《食品科學》：上海海洋大學趙勇教授、王敬敬副教授等：光動力技術在水產品保藏中應用的研究進展

水產品肉質鮮美、營養豐富，深受廣大消費者的喜愛，其蛋白質含量豐富，且具有多種易于人體吸收的必需氨基酸。水產品常用的保藏方法主要有冷藏、冷凍、化學保鮮和鹽漬等技術，但這些保藏方法都存在不足之處。

光動力滅活（PDI）技術作為一種新興、高效、環保的非熱殺菌技術，近年來在水產品保鮮領域備受關注。現有大量研究表明，PDI技術在水產品中具有較強的滅菌保鮮能力，能夠有效殺滅包括單核細胞增生李斯特菌（

Listeria monocytogenes

Vibrio parahaemolyticus

Grimontia hollisae

Staphylococcus aureus

安徽工程大學生物與食品工程學院的李玉鋒、上海海洋大學食品學院的王敬敬*、趙勇*等人系統闡述了光敏劑介導PDI殺滅多種水產品中有害微生物的效果及作用機制，并進一步綜述了PDI技術在多種水產品保鮮方面的應用研究進展。最后，對未來PDI技術和其他保鮮技術在水產品保鮮中結合應用提出展望，旨在為解決水產品保鮮難題提供新思路與方法學借鑒。

1 光動力技術對水產品保鮮的抑菌機理

PDI技術作為一種綠色環保、安全高效的滅菌保鮮方法，在水產品保鮮領域中展現出了巨大的應用潛力，其核心機制在于光動力效應。PDI技術主要由光敏劑、分子氧（O2）和激發光源3 個部分構成，其作用原理是利用特定波長的光照射含有光敏劑的體系，促使光敏劑從基態躍遷至激發態。激發態的光敏劑可以產生活性氧（ROS），如羥自由基（·OH）、過氧化氫（H2O2）、超氧陰離子自由基（O2-·）和單線態氧（1O2）（圖1）。ROS具有很強的氧化能力，可以精準攻擊微生物細胞的多個靶點，破壞細菌的結構完整性，有效抑制細菌的生長繁殖，從而實現水產品滅菌保鮮的目的。水產品在捕撈后極易腐敗變質，其中微生物污染是導致腐敗的主要因素之一，如假單胞菌、希瓦氏菌和單核細胞增生李斯特菌等。PDI技術產生的ROS會對微生物細胞壁、細胞膜、DNA、RNA和蛋白質等靶細胞造成氧化損傷，導致微生物死亡（圖2），達到水產品保鮮的效果。

水產品保鮮過程中，PDI技術產生的ROS可以破壞水產品表面微生物細胞壁結構，從而削弱細胞壁對細胞內部的保護功能。Wang Jingjing等研究發現革蘭氏陰性菌副溶血性弧菌的細胞壁是PDI技術系統主要的攻擊靶點。Li Huihui等研究表明，通過核黃素介導的PDI可以破壞金槍魚表面沙門氏菌的細胞壁，光照射劑量為9.36 J/cm2和核黃素濃度為150 μmol/L處理會導致細胞壁變形和收縮，光照射劑量增加到15.60 J/cm2時，觀察到細胞壁發生更明顯的碎裂和阻塞。此外，穿過細胞壁的ROS首先作用于細胞膜，其中1O2能有效破壞水產品表面微生物的膜結構。Qiu Jiafan等研究發現核黃素介導的PDI能夠誘導微生物細胞膜的物理和生物損傷，其主要歸因于1O2對生物分子內雙鍵的高度反應性，觸發細胞膜中蛋白質或脂質的降解。Fujii等研究表明，1O2與細胞膜中脂質成分之間的反應是引發細胞膜損傷的關鍵機制。Wang Yue等研究發現，1O2的親電性質使其能夠與不飽和脂肪酸等脂質分子發生脂質過氧化反應，這種氧化作用使脂質分子化學結構顯著變化，破壞了細胞膜中脂質的有序排列，進而導致細胞膜通透性的異常增加、細胞內外物質交換失衡，影響細胞的正常生理功能。因此，在水產品保鮮領域，PDI技術為其提供了一種高效的非熱處理方法。

ROS對水產品中微生物核酸（DNA和RNA）的損傷是PDI技術抑制水產品中微生物生長的重要途經。Wang Jingjing等利用PDI技術滅菌保鮮過程中產生的ROS與L-精氨酸（L-arginine，L-Arg）反應生成NO，而NO與副溶血性弧菌的DNA結合，能夠中斷弧菌DNA的復制和蛋白質合成，從而有效滅活水產品中副溶血性弧菌。Juan等研究表明，ROS與DNA中含氮堿基和脫氧核糖產生明顯的氧化反應，導致DNA堿基的改變或雙螺旋結構斷裂，進而在微生物進行DNA復制和轉錄的過程中產生錯誤，使微生物無法正常合成其生存和繁殖所需的物質，從根本上干擾微生物的正常生長和繁殖機制。同時，微生物細胞內的蛋白質也是ROS作用的重要靶點之一，Huang Jiaming等研究發現，姜黃素介導的PDI使革蘭氏陽性菌單核細胞增生李斯特菌的細胞質DNA和蛋白質更易受到損傷。Gong Chen等研究表明，姜黃素介導的PDI破壞了假單胞菌外膜蛋白的高級結構，導致蛋白質分子發生變性，并引起膜蛋白的解離，細菌外膜蛋白的光損傷或降解可能是抑制細菌生長的重要原因之一。ROS還能夠氧化蛋白質中的氨基酸殘基，從而改變其活性中心結構，進而阻礙微生物細胞內的代謝途徑，影響微生物的能量產生和物質合成等關鍵生理過程，最終抑制其生長和繁殖。因此，在水產品保藏領域，PDI技術通過破壞微生物核酸及誘導蛋白質氧化，可有效抑制微生物的生長與繁殖，從而顯著延長水產品的貨架期。

