基于高强度紫外脉冲光的新型食品消毒技术

       确保食品得到适当的清洁和消毒是其生产周期中的关键步骤。长期以来，食品工程领域通常使用低强度紫外线来杀死对人体有害的的微生物。近期，美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员研发了一项基于高强度脉冲紫外光的食品消毒技术，它可以快速消除食品中的病原体（J. Food Eng., doi: 10.1016/j. jfoodeng.2022.111152）。脉冲光方法不像低强度紫外线那样，需要比较长时间才可以杀死微生物。而且在合适的环境下，该方法可以有效替代常规的化学消毒剂或水基消毒剂。

       项目研究负责人Joshua R. Cassar 表示，与其他所有新兴技术一样，这项技术将会保持持续发展，并有望应用于各行各业的卫生设施。

       Ali Demirci 和他的同事在实验中使用了带有三个 16 英寸氙气闪光灯的台式脉冲光系统。 每个闪光灯可以提供不同波长的光照，其中A灯：380–1100 nm， B灯：235–1100 nm， C灯：190–1100 nm。该系统每秒产生三个光脉冲，脉冲宽度为 360 µs。在实验开始之前，研究人员记录了每个闪光灯的能量值和光谱轨迹。

图1 可用于杀死有害的食源性病原体的高强度紫外脉冲光杀菌系统示意图

       为了确定杀菌效果，研究人员针对一系列常见的食源性微生物进行了实验，包括具有不同细胞壁结构（革兰氏阳性或革兰氏阴性）的细菌，其种类有大肠杆菌、鼠伤寒沙门氏菌、单核细胞增生李斯特菌、蜡状芽孢杆菌、黑曲霉和罗克福尔青霉。

       Demirci 的团队发现革兰氏阴性菌（大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌）似乎比革兰氏阳性菌（单核细胞李斯特菌和蜡状芽胞杆菌）对脉冲光更敏感。他们还观察到，革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌对脉冲光的敏感性均高于真菌孢子和细菌内生孢子（A. niger 和 P. roqueforti）。

       此外，研究人员用配备有紫外线阻挡滤光片的B 灯发出的脉冲光处理大肠杆菌培养物，它可以发射可见光（VIS；380–740 nm）、近红外（NIR；700–1080 nm）和 VIS-NIR (400-1080 nm)光谱。对于这三个光谱，研究人员观察到在 75 次无紫外线脉冲后，活的大肠杆菌细胞有适度的减少。他们还通过透射电子显微镜证实，无紫外线脉冲光处理后对细胞形态的损害可以忽略不计。通过比较宽光谱和无紫外线光谱的的实验结果，团队认识到，对脉冲光的杀菌反应因微生物种类的而异，主要归因于光谱的紫外线部分。

图2 新型鸡蛋传送机消毒技术：当鸡蛋沿其长轴旋转时，蛋壳的整个表面都暴露在脉冲紫外线下

       该团队接下来的研究将集中在表征更多微生物在脉冲光下的反应，并在即将进行的脉冲光实验中增加紫外光谱的相对包容性，同时减少可见光和近红外光谱。研究人员强调脉冲光杀菌技术在食品安全领域具有广阔的应用前景，希望该技术能够快速被食品行业采用。在之前的一项研究中，他们设计了一个初具商业规模原型的设备——使用带有氙气闪光灯的传送带来对鸡蛋进行杀菌消毒，展现了其在工业环境中的潜在用途。