，新鲜切割火龙果特别容易受到病原体的侵害，尤其是大肠杆菌，导致收获后品质迅速下降。不当的处理或储存方式会成为食品安全问题，从而缩短保质期。因此，有效的采后处理对于保持新鲜切割水果的质量至关重要。在这方面，抗菌包装是一种可行的策略，可以抑制水果表面的微生物生长，从而延长其保质期（Xu等人，2025年）。虽然化学防腐剂和传统热处理技术可以保障食品安全和延长保质期，但它们也会破坏食品的营养价值和内部结构（Li等人，2023年）。理想的包装解决方案应具备可靠的抗菌性能。
光动力灭活（PDI）是一种受欢迎的非热处理技术，常用于水果、果汁、肉类产品和其他食品材料的微生物抑制（Ghate等人，2019年）。根据PDI原理，可见光会触发光敏剂（PS）和周围氧气分子生成活性氧（ROS），这些ROS会攻击微生物的细胞膜、蛋白质、脂质和核酸，导致氧化应激并最终导致微生物死亡（Hamblin和Hasan，2004年；Maisch，2007年）（图1）。在多种PS中，姜黄素（CUR）因其光动力抗菌活性而被证明在食品安全领域具有广泛应用前景。先前的研究已成功应用CUR介导的PDI技术控制了多种新鲜切割产品中的大肠杆菌污染，包括樱桃番茄、新鲜苹果（Hyun等人，2022年）、新鲜菠萝（Zou等人，2021年）、新鲜土豆（Yu等人，2021年）和新鲜苹果（Tao等人，2019年）。PDI技术也被用于新鲜梨（Chai等人，2021年）、草莓（Seididamyeh等人，2024年）和新鲜哈密瓜（Zhang等人，2020年）等食品中的微生物抑制。然而，关于火龙果保质期延长的研究较少，尤其是利用光动力技术去除新鲜切割火龙果上大肠杆菌的研究尚未见报道，表明这一领域存在明显的科研空白。
关于使用CUR-糖复合物作为PS的研究也较为有限。同时，非还原性糖类海藻糖（TRE）的抗菌活性也受到了研究关注。已有研究表明，海藻糖与银纳米颗粒结合使用时可增强对分枝杆菌的抗菌效果，并降低细胞毒性（Wijesundera等人，2022年）。基于海藻糖的脂质表面活性剂能够减少大肠杆菌、白色念珠菌和肠球菌等病原体在表面的附着，显示出潜在的抗菌和抗真菌特性（Janek等人，2018年）。这些发现表明，海藻糖及其复合物可能在抗菌策略中发挥作用，无论是通过直接作用还是通过影响病原体的代谢过程。不同化合物通过与海藻糖形成复合物来提高其溶解性和稳定性，使其成为与CUR复合的理想选择。然而，CUR-TRE复合物的抗菌效果，尤其是作为PS时的效果，仍需进一步研究。
本研究的目标是利用CUR-TRE复合物作为PS，探讨其在光动力处理后抑制大肠杆菌 O157:H7和保持新鲜切割火龙果品质方面的效果。通过抑制实验评估了不同浓度的CUR-TRE溶液对大肠杆菌 O157:H7的抗菌效果，并分析了CUR-TRE处理和未处理细菌细胞的存活情况及形态变化。随后，通过将细菌接种到新鲜切割火龙果表面，评估了CUR-TRE介导的光动力处理效果，并与仅使用CUR介导的处理效果进行了比较。最后，研究了储存过程中PDI处理后的新鲜切割火龙果的物理和理化性质。
化学试剂与材料
氯化铝（99.99%，563919，Sigma-Aldrich）、姜黄素（99.5%，97461-SRL）、D(+)海藻糖二水合物（GRM110-HiMedia）、Folin-Ciocalteau酚试剂（47641-Sigma-Aldrich）、戊二醛（25% w/w，RM5927-Himedia）、过氧化氢（50% w/w，18715，Fischer Scientific）、MacConkey山梨醇琼脂培养基（M2981-Himedia）、Luria-Bertani肉汤（M1245-HiMedia）、偏磷酸（239275，Sigma-Aldrich）、o-联苯胺（119904-Molychem）、碘化丙啶（TC252-HiMedia）、平板计数琼脂
确定CUR-TRE作为PS在PDI处理后的抗菌效果
为了研究CUR-TRE作为PS对大肠杆菌 O157:H7的有效浓度，使用4 mM CUR-TRE储备液（浓度范围10–100 μM）进行了实验。未经处理的大肠杆菌 O157:H7（对照组）的菌落数量为108 CFU/mL（图3）。在黑暗条件下，所有浓度下的细菌生长均未显著减少，培养皿上仍布满细菌（图3），表明CUR-TRE的杀菌效果有限
结论
研究结果表明，CUR-TRE在蓝光（455 nm）下作为PS具有显著的抗菌活性，对大肠杆菌 O157:H7具有很强的抑制效果。与仅使用CUR介导的光动力处理相比，CUR-TRE介导的光动力处理在保持新鲜切割火龙果品质方面表现更优
作者贡献声明
Jawaharlal Nehru Garimella：撰写初稿、方法设计、实验设计、数据分析、概念构建。Hritankhi Tripathy：数据可视化、结果验证、软件使用、资源协调、数据分析。Arvind Kumar：数据可视化、结果验证、实验监督、资源管理、数据分析。Rama Chandra Pradhan：撰写修订稿、实验监督、结果验证、资源协调、项目管理、资金申请、概念构建。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究属于“废物转化为财富的可持续有机农业技术”项目，该项目得到了印度企业社会责任（CSR）核心研究基金SAIL RSP的资助。
