目前食品杀菌技术大多采用传统的热杀菌技术。热杀菌技术虽然可以有效地杀灭食品中的微生物，但同时也会改变食品本身的一些特性，包括营养成分、风味、色泽和新鲜度。姜黄素介导的光动力冷杀菌技术是一种以姜黄素为光敏剂的新型冷杀菌方法，在保证具有一定杀菌效果的同时，也能保持食品本身的营养成分和感官特性。姜黄素的最大激发波长为425nm[1]，处于激发态的姜黄素将能量传递给周围的氧分子，产生活性氧引起生物大分子氧化和细胞损伤[2-3]，导致食品中的微生物细胞死亡。本文重点介绍了姜黄素介导光动力冷杀菌技术(curcumin-mediatedphotodynamiccoldpasteurizationtechnology,CMPDT)在食品中的应用进展，同时，对影响姜黄素介导光动力冷杀菌技术杀菌效果的因素进行了总结。为未来食品杀菌过程中应用姜黄素介导光动力冷杀菌技术提供参考。
微生物经过CMPDT处理后，其细胞膜以及细胞内成分，特别是蛋白质、RNA和DNA发生了显著变化。通过共聚焦激光扫描显微镜可以观察到生物膜中显著的结构改变和显著降低的黏附能力[12]。BHAVYA等[13]证明，CMPDT能够破坏膜的完整性和渗透性，导致细胞内物质的大量泄漏。此外，除了细胞壁损伤和细胞质物质的释放，在光动力处理洋葱伯克霍尔德氏菌后，还观察到基因组DNA的显著损伤和蛋白质表达的降低。有研究证明[14]，CMPDT可以降低RecA蛋白(一种依赖ATP的蛋白质，参与DNA修复、重组和生物膜形成)的表达，抑制微生物DNA的修复。
姜黄素的光吸收峰在400～500nm，可以被波长<500nm的蓝光激发，进而对食品中的微生物产生杀灭效果。由于蓝光的穿透能力较差，CMPDT通常被认为是一种表面杀菌方法。因此，它主要用于食品或加工设施表面微生物菌的灭活。DEOLIVEIRA等[15]研究表明，将姜黄素溶液(10mg/L,pH3.0)喷洒在接种了大肠杆菌O157∶H7的莴苣、菠菜和番茄上，光照强度为20.4kJ/m2，最终大肠杆菌O157∶H7降低了3lgCFU/mL，对产品的颜色和质地没有不利影响。它能够减少水果和蔬菜上微生物的污染情况，降低食源性疾病的风险。CMPDT还可以延长水果的货架期，AL-ASMARI等[16]对枣进行了实验，喷洒姜黄素的浓度为1～2mmol/L，可以使枣在室温下的保存期延长1倍，并减少腐败微生物的出现。CMPDT不仅对水果、蔬菜等食品有较好的杀菌效果，对于水产品、肉等食品也有一定程度的杀菌效果。表1列举了CMPDT对几种典型食品的杀菌效果。
表1各种食品经姜黄素介导光动力杀菌处理及其效果Table1Theeffectofcurcuminmediatedphotodynamicpasteurizationonvariousfoods
由于CMPDT对食品内部的杀菌效果较差。因此，可以采用和其他冷杀菌技术耦合来增强杀菌效果。通过将CMPDT与超声波处理技术相结合，增强了CMPDT对橙汁的杀菌效果[13]。结果显示，橙汁中金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的菌落总数分别降低了2.35、4.26lgCFU/mL。与单独进行CMPDT处理相比，两种杀菌技术的耦合对食品中的微生物有更好的杀菌效果。HU等[20]研究证明，3.5%明矾和CMPDT处理即食海蜇在4℃条件下的货架期可延长达1个月，与10%明矾作为防腐剂的保鲜效果相似。这显示了两种方法耦合处理作为杀菌和保鲜技术的潜力，以减少食品中化学防腐剂的用量。
CMPDT除与其他冷杀菌技术耦合外，还可以与各种抗生素、抑菌剂以及强金属耦合对微生物进行协同杀菌。CMPDT耦合环丙沙星已经显示了对金黄色葡萄球菌和鼠伤寒沙门氏菌有更好的杀菌效果[23-24]。通过添加钴与姜黄素进行复合，钴-姜黄素复合物的抗菌活性显著增强[25]。这些协同效应表明姜黄素和不同的杀菌材料进行复合，会显著提高姜黄素复合物的抗菌特性。
表2不同冷杀菌技术的比较Table2Comparisonofdifferentcoldpasteurizationtechniques
由于姜黄素在水中的溶解度较低，限制了其在食品基质中的分散性和利用率。为了解决这一问题，GMEZ-ESTACA等[34]开发了电液雾化法制备了直径达1.2μm的姜黄素明胶微粒。包埋后姜黄素的水溶性和利用率都显著提高(分别是市售姜黄素的38.6倍和11.3倍)。LAI等[35]制备了姜黄素-β-环糊精复合物作为新型光敏剂，证实了姜黄素-β-环糊精复合物在蓝光照射下也能产生活性氧，对金黄色葡萄球菌，单增李斯特菌，大肠杆菌有更强的杀菌效果。无论是制备姜黄素明胶微粒，还是制备姜黄素复合物等新型光敏剂都是以提高CMPDT对微生物的杀菌效果为目的，使CMPDT适用于不同类型的食品。
