姜黄素/辛基没食子酸酯/壳聚糖光动力涂层：具有优异的粘附性和抗菌效果，适用于制备羊肉的保鲜

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Curcumin/octyl gallate/chitosan photodynamic coating with enhanced adhesion and antibacterial efficacy for preservation of prepared mutton

光动力灭活涂层通过自组装结构提升可见光利用率和附着力，显著增强对四种食源性细菌的灭活效果，延长冷藏羊肉保质期1.5倍，并保持三次循环使用后99.99%的杀菌效率，机制涉及细菌膜完整性破坏和氧化应激诱导。

　　

李浩然|倪永生|李玉萌|徐宝才

安徽工业大学食品与生物工程学院，安徽省动物食品绿色制造与资源挖掘重点实验室，教育部生物过程工程研究中心，中国合肥市230009

摘要

光动力灭活（PDI）是一种有前景的非热杀菌技术。然而，其实际应用受到光敏剂低光利用效率和粘附性差的限制。为了解决这些问题，我们开发了一种姜黄素/辛基没食子酸/壳聚糖（COS）涂层。COS通过两阶段自组装过程制备，将姜黄素/辛基没食子酸（CUR/OG）组装体嵌入壳聚糖（CS）基质中。CUR/OG的带隙为2.3 eV，赋予了COS可见光活性。此外，COS表现出良好的粘附性、储存稳定性和光稳定性。与原始CS相比，COS的粘附强度提高了1.3倍。在可见光照射下，它对四种代表性食源性细菌（Pseudomonas fragi、Brochothrix thermosphacta、Escherichia coli O157:H7和Staphylococcus aureus）的数量减少了6.5个对数单位。生化分析表明，COS介导的PDI与细菌细胞膜完整性的破坏、能量代谢的受损以及氧化应激的诱导有关。在可见光下，COS使羊肉的冷藏保质期延长到了未处理对照组的1.5倍。此外，在连续三次用于食品接触表面后，COS介导的PDI仍能保持约99.99%的细菌数量减少效果。本研究提供了一种有效的方法，用于增强光动力涂层的杀菌活性和粘附性，为羊肉的保存提供了有希望的解决方案。

引言

微生物污染不仅会导致肉类变质，还会引发多种食源性疾病（Zhao等人，2023年）。冷藏可以延长加工肉类的保质期。然而，加工后的肉类通常直接接触食品接触表面，容易受到嗜冷腐败菌（如Pseudomonas fragi（Zhou等人，2024年）和Brochothrix thermosphacta（Katiyo等人，2020年）的侵袭，这些细菌会分解蛋白质和脂质，从而加速变质。传统的热处理和化学方法是常见的杀菌方法，但它们往往会影响肉质并留下化学残留物（Tan、Xie和Xu，2025年）。替代的非热技术（如超声波、脉冲电场和冷等离子体）显示出潜力，但通常受到高成本和适用范围的限制（He等人，2025年）。抗菌涂层也被用于肉类保存，但其效用往往受到杀菌活性弱、抗菌谱有限和基底粘附性差的限制（Huang等人，2022年）。

光动力灭活（PDI）是一种新兴的非热、低成本杀菌技术，被广泛认为是食品系统中控制微生物的有效策略（Zhang、Li等人，2025年）。在适当波长的光照射下，光敏剂（PS）可以生成活性氧（ROS），从而破坏细胞结构。产生的特定ROS（如过氧化氢（H?O?）、羟基自由基（·OH）、超氧阴离子（·O?^?）和单线态氧（¹O?）取决于PS的分子结构（Chen等人，2026年）。在食品工业中，几种天然存在的共轭化合物被允许作为PS使用（Chen等人，2026年）。例如，姜黄素（CUR）是从Curcuma longa的根茎中提取的可食用PS（Wang等人，2024年），CUR介导的PDI已被用于灭活Pseudomonas lundensis和B. thermosphacta（Lu等人，2023年）。辛基没食子酸（OG）是一种食品级抗氧化剂，在蓝光照射下已被证明能有效灭活Pseudomonas fluorescens（Shi、Jiang等人，2022年）。然而，PDI的效率常常受到PS内在限制的影响，如稳定性差和电荷分离效率低，因此对其合理优化至关重要（Wei Chen和Po Fang，2022年）。例如，Zeng等人（2024年）将CUR与糖基化南极磷虾蛋白复合，显著提高了其水溶性及稳定性，为提高PS性能提供了有希望的策略。Ou等人（2025年）发现将5-氨基戊二酸接枝到壳聚糖薄膜上可以防止其自氧化，从而提高了PS的稳定性。Tan、Zheng等人（2025年）通过添加二钠5′-肌苷酸来增强核黄素（VB2）的ROS生成能力，提高了PDI的效率。