2 影響PDI保鮮效果的因素

2.1 光敏劑種類

光敏劑是一種能夠吸收特定波長的光子能量，從基態躍遷到激發態，進而通過一系列能量傳遞或化學反應產生具有強氧化能力的ROS，以引發目標生物分子光化學變化的化合物，且光敏劑主要分為內源性和外源性兩類。內源性光敏劑是指微生物細胞（如金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等）在細胞質中產生的內源性物質，如原卟啉、細胞色素等；外源性光敏劑則包括人工合成或來源于天然產物的化合物，例如姜黃素、核黃素和補骨脂烯等，其中姜黃素和核黃素作為光敏劑在水產品保鮮領域研究頗多。在水產品保鮮研究中，開發和選擇合適的光敏劑已成為備受關注的研究熱點之一。

光敏劑的發展歷程主要分為3 代，每一代光敏劑都有其獨特的優點和應用。第1代光敏劑主要是卟啉類化合物，此類化合物的成分相對復雜。例如，有研究表明使用5,10,15-三-20-卟啉三碘化物作為光敏劑可以有效滅活水產品中的費氏弧菌。第2代光敏劑不僅包括卟啉衍生物，還涵蓋了金屬酞菁等多種化合物，其成分更加單一，光動力活性更高，且副作用相對較小。Mantareva等研究表明，使用鈀（Pd）和鋅（Zn）酞菁復合物介導的PDI對嗜水氣單胞菌具有顯著滅活效果。第3代光敏劑通過結合相關特異性因子，顯著提升了光敏劑的靶向作用及特異性，Liu Yihang等研究發現，姜黃素固體脂質納米顆粒介導的PDI效率高于游離姜黃素，其保存質量也更加穩定。Zeng Qiaohui等使用超聲制備琥珀酰化南極磷蝦蛋白（SAKP），并選擇經SAKP穩定的姜黃素負載乳液作為光敏劑，構建PDI系統有效滅活鮭魚中99.9%的細菌。綜上所述，第3代光敏劑在實際應用中能夠更加精準地作用于目標部位，進一步減少對周圍正常組織可能造成的損傷，因此在光動力滅菌和保鮮等多個領域展現出更加卓越的應用前景。

水產品中常見光敏劑種類如表1所示。

2.2 分子氧

ROS是水產品PDI保鮮中致使微生物細胞死亡的關鍵因素，而ROS的產生與分子氧的存在息息相關。目前，PDI技術主要包括兩種光動力反應類型：電子轉移（I型）和能量轉移（II型）。I型反應是激發態的光敏劑與生物分子發生電子轉移反應，從而產生O2-·、H2O2和·OH的過程，I型反應特點是PDI技術產生的ROS具有較高的反應活性，易與生物分子發生氧化反應，破壞細菌細胞的生物活性，且對氧的依賴性相對較小，低氧環境下也能發生一定程度的反應。ROS的壽命相對較短，主要在光敏劑分子附近發生反應，在水產品保鮮中不會破壞產品自身質地和營養。II型反應是激發態光敏劑與基態氧分子發生能量轉移反應，使氧分子轉化為1O2的過程。II型反應產生的1O2也可以破壞細菌細胞的生物活性，其壽命相對較長，反應范圍相對較廣，但反應對氧的依賴性較強，在水產品滅菌保鮮時需要提供充足的氧才能有效地進行。水產品PDI滅菌保鮮過程中，ROS產生途徑并非孤立存在，而是相互影響、相互競爭的關系，細胞內分子氧的濃度和光敏劑的含量水平是兩個關鍵的“調節器”，其共同決定了I型和II型光化學反應的發生概率和反應速率，進而影響1O2和氧自由基的產率。1O2具有較高的反應活性和較短的壽命，能夠在其擴散范圍內迅速與生物分子發生反應，對細胞造成更為直接和有效的損傷，水產品保藏環境中的氧濃度過低或處于完全缺氧狀態時，由于缺乏足夠的氧分子參與反應，光化學反應的進行會受到嚴重阻礙，ROS產率會顯著降低，導致PDI保鮮效果變差，反之能高效產生1O2的光敏劑在水產品PDI保鮮過程中能展現出更為理想的效果。因此，選擇光敏劑時，其產生1O2的能力成為評估PDI效果的一個重要指標。

