一种维生素介导的光动力杀菌试剂及其使用方法和应用

本发明涉及食品杀菌，尤其是涉及一种维生素介导的光动力杀菌试剂及其使用方法和应用。

背景技术：

1、在食品原材料的处理、加工、包装和储存等各个过程中均可能发生微生物污染。微生物通过利用食品中的营养物质来维持其自身的新陈代谢，并产生代谢废物，使食品的新鲜度下降、货架期缩短，进而导致食品腐败变质。据统计，每年全世界生产的粮食中约有1/3被浪费，此外，食物垃圾的处理还加速了温室气体排放，从而造成重大的经济损失。更严重的是，微生物产生的代谢废物多为对人体有害的毒素，极易引发食品安全问题。

2、微生物灭菌是最大限度地减少微生物污染造成食品损失浪费的一种有效方法。目前已应用各种技术以根除有害微生物并保障食品质量与安全，例如热杀菌和化学方法。然而，这些策略往往会改变食品的营养和感官特性并导致微生物耐药性。近年来，光动力灭活(photodynamic ina ctivation,pdi)以其绿色安全、不产生微生物耐药性、成本低、效率高等优势开始被越来越多的研究人员关注。pdi的原理是通过光敏剂、氧气与光三者结合产生活性氧(reactive oxygen species,ros)，包括单线态氧、羟基自由基、超氧阴离子和过氧化氢，来达到杀菌的目的。具体来说，光敏剂吸收特定波长和能量的光子后，会从基态转变为单重态，再通过系间窜越(isc)激发到三重态，在返回基态的途中与邻近分子发生碰撞导致能量转移，随后产生ros。ros通过氧化微生物细胞内的蛋白、脂质和核酸等大分子最终导致细菌死亡。

3、然而，pdi却也有着明显的缺点：大多数ros的半衰期极短，导致其在溶液或食品基质内难以扩散迁移。正因如此，pdi杀菌依赖实时且持续的光照，一旦移除光源，产生的大多数ros基本上瞬间猝灭失效，无法进一步发挥杀菌作用。此外，pdi应用于固态食品时只能进行表面杀菌，因为寿命极短的ros无法渗透或迁移到食品基质内部进行杀灭。即使把光敏剂预先加入食品内部，但光线无法穿透，因此也无法在内部产生ros杀菌。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种维生素介导的光动力杀菌试剂及其使用方法和应用，以解决目前应用于食品杀菌的pdi方法产生的活性氧半衰期极短、在溶液或基质内难以扩散转移，只能作用于食品表面、无法持续灭菌、需要实时光照、杀菌效率低、细菌没有彻底死亡、应用场景窄、有些光动力光源(例如氙灯)严重发热不利于食品自身品质等缺陷。

2、为实现上述目的，本发明提供一种维生素介导的光动力杀菌试剂，包括以下组分：维生素b2、维生素c和溶剂。

3、优选的，所述溶剂为去离子水、生理盐水和灭菌饮用水中的一种。

4、优选的，维生素b2：维生素c的摩尔比为2.5:1。

5、优选的，维生素b2的工作浓度为不小于5μm。

6、优选的，维生素c的工作浓度大于50μm。

7、一种如上所述的维生素介导的光动力杀菌试剂的使用方法，将维生素b2、维生素c分别溶解后，按比例混合均匀后光照一定时间，采用光照后的溶液浸泡食品或与食品同置于密闭空间进行杀菌。

8、优选的，光照采用led蓝光灯照射1-20min。

9、优选的，浸泡食品指将待杀菌食品浸入光照结束后的溶液取出。

10、一种如上所述的维生素介导的光动力杀菌试剂在食品杀菌中的应用，在杀灭细菌中的应用。

11、维生素b2是一种水溶性维生素，具有极其重要的生理功能，主要参与细胞呼吸链能量产生，蛋白质和一些激素的合成代谢等，是人体不可或缺的微量元素。此外，维生素b2具有良好的光敏特性，这种天然的光敏剂光效高，来源可靠，毒副作用低，已成为食品领域最具潜力的光敏剂之一。此外，由于水溶性维生素经常经尿液从体内排出，因此其可作食品添加剂的量有较大的限度，是一种绿色、安全的食品级光敏剂。

12、维生素c是一种家喻户晓的维生素，同样具有重要的生理功能。该维生素易溶于水，具有很强的还原性，参与人机体复杂的代谢过程，促进生长和对疾病抵抗力，常做营养增补剂和抗氧化剂，是人体必不可少的一种微量元素。同时，维生素c也是一种常见的食品添加剂，其抗氧化性有利于延长食品的货架期，抑制食品氧化变质。