壳聚糖（CS）是一种从甲壳类动物壳中提取的天然多糖，由于其优异的生物利用性，被广泛用作增强PS稳定性的载体（He等人，2025年；Mohamed等人，2020年）。将PS嵌入CS基质中是开发可控光动力涂层的一个有前景的方法。例如，Pei等人（2022年）利用CS稳定了VB2，有效延缓了猪肉的变质，同时保持了感官品质。Zhang、Li等人（2024年）报告称，姜黄素/壳聚糖涂层介导的PDI通过CS与细菌细胞之间的静电相互作用更有效地灭活了Escherichia coli，成为化学消毒剂的有希望的替代品。Ou等人（2025年）发现将5-氨基戊二酸接枝到CS上可以防止PS自氧化，为PDI的实际应用提供了理论支持。然而，许多现有的基于CS的光动力涂层仍难以在杀菌效果和保存质量之间取得平衡，且其相对较弱的粘附性和有限的光利用性限制了它们的长期性能。此外，大多数研究主要集中在保护食品的上表面（暴露面），而来自食品接触表面的环境腐败菌对下表面的污染则被忽视了。

受上述考虑的启发，本研究旨在开发一种具有增强粘附性和实用性的光动力涂层，用于肉类保存。首先通过氢键和π-π堆叠自组装制备了姜黄素/辛基没食子酸（CUR/OG），然后将其整合到CS中，制备了姜黄素/辛基没食子酸/壳聚糖涂层（COS）。我们系统评估了COS对代表性食源性细菌的广谱杀菌效果，并研究了其背后的抗菌机制。此外，通过加工羊肉的保存实验验证了该涂层的实际可行性。关键的是，评估了其在食品接触表面的循环杀菌性能，以证明涂层的可重复使用性和可持续食品保存的潜力。

材料

姜黄素（Cur，纯度≥98%，CAS：458–37-7）、辛基没食子酸（OG，纯度≥98%，CAS：1034-01-1）、壳聚糖（CS，脱乙酰度≥95%，200–400 mPa·s，CAS：9012-76-4）、冰醋酸、无水乙醇、碘硝基四氮唑（INT）、2′,7′-二氯二氢荧光素二乙酸酯（DCFH-DA）、2,3,5-三苯四氮唑（TTC）和结晶紫染料均购自上海阿拉丁生化科技有限公司（中国上海）。P. fragi和B. thermosphacta来自食品与生物工程学院

COS的制备与表征

COS的合成过程如图1A所示。首先，CUR和OG通过氢键和π-π堆叠形成姜黄素/辛基没食子酸（CUR/OG）组装体，然后通过简单混合步骤将其嵌入壳聚糖（CS）中，得到COS。由于CUR的烯醇结构，其在575 nm处具有最大荧光发射（Mondal等人，2016年）。如图1B所示，CUR/OG的荧光强度比CUR更强，同时保持相同的发射最大值

结论

本研究开发了一种姜黄素/辛基没食子酸/壳聚糖涂层（COS），以解决传统光动力系统的实际限制，特别是提高可见光利用性和基底粘附性。通过将自组装的光敏剂嵌入壳聚糖基质中，COS在冷藏食品环境中实现了稳定的抗菌性能。COS系统在加工羊肉上展示了实际应用性

资助

本研究得到了宁夏回族自治区重点研发计划（资助编号：2023BCFO1041）、安徽省自然科学基金（资助编号：2508085QC075）、安徽省博士后科学研究基金（资助编号：2024C945）和中央高校基本科研业务费（资助编号：PA2025GDSK0094；PA2025GDGP0026）的资助。

CRediT作者贡献声明

李浩然：写作——审稿与编辑、撰写初稿、数据可视化、数据分析、概念构思。倪永生：写作——审稿与编辑、监督、资源提供、项目管理、概念构思。李玉萌：监督、资源提供、方法学设计、数据分析。徐宝才：监督、数据分析。

未引用参考文献

Lin等人，2024年

Shi等人，2021年

Wang等人，2025年

Zhang、Dou、Teng和Ye，2025年

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突或个人关系。