2.3 激發光源

激發光源是PDI技術中重要的組成部分，其作用在于激活光敏劑，進而引發光動力效應。光源的選擇需綜合考慮其與光敏劑吸收光譜的匹配度、輸出功率、穿透性、光照區域邊界的靈敏度、光譜范圍的明確性以及工作性能的穩定性，PDI技術光源主要分為兩大類：一類通常由激光器產生，包括金屬蒸汽激光器、半導體激光器等。這類光源具有滅活效果良好、操作簡便、能耗較低等優點，在PDI技術中得到了廣泛應用。激光設備作為一種常用工具，具有高方向性、高單色性和高強度的特點，主要在需要集中能量激發光敏劑的場合中發揮重要作用，激光設備的工作原理基于受激輻射放大，使光在某些物質中得到放大并輸出。然而，由于成本相對較高，激光設備的使用范圍較為有限，更多應用于一些高附加值水產品的保鮮處理。另一類光源則主要包括白熾燈和發光二極管（light emitting diode，LED），LED作為近年來發展迅速的光源，以其發光效率高、輸出功率大、穩定性強、價格低廉且耐用的特點，呈現出替代激光器的趨勢。LED光源通過半導體材料中的電子與空穴復合釋放光子，發出特定波長的光，適用于多種水產品的保鮮場景，Li Huihui等研究了新型核黃素與藍光發光LED介導的PDI對沙門氏菌及其生物膜的抗菌效力，并評估了其對金槍魚沙門氏菌的殺滅效果。Huang Jiaming等探討了姜黃素和藍光發光LED介導的PDI對被單核細胞增生李斯特菌污染的鮭魚質量的影響。Zhang Xijia等闡述了發光LED與傳統防腐技術相比具有眾多優勢，綜上，LED在食品和水產品保鮮領域的應用日益廣泛。

3 PDI技術對水產品的保鮮作用及優勢

3.1 PDI技術對水產品中微生物的影響

PDI技術通過激活內源性或外源性光敏劑產生ROS，有效破壞水產品表面致病微生物的細胞結構和功能，從而提高水產品保鮮貯藏效果。影響水產品保鮮貯藏效果的微生物眾多，常見的有副溶血性弧菌、單核細胞增生李斯特菌、腐敗希瓦氏菌、沙門氏菌、霍利斯格里蒙特氏菌和溶藻弧菌等。王曉迪等研究發現，姜黃素濃度和檸檬酸質量濃度分別為2 μmol/L和0.5 mg/mL時，PDI技術作用于水產品，其中副溶血性弧菌菌落總數從7.43（lg（CFU/g））降至0（lg（CFU/g））。Deng Xi等研究表明，通過亞甲藍介導的PDI對副溶血性弧菌具有滅殺作用，且弧菌滅活率大于99.99%。還有研究表明，通過使用姜黃素介導的PDI與L-Arg偶聯，可以有效殺死超過8.0（lg（CFU/g））的弧菌，并在蝦保鮮研究中得到驗證。水產品易被單核細胞增生李斯特菌感染，誤食會引起李斯特菌病，尤其對老年人、免疫力低下的成年人、嬰兒和孕婦構成嚴重威脅，Huang Jiaming等研究發現，以姜黃素介導的PDI對鮭魚表面的單核細胞增生李斯特菌的抑制效果顯著，滅菌率可達到99.99%。Li Qianying等研究了小檗堿介導的PDI對鮭魚滅菌保鮮的作用，結果顯示使用50 μmol/L小檗堿溶液可以完全殺死鮭魚表面單核細胞增生李斯特菌。腐敗希瓦氏菌是引起水產品腐敗變質的重要菌群，其能夠將水產品中的氧化三甲胺還原為三甲胺、二甲胺及甲醛等。檀利軍通過構建濃度50 μmol/L姜黃素介導的PDI體系，使其作用于蝦表面的腐敗希瓦氏菌，結果表明PDI技術對腐敗希瓦氏菌清除率達到62%。沙門氏菌作為一種常見的食源性致病菌，在水產品中分布廣泛，對水產品保鮮貯藏工作帶來嚴峻挑戰，Wang Jingjing等研究發現，核黃素介導的PDI聯合微堿性電解水，可以有效滅殺金槍魚片中5.02（lg（CFU/g））沙門氏菌。Li Huihui等通過新型核黃素和藍光LED介導的PDI對沙門氏菌及其生物膜的抗菌效力進行評估，結果顯示PDI技術殺死了金槍魚上超過6.0（lg（CFU/g））的沙門氏菌。此外，霍利斯格里蒙特氏菌和溶藻弧菌在水產品中檢出率較高，董冬麗等通過水溶性姜黃素介導的PDI對水產品進行處理，水產品表面的霍利斯格里蒙特氏菌和溶藻弧菌分別降低7.98（lg（CFU/g））和7.80（lg（CFU/g）），且滅活率高達99.99%以上。

