该研究小组在《Chemical Engineering Journal》杂志上发表了一篇题为“酸化可增强花青素的光动力活性,从而增强灭菌效果”的研究性论文。本文第一作者郭振晴硕士,通讯作者张文涛教授。第一作者来自西北农林科技大学。
随着生活水平的不断提升,食品安全变得越来越重要,并逐渐引发了广泛的关注。微生物污染最终导致食品变质潜力,通常被认为是食品废弃物产生和食源性疾病的重要原因之一。为应对这一挑战,已开发出多种物理和化学抗菌方法。然而,常用的化学抗菌剂如苯甲酸及其衍生物存在安全性争议。与此同时,作为一种典型的物理灭菌方法,热处理可能会损害食品的质地、风味和营养价值。在新兴技术中,光动力灭活(PDI)受到越来越多的关注,并被视为一种有前景的细菌灭活策略。光催化抗菌治疗(PCAT)广泛应用于水净化、伤口敷料和食品安全领域,也已成为食品包装的高效方法之一。花青素是水溶性类黄酮的一个亚类,包括青胺素、德蜂尼丁、马尔维丁、毛安丁、啧田尼丁和天精苯,近年来越来越多地被用于营养强化食品和智能包装系统。
在这项研究中,氰苷成为阐明结构-活性关系的模型化合物。氰胺苷在溶液中表现出依赖pH的结构转变,包括黄豆正阳离子、喹啴碱、碳醇碱和钙酮。考虑到食品系统中常见的pH范围,pH为3.0、5.0和7.0的氰苷被选为主要研究对象。本研究首次发现氰苷中结构依赖性光响应。揭示了pH调制下pH值降低时的光动力增强。不同氰胺苷结构的能隙通过密度泛函理论(DFT)计算获得,显示不同pH值下氰苷光动力活性的潜在变化。Zeta电位测量显示,pH降低时氰苷电荷增加,反映了其促进ISC过程。pH 3.0的氰苷具有更优异的ROS生成,显示出对大肠杆菌O157:H7、肠炎、金黄色葡萄球菌和单核细胞增生菌的高效且恒定的广谱失活。氰化酶被掺入卡帕卡拉胶中,分别制备pH值为3.0、5.0、7.0的混合溶液,并制造了KC/氰化蛋白薄膜。最终,利用氰苷依赖pH的光催化行为,成功将氰化蛋白的光催化性能应用于奶酪保存。奶酪变质过程中的自然pH下降为氰化的抗菌活性提供了有效利用的机会,有助于增强防腐效果。这种酸化模式为解决低pH条件下的食物保存挑战提供了新视角,并提出了增强天然光敏剂活性的新策略。