姜黄素浓度是影响CMPDT杀菌效果的重要因素。HUANG等[12]证实了CMPDT与姜黄素浓度有关，采用平板计数法对单增李斯特菌的菌落总数进行检测。当光照强度为0.54J/cm2，姜黄素浓度为0.2μmol/L时，单增李斯特菌的菌落总数减少了4.2lgCFU/mL，当姜黄素浓度增加至1μmol/L时，单增李斯特菌的菌落总数低于平板计数法的最低检测限。但于金珅等[2]发现较高的姜黄素浓度可能会使杀菌效果降低，这可能是因为姜黄素的浓度过高会产生自我屏蔽作用，阻止有效的蓝光传输到姜黄素分子内，可影响CMPDT对微生物的杀菌效果[37]。
除姜黄素浓度外，光照强度也可能会影响CMPDT杀菌效果。当光照强度从0.11μJ/cm2增加到0.54μJ/cm2时，单增李斯特菌的菌落总数显著下降。当光照强度增加到1.62μJ/cm2时，单增李斯特菌的菌落总数低于最低检测限度[12]。当姜黄素浓度为0.75μmol/L时[38]，光照强度从10μJ/cm2增加到100μJ/cm2。金黄色葡萄球菌的菌落总数减少量由1.51lgCFU/mL～7.58lgCFU/mL。光照强度的增加还能增强CMPDT对微生物形成的生物被膜的清除效果，ABDULRAHMAN等[39]发现，当光照强度从5μJ/cm2增加到10μJ/cm2时，生物被膜的清除效果显著增强。
CMPDT已被证明对食品中的多种微生物有效，但针对不同的微生物所产生的杀菌效果并不相同。ZHENG等[8]发现CMPDT处理不同细菌时，要达到相似的杀菌效果，所需要的姜黄素浓度和光照强度等条件是有差异的。PENHA等[40]发现姜黄素介导的光动力冷杀菌技术对微生物杀菌效率的差异是微生物外部结构的差异引起的。CMPDT最主要的作用部位是细菌的外部结构，革兰氏阴性菌呈现复杂的外膜，具有两个脂质双层，作为细胞和环境之间的物理和功能屏障，因此，革兰氏阴性菌对CMPDT有很强的抗性。而大多数革兰氏阳性菌细胞具有由肽聚糖层构成的厚壁，具有相对高的孔隙率和渗透性，这使CMPDT对革兰氏阳性菌有较强的杀灭效果[41]。
食物pH也可能对杀菌效果有一定的影响，大多数食物都是酸性的，但也有例外，比如蛋黄，它是碱性的。对食物酸碱度起主要作用的酸因食品种类而异。例如，苹果中的主要酸是苹果酸，而菠萝中的主要酸是柠檬酸。因为这些酸具有不同的大小和极性，这影响了它们渗透细胞膜的能力。所以会引起细菌细胞的不同反应[42-43]。
酸碱度对杀菌效果的重要性主要体现在两项研究中，第一项研究[42]评估了细胞外酸碱度(4.5～9.5)对大肠杆菌O157∶H7、梅毒螺旋体和单核细胞增生李斯特菌在光照下的杀菌效果。结果显示，革兰氏阳性菌单核细胞增生李斯特菌在显著酸性的酸碱度(4.5)下对光照更敏感，而两种革兰氏阴性菌在显著碱性的酸碱度下更敏感。虽然革兰氏阳性菌在酸性的酸碱度下更高的敏感性可以解释为它们缺乏外膜，但对于革兰氏阴性菌更大的敏感性，作者假设是由于革兰氏阴性菌在碱性环境下膜脂质的皂化作用。第二项研究[42]评估了苹果酸、柠檬酸和乳酸在相同的pH值(4.5)下对4种食源性病原体的影响。其中乳酸是最有效的，其次是柠檬酸和苹果酸。这可能是因为苹果酸只能降低细胞内的酸碱度，而乳酸和柠檬酸在进入细胞时具有破坏细胞膜的额外能力。
CMPDT对食品中的微生物有较好的杀菌效果，延缓食品的腐败，延长货架期，对食品的感官特性影响较小。CMPDT的杀菌效果很大程度上取决于姜黄素在不同食品基质中的溶解度，所以许多研究制备了新型的姜黄素复合材料来提升在食品中的溶解度。CMPDT还可以结合其他冷杀菌技术或其他抗菌剂，对食品中的微生物有更高效的杀灭效果。但CMPDT仍存在一些缺点：(1)不能穿过食品表层，对食品内部进行杀菌，更适用于食品设备以及食品包装材料的表面杀菌;(2)食品中不同种类的微生物、食物的pH都会影响CMPDT的杀菌效果。针对CMPDT的特点，我们可以进一步研究：(1)开发更高效的姜黄素复合物的新型光敏剂，在蓝光的激发下更快速的产生活性氧;(2)提高姜黄素在水环境中的溶解度，还可以提高细胞对姜黄素的摄取量，从而提高光动力杀菌的效率;(3)在食品包装材料中加入姜黄素或姜黄素复合物，在蓝光的照射下，使包装材料本身对食品中的微生物具有一定的杀灭能力。