3.2 PDI技術對水產品的理化性質影響

PDI技術核心機制是通過產生ROS實現靶向殺菌與氧化調控，從而達到水產品保鮮保藏目的。因此，經過PDI技術處理水產品的蛋白質、脂質、水分、質構、色澤及pH值等核心理化特性發生顯著變化。水產品保鮮過程中，傳統熱處理技術會破壞水產品蛋白質的二級、三級結構，使其原本的螺旋、折疊等構象解開，暴露出內部的活性基團。PDI作為一種新型綠色非熱滅菌技術，可以有效保持水產品蛋白質性狀，提高保鮮貯藏效果。Chen Lu等根據鮭魚蛋白的十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳條帶對比發現，聚乳酸/5-氨基乙酰丙酸（PLA/ALA）膜介導的PDI在貯存鮭魚中有效地抑制其蛋白質降解，并通過酰胺I帶和測量內在熒光分析了鮭魚蛋白二級、三級結構，結果發現PLA/ALA薄膜有效抑制了α-螺旋和β-轉角結構含量的降低，而且延緩了鮭魚蛋白二級、三級結構的變化，同時發現PDI技術對降低Ca2＋-ATP酶活性有顯著效果，有效維持了鮭魚片中肌球蛋白的完整性。Huang Jiaming等研究發現，經過PDI處理的不同溫度條件下保存的鮭魚樣品，其蛋白質含量高于所有對照樣品，且組織蛋白酶中內源酶活性受到抑制，極大降低總揮發性鹽基氮（TVB-N）的產生，使其TVB-N水平顯著低于對照樣品中TVB-N水平。此外，蛋白質降解產生的生物胺（bBAs）含量也是不容忽視的化學檢測指標，BAs的積累，特別是腐胺（PUT）和尸胺（CAD），是水產品變質的重要誘因。Chen Huiming等研究表明，姜黃素介導PDI處理的鮭魚魚片與對照組相比，PDI處理組的PUT和CAD含量顯著降低。水產品富含不飽和脂肪酸，其脂肪氧化和分離會產生醛、酮等小分子揮發性物質，出現哈喇味、酸臭味等異味，Zeng Qiaohui等研究發現，通過琥珀酰化蛋白穩定的姜黃素作為光敏劑介導PDI可以殺死鮭魚中的天然細菌，削弱因細菌作用引起的脂質氧化，而乳液的保護涂層形成了一層屏障，可以阻止氧氣滲透到鮭魚內部，且乳液中的姜黃素分子也能通過清除自由基阻止脂質氧化，處理樣品的硫代巴比妥酸反應物值低于對照組，表明PDI技術可以延緩水產品脂質氧化。游離脂肪酸（FFA）是評價脂質氧化程度和水產品新鮮度的關鍵指標，Gong Chen等研究發現，經過PDI處理的鱘魚其FFA低于對照組，通過測量鱘魚的脂肪酶活性發現PDI處理可以顯著降低脂肪酶的活性，保護鱘魚的DHA和EPA在貯存過程中不被氧化，再次證明了PDI技術具有延緩水產品脂質氧化的應用潛力。

水產品新鮮與否和其持水能力變化密切相關，Zeng Qiaohui等通過低場核磁共振觀察PDI處理后對鮭魚片水分子遷移的影響，結果表明，經過PDI技術處理的鮭魚片同對照樣品比較，其保留了大量水分子。有研究表明，PDI技術可以保護肌原纖維蛋白的親水基團，提高水產品持水能力，在保持水產品新鮮度方面作用突出。水產品在保鮮貯藏期間，其肌肉組織往往因自身內源酶或外源微生物影響而使其原有組織結構遭到破壞，經過PDI技術處理的鮭魚樣品硬度顯著高于對照組樣品，質構分析表明，PDI技術可以有效保護鮭魚內部組織結合力，且在組織學切片分析中進一步揭示了肌肉纖維結構的變化，與對照組相比，PDI處理的鮭魚片具有相對更緊密的肌肉纖維，能夠保持鮭魚肌肉的完整性，延緩肌肉組織結構的破壞和改變。色澤變化是理化性質的外觀顯現，Wang Jingjing等開發了一種高效的PDI系統，不僅能夠有效殺滅金槍魚片中的致病菌，還能夠提高魚片中肌紅蛋白和血紅蛋白抗氧化能力，使其測出的色差值遠低于對照組，有效維護其色澤和新鮮度。Chen Huiming等通過研究發現，PDI技術可以抑制鮭魚內源性酶的氧化，有效延緩新鮮鮭魚片的色變，并通過色度計檢驗分析證明。Jiao Long等通過對新型鹵化姜黃素介導PDI加工的小黃魚進行色差儀量化分析，結果表明，PDI技術處理后小黃魚白度（W值）損失的影響最小，再次證實了PDI技術可以有效維持水產品原有色澤，顯著減少變色現象的發生。此外，pH值也是判斷水產品理化性質影響的重要因素，其能在一定程度上反映水產品酸堿平衡情況和腐敗程度，有研究表明，pH值逐漸接近7時，新鮮鮭魚片和微生物反應產生的氨化合物發生了自溶現象，同時證明PDI技術處理水產品可以延長其pH值趨于7的臨界點。總之，通過理化測定評估結果可知，PDI技術處理可以顯著提高水產品保鮮效果。