13、pdi杀菌是通过光源持续照射光敏剂溶液/载体，从而在体系中产生ros杀菌。当光敏剂分子—维生素b2受到蓝光照射后会从其基态转变为激发的单重态，再经过isc达到三重态状态。isc是由电子自旋轨道耦合介导的光物理过程，它能够使三重态光敏剂分子与周围分子进行电子或能量转移，从而产生ros(主要是半衰期极短的单线态氧，超氧阴离子等)。在本发明中，我们创新地在体系中引入维生素c时，其能还原三重态光敏剂分子，再与空气中的氧气进一步发生反应使维生素b2再次回到基态的形式并产生大量的半衰期更长且具有杀菌效应的过氧化氢分子。此外，本发明提供的双重维生素介导的光动力杀菌体系还能产生抗坏血酸自由基，羟基自由基等氧化性物质起到辅助杀菌作用，多种活性物质协同作用，从而达到最大的杀菌效率。

14、本发明提供的一种维生素介导的光动力杀菌试剂及其使用方法和应用，其具体技术效果如下：

15、(1)本发明提供的杀菌剂，经led蓝光照射后可以迅速产生高浓度过氧化氢、抗坏血酸自由基和羟基自由基等具有杀菌功能的物质，杀菌功能物质的产率高，仅需led蓝光照射杀菌剂2min，即可对常见的、存活力高的腐败菌——莓实假单胞菌的灭杀率达到99.999％以上；可有效延缓生鲜牛肉在4℃下总菌落数的增殖和挥发性盐基氮的产生，进而延缓牛肉的腐败变质，延长其货架期；过氧化氢的半衰期较长，为几小时至几天，可以大幅延长pdi杀菌持续时间；

16、(2)本发明提供的杀菌剂，既可以将含有高浓度过氧化氢的溶液浸泡食品，也可以利用溶液中挥发出的气态过氧化氢对食品进行熏蒸杀菌，从而实现对食品内部的杀菌；进而彻底弥补传统pdi杀菌过程中渗透和迁移效果差的严重缺陷；

17、(3)本发明提供的杀菌剂，可以使细菌出现破碎、断裂与凹陷，进而彻底灭活细菌；杀灭组分均为食品中所含有的、人体必不可少的维生素，不会改变食品品质，对消费者无任何安全隐患；

18、(4)本发明提供的杀菌剂，是进行光照后产生具有杀菌功能的物质，再对目标物进行灭菌，无需实时光照，使用方便，还可以有效避免pdi杀菌过程中长时间光照对食品品质造成的不良影响，如氙灯光源发热，会导致食品水分流失，影响色泽质构参数等；

19、(5)本发明提供的杀菌方法，所需要的光源为发光二极管(led)，led结构紧凑、发光效率高、波长稳定，不会产生明显的热效应，且耐用性好、使用寿命长、能耗低，有效降低杀菌成本。

技术特征：

1.一种维生素介导的光动力杀菌试剂，其特征在于，包括以下组分：维生素b2、维生素c和溶剂。

2.根据权利要求1所述的一种维生素介导的光动力杀菌试剂，其特征在于：所述溶剂为去离子水、灭菌饮用水、生理盐水中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种维生素介导的光动力杀菌试剂，其特征在于：维生素b2：维生素c的摩尔比为2.5:1。

4.根据权利要求1所述的一种维生素介导的光动力杀菌试剂，其特征在于：维生素b2的工作浓度为不小于5μm。

5.根据权利要求1所述的一种维生素介导的光动力杀菌试剂，其特征在于：维生素c的工作浓度大于50μm。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的维生素介导的光动力杀菌试剂的使用方法，其特征在于：将维生素b2、维生素c分别溶解后，按比例混合均匀后光照一定时间，采用光照后的溶液浸泡食品或与食品同置于密闭空间进行杀菌。

7.根据权利要求6所述的一种维生素介导的光动力杀菌试剂的使用方法，其特征在于：光照采用led蓝光灯照射1-20min。

8.根据权利要求6所述的一种维生素介导的光动力杀菌试剂的使用方法，其特征在于：浸泡食品指将待杀菌食品浸入光照结束后的溶液直接取出。

9.一种如权利要求1-5任一项所述的维生素介导的光动力杀菌试剂在食品杀菌中的应用，其特征在于：在杀灭细菌中的应用。

技术总结
本发明公开了一种维生素介导的光动力杀菌试剂及其使用方法和应用，属于食品杀菌技术领域。本发明提供的杀菌剂，经LED蓝光照射后可以迅速产生高浓度过氧化氢等杀菌功能的活性物质，可彻底灭菌，杀菌率可达到99.999％以上；灭活组分对消费者无任何安全隐患；可有效延缓生鲜牛肉在4℃下总菌落数的增殖和挥发性盐基氮的产生，进而延长其货架期；产生的ROS半衰期较长，可以克服传统PDI杀菌过程中渗透和迁移效果差的严重缺陷并大幅延长杀菌持续时间；所需光源为LED蓝光灯，发光效率高、波长稳定，不会产生明显的热效应，且耐用性好、杀菌成本低；无需实时光照，使用方便，还可以有效避免PDI杀菌过程中长时间光照对食品品质造成的不良影响。

技术研发人员：徐宝才,檀利军,李聪
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：
技术公布日：2025/3/24