3.3 PDI技術對水產品感官指標影響

感官指標是水產品保鮮效果評判的重要參考依據，水產品感官特性的好壞直接影響著消費者的購買意愿和對產品品質的直觀判斷。PDI技術對水產品感官指標影響主要體現在外觀形態、氣味、黏液和滋味等方面。林以琳等在水產品保鮮感官評價中，對新鮮縊蟶的外觀、氣味、口感等指標進行評分，貯藏4 d時空白組蟶肉的感官總分低于80 分，達到不可食用狀態，而PDI組蟶肉的感官總分為87 分，仍表現出良好的新鮮水產品狀態，貯藏8 d時PDI組蟶肉的外觀才開始變黑，出現酸臭味，達到不可食用狀態，表明PDI技術對水產品外觀形態、氣味等方面具有顯著影響。趙淑怡等研究發現，初始感官評分均高于8 分的大黃魚在貯藏4 d后，僅姜黃素介導的PDI處理組大黃魚的感官評分仍保持在8 分以上，其他處理組的感官評分均降至7 分以下，且未經PDI處理的大黃魚表面光澤減弱、腥味顯著增強、肉質變軟、彈性幾乎消失，已無法食用，而PDI處理組的大黃魚在貯藏8 d后才出現類似感官品質下降的特征。這一結果進一步證實了PDI技術在水產品保鮮中的有效性，尤其是在維持水產品外觀、氣味和肌肉組織等感官指標方面具有顯著的保護作用，能夠較好地保持水產品的整體品質。劉麗芳等在牡蠣感官品質評定分析中發現，冷藏條件下保藏6 d后，未經處理的對照組牡蠣肉質失去彈性、色澤發黃、黏液暗沉，且失去了牡蠣特有的氣味，而經過PDI處理的牡蠣在相同條件下，肉質略有發軟、彈性輕微減弱、色澤呈淡黃色、黏液較為澄清，且保留了牡蠣的固有氣味。這表明PDI處理能夠有效延緩牡蠣在冷藏過程中的品質劣化，維持其感官特性。氨基酸的含量和組成對水產品的滋味具有重要影響，研究發現，經PDI處理保鮮的鮭魚，其風味氨基酸（天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸和丙氨酸）的濃度顯著高于未經處理的對照組鮭魚，這一結果表明，PDI技術能夠有效延長水產品原有滋味的保留時間，從而在一定程度上提升其風味品質和營養價值。Wang Dehua等通過電子舌評估系統測量PDI處理組魚蝦糜與對照組魚蝦糜保鮮6 d后的味道差異，發現PDI處理組魚蝦糜在鮮味、咸味和回味方面得分較高，而對照組的魚蝦糜具有較高的酸味和澀味，通過儀器檢測側面證明了PDI技術對水產品滋味保持方面具有顯著效果。上述研究表明，PDI技術能夠在一定程度上延緩水產品感官品質的劣變，保持其新鮮度和食用價值，通過優化PDI技術參數，有望進一步提升水產品保鮮效果，為水產品保鮮技術的發展提供參考。

3.4 PDI技術對水產品貨架期的影響

水產品貨架期是評價PDI技術保藏效果的重要指標之一，目前諸多研究表明PDI技術在延長水產品貨架期方面成效卓越。影響水產品貨架期因素眾多，如水產品微生物種類和數量、內源酶活性、蛋白質含量和環境條件等，Chen Huiming等將鮭魚片樣品浸泡在姜黃素溶液中后，在暗室中用藍色發光LED照明60 min然后冷藏貯存，結果發現經過PDI技術處理的新鮮鮭魚片，其貨架期從8 d延長至12 d，表明PDI技術可以顯著延長水產品的貨架期。Liu Fang等通過研究發現，姜黃素介導的光動力法殺菌的最佳處理條件為光敏劑濃度10 μmol/L和光能密度5.4 J/cm2，在該條件下研究了姜黃素介導的新型光動力激活方法對牡蠣保質期和品質的影響，結果顯示PDI技術處理后牡蠣的貨架期從8 d延長到12 d。PDI技術還可以通過抑制水產品內源酶活性，減少營養物質的消耗以及有害代謝產物的生成，從內在機制上延緩水產品的衰老和變質過程，最終達到延長水產品貨架期的效果，其中脂肪酶、磷脂酶和脂氧合酶是牡蠣內源酶中較為活躍的脂質成分，Zhang Xu等研究表明，將浸泡過姜黃素溶液的牡蠣置于420 nm波長光源（能量密度7.2 J/cm2）下照射2 min后，發現姜黃素介導的PDI可以顯著抑制牡蠣內源酶活性，從而延緩牡蠣營養物質的消耗，延長其貨架期。蛋白質結構的穩定性與水產品的貨架期密切相關，蛋白質變性可能導致水產品質地變化、營養損失以及微生物生長加速，Lu Na等研究發現，利用波長420 nm和能量密度7.2 J/cm2的藍光LED照射浸泡過姜黃素溶液的牡蠣120 s，可以有效抑制牡蠣蛋白質降解，增強牡蠣保鮮效果，延長其貨架期。水產品保藏環境是影響貨架期長短的重要因素，Wang Zhiguang等在研究中考察了低溫貯藏條件下，采用420 nm波長的LED光源照射10 min姜黃素復合物處理對南濱對蝦貨架期的潛在影響。結果顯示，經過PDI處理后，南濱對蝦的貨架期顯著延長，從傳統保藏方法的3 d延長至12 d。總之，PDI技術可以有效延長水產品貨架期，為水產品的保鮮提供了新的解決方案。未來的研究將進一步探索PDI技術在水產品保鮮中的最佳應用條件和機制，以實現更高效、更環保的保鮮效果。

3.5 不同保鮮技術對水產品保鮮效果的影響

在水產品保藏領域，PDI技術作為一種新興的保鮮手段，相較于傳統保鮮方法展現出綠色環保、安全高效的特點。傳統水產品保鮮技術主要包括鹽漬保鮮、低溫冷藏、冷凍保鮮、化學保鮮劑保鮮和氣調包裝保鮮等。這些方法雖能在一定程度上延長水產品的保質期，但在營養成分保留、感官品質維持、安全性及成本等方面仍存在諸多不足。鹽漬保鮮作為一種傳統的水產品保存方法，可以有效抑制微生物的生長與繁殖，但也可能導致水產品中部分營養成分流失或破壞，從而造成產品品質下降。相比之下，PDI技術可以精準調控ROS的生成，破壞微生物的細胞活性，實現高效滅菌，且滅菌過程較為溫和，對水產品的營養成分和感官品質影響較小，能夠較好地維持水產品的營養與品質。低溫冷藏與冷凍保鮮在水產品保鮮領域中依舊占據重要地位，可以有效延長水產品保鮮時間，但保藏期間嚴重依賴設備和能源，難以在運輸環節實時控菌，容易引發溫度波動，進而影響保鮮效果，并且低溫冷藏主要抑制細菌繁殖，不能完全滅殺細菌，水產品保鮮時效相對較短，冷凍保鮮則可能破壞水產品細胞結構，導致其水分流失、肉質變硬，長期冷凍還會進一步使品質劣化。Chen Lu等通過比較4 ℃時PDI處理組水產品樣品與對照組樣品保鮮效果發現，處理組水產品樣品放線菌門和擬桿菌門的相對豐度顯著低于對照組，肌肉組織完整性和保鮮時效也都遠高于普通冷藏保鮮。此外，PDI技術在水產品保鮮過程中對水分和風味物質的保持相對較好。化學保鮮劑在水產品保鮮中的應用具有高效、經濟等特點，但化學殘留風險是其突出問題。PDI技術采用天然光敏劑及可見光源，不存在化學殘留風險，是一種相對環保的保鮮方法，很好地解決了傳統化學保鮮的痛點問題。氣調包裝保鮮具有效率高、易操作、能耗低等諸多優點，但專用設備及運行成本昂貴，對環境和氣體的要求高，阻礙了其推廣和發展。相較于氣調包裝技術，PDI技術成本相對較低，在環境依賴性方面，PDI技術不受pH值、溫度等因素影響，并且無需復雜的防護措施。綜上所述，PDI技術作為一種新興的保鮮技術，在水產品保鮮領域展現出突出的優勢。它不僅能夠有效抑制微生物生長、延長保鮮期，還能更好地保留水產品的營養成分和感官品質，同時具備較高的安全性與經濟性，具有廣闊的應用前景。

4 PDI技術在水產品保鮮領域應用進展

PDI作為一種綠色的非熱加工技術，目前在水產品保鮮領域成為研究熱點。近年來，水產品因其肉質鮮美和營養豐富而受到青睞，但同時也因其易腐性而對保鮮技術提出更高要求。PDI技術通過ROS可以破壞生物膜，從而滅活水產品中微生物、抑制水產品內源性酶、延緩水產品蛋白質和脂肪酸降解。此外，PDI技術具有安全、高效、低耗等諸多優點，目前在魚類、甲殼類和貝類等領域已經得到廣泛的研究和應用。

4.1 PDI技術在魚類水產品中的應用

魚類作為水產品中重要構成部分，其保鮮需求備受關注。PDI作為一種高效環保的非熱滅菌技術，目前在魚類產品保鮮領域的研究頗為廣泛，Zeng Qiaohui等通過將蛋白與菊粉共價糖基化，制備出加載姜黃素的偶聯物，并利用該偶聯物介導的PDI對鮭魚片進行保鮮貯藏，結果表明其保鮮效果得到顯著提高。致病菌是魚類產品保鮮的重要威脅，Zhu Xiaolin等通過PDI技術殺滅鮭魚表面副溶血性弧菌，研究結果表明PDI技術對副溶血弧菌的殺菌率達到98.81%。此外，單核細胞增生李斯特菌感染是影響鮭魚貯藏品質的重要因素，而通過姜黃素或核黃素介導的PDI技術能夠有效滅殺鮭魚表面單核細胞增生李斯特菌，增強鮭魚保鮮貯藏效果。PDI技術不僅在鮭魚保鮮中作用突出，也同樣被應用于其他魚類保鮮領域的研究。Jiao Long等制備了載有姜黃素的復合物，通過PDI技術顯著延長了小黃魚保鮮貯藏時間。Wang Jingjing等利用核黃素和藍光LED光照輻照有效殺死了金槍魚片上的沙門氏菌。Gong Chen等研究了姜黃素介導的PDI非熱滅菌技術對鱘魚在（4±1）℃貯藏期間的保鮮貯藏效果及滅活鱘魚假單胞菌的有效方法，結果表明，PDI能夠顯著抑制假單胞菌屬的生長，體外滅活率達99.9%，對延長鱘魚保鮮期具有顯著作用。此外，在實際生產中為防止魚類產品在運輸貯藏等環節中受到污染，在出廠前需要進行一定滅菌包裝，Chen Lu等利用PLA/ALA薄膜包裝鮭魚，通過PDI技術有效抑制了鮭魚上99.9%的天然細菌，并顯著降低了滴水損失和延緩脂質氧化。綜上所述，PDI技術在魚類產品的保鮮領域表現出顯著的效果。通過不同的研究，證實了PDI技術在延長魚類產品的貨架期、維持新鮮度以及滅殺致病菌方面具有重要作用。因此，PDI技術在魚類產品保鮮中前景廣闊，有望成為提高水產品質量安全和延長保質期的關鍵技術之一。

常見的PDI保鮮水產品匯總如表2所示。

4.2 PDI技術在甲殼類水產品中的應用

甲殼類產品作為重要的經濟類水產品，其肉質鮮美、營養豐富，深受消費者喜愛。然而，甲殼類水產品體內含大量酚氧化酶、ATP酶和蛋白酶等內源性酶類，這些酶在甲殼類動物死亡后變得活躍，導致其肉體黑變、新鮮度降低以及產生腥臭味等腐敗變質現象，這不僅影響了甲殼類水產品的感官品質，還降低了其營養價值和食品安全性，最終導致其商業價值的下降。PDI作為一種新興保鮮技術在甲殼類產品保鮮領域中研究廣泛，其貨架期變化、內源性酶活性及細菌復制繁殖是判斷保鮮效果的重要指標，Wang Zhiguang等通過對凡納濱對蝦進行PDI處理，研究其貨架期和嘌呤含量的變化，結果表明，相較于傳統的冷藏方法，采用PDI技術后，凡納濱對蝦的保鮮期顯著延長。Li Yufeng等通過將蛋白與姜黃素結合制備出新型蛋白質復合物，該復合物介導的PDI技術能顯著降低蝦體內源性酶活性、TVB-N含量和抑制丙二醛的產生，保持蝦在4 ℃貯存或凍融循環處理期間的新鮮度。有研究發現，通過姜黃素和L-Arg的協同作用，建立姜黃素介導的PDI技術與L-Arg偶聯滅菌新體系，可以有效中斷細菌DNA復制和蛋白質合成，增強對副溶血性弧菌的滅活機制及對蝦保鮮貯藏效果。甲殼類水產品在鮮活時易被菌落感染，而PDI技術能在30 min滅殺78.9%和91.2%的異養細菌和弧菌種群。甲殼類水產品在食品加工中的蝦魚糜也極易腐敗，通過PDI技術能有效抑制蝦魚糜表面和內部特異性腐敗微生物的生長，延緩其品質惡化。此外，食品物流環節中抗菌包裝材料也是延長甲殼類水產品貨架期的重要因素，Ukwatta等利用玉米淀粉和葉綠素制成復合膜，通過復合膜包裝的蝦在PDI處理下能保鮮貯藏5 d。總之，諸多研究結果表明，PDI技術在甲殼類水產品保鮮中展現出顯著優勢，不僅為甲殼類水產品的保鮮技術提供了科學依據，也為其他保鮮技術的發展指明了新的方向。

4.3 PDI技術在貝類產品中的應用

隨著貝類產品消費市場的持續增長，貝類產品保鮮技術的研究變得尤為關鍵。貝類產品具有高水分和高蛋白性質，且多為濾食性動物，極易遭受微生物污染以及內源性酶的作用，導致其品質下降和腐敗變質。PDI技術作為一種新興的保鮮手段，目前在貝類產品如牡蠣、蛤蜊、縊蟶保鮮領域展現出獨特的優勢，其中PDI對牡蠣研究最為廣泛，Chen Bowen等深入探討了PDI技術在不同溫度貯藏條件下對牡蠣品質及貨架期的影響，結果表明PDI技術在維持牡蠣肌纖維結構的完整性方面展現出顯著效果，有效減緩了貯藏過程中肌原纖維間隙水分的流失，從而抑制了牡蠣質地的軟化。Lu Na等探討了姜黃素介導的PDI對4 ℃冷藏牡蠣蛋白質降解的影響，結果表明PDI技術能有效延緩牡蠣蛋白質降解，為牡蠣保鮮領域的應用提供了理論基礎。牡蠣在加工和貯藏過程中，脂質容易發生氧化和水解等反應，產生腥臭味和有害自由基，影響牡蠣的品質和營養價值。有研究發現，通過姜黃素介導的PDI可以顯著抑制牡蠣中脂肪酶、磷脂酶A2、磷脂酶C、磷脂酶D和脂氧合酶的活性，同時降低牡蠣表面假單胞菌屬和幻霉菌的相對豐度，從而延緩牡蠣脂質降解，使牡蠣保持原本鮮度和風味。PDI技術在保鮮牡蠣的同時，也被證實對牡蠣中的多環芳烴具有降解作用，且最大去除效率可達80.20%，并通過急性和亞急性毒性實驗評估了PDI技術處理牡蠣的安全性。此外，PDI技術對蛤蜊、縊蟶保鮮同樣有效，Gu Weiming等研究發現，PDI技術有效殺滅了熟蛤蜊副溶血性弧菌，抑制了脂質氧化，對熟蛤蜊保鮮起到關鍵作用。通過對縊蟶保鮮研究發現，PDI技術利用藍光LED照射姜黃素溶液浸泡處理的蟶肉，可以有效滅活蟶肉上99.99%的細菌。綜上所述，PDI技術在貝類產品保鮮領域展現出巨大的應用潛力，不僅能有效延長產品的貨架期，還能提高產品的安全性，為貝類產品的保鮮提供了新的技術手段。隨著研究的不斷深入，PDI技術有望在未來的水產品安全領域發揮更大的作用。

5 PDI技術在水產品保鮮領域應用的未來展望

5.1 新型光敏劑的開發設計與功能優化

光敏劑在水產品PDI保鮮中至關重要，其性能直接影響保鮮效果。因此，開發新型光敏劑以提升PDI保鮮效果已成為光動力保鮮領域的重要研究方向。ROS產率是決定水產品滅菌保鮮效果的核心因素，開發新型光敏劑要以提升光動力活性和ROS產率為關鍵目標。此外，光敏劑的水溶性和生物相容性優化亦至關重要，水溶性差的光敏劑易發生團聚和沉淀，不僅會降低光動力反應效率，還可能導致水產品局部變質，開發新型光敏劑要著重考慮水溶性和生物相容性因素。新型光敏劑未來的研究方向應聚焦于天然光敏劑的深度開發，特別是從生物資源中挖掘新型光敏物質，并通過定向修飾技術提高其ROS產率，從而增強PDI對水產品中微生物和有害物質的抑制效果，保障水產品品質和安全性。同時，開發智能響應型光敏劑亦是趨勢，例如構建pH值/溫度雙重響應的光敏劑載體系統，可在水產品腐敗導致環境pH值升高時自動解離釋放光敏劑，并結合冷鏈溫度變化實現ROS的精準調控，從而達到更佳的滅菌保鮮效果。綜上所述，開發新型光敏劑并構建PDI耦合殺菌佐劑新體系，對于推動水產品保鮮貯藏領域的發展具有重要意義。

5.2 深入剖析分子作用機制和構建多技術協同保鮮體系

應通過多組學技術深入研究PDI技術對水產品的保鮮機制，如采用代謝組學分析PDI處理水產品后優勢腐敗菌的關鍵代謝通路變化；通過轉錄組測序揭示光應激相關基因的表達調控網絡；結合冷凍電鏡技術觀察細胞膜脂質過氧化產物的空間分布特征，構建從分子到細胞水平的完整作用圖譜。同時建立品質影響的多維度評估感官評價體系，重點研究ROS對呈味物質的影響規律，通過分子動力學模擬揭示ROS與肌球蛋白的結合位點及構象變化，從而優化技術流程，提高PDI技術保鮮效果。PDI技術在水產品保鮮方面效果顯著，但分子氧供給量和1O2壽命限制其滅菌效率。針對PDI技術保鮮限制因素，需要構建多技術協同保鮮體系，增強水產品保鮮效果。PDI技術可以同物理場技術耦合應用，如超聲技術具有良好的滅菌效果，可以利用空化效應增強光動力殺菌效果，同時需重點評估聯合處理對肌肉超微結構的影響，建立肌原纖維蛋白變性程度的預測模型，確保多技術保鮮體系能達到協同增效的目的。總而言之，深入剖析PDI技術分子作用機制和構建多技術協同保鮮體系，將是水產品保鮮領域重要發展趨勢，有望為水產品保鮮帶來更全面、更高效的解決方案。

6 結語

隨著社會經濟的發展與消費者健康生活觀念的轉變，人們對水產品需求量逐年提升。傳統保鮮技術可以抑制微生物生長，然而其極易造成水產品營養成分流失和化學試劑殘留，對食品安全造成隱患。PDI技術作為一種新型非熱滅菌技術，可以通過ROS有效殺滅水產品中致病菌和腐敗菌，延長魚類、甲殼類和貝類等水產品貨架期，避免水產品營養組分和風味的破壞。此外，PDI技術在光敏劑水溶性、安全性以及光動力效能等方面仍有提升空間，需要研發新型光敏劑，構建PDI耦合殺菌佐劑新體系。同時注重PDI技術與其他保鮮技術互補結合，提升PDI系統的整體殺菌性能，增強PDI技術在水產品中的保鮮效果。總之，PDI技術因其安全、高效、環保等特點在水產品保藏領域具有重要的應用價值和廣闊的發展前景。

引文格式：

李玉鋒, 解子維, 董文麗, 等. 光動力技術在水產品保藏中應用的研究進展[J]. 食品科學, 2025, 46(14): 345-356. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241231-266.

LI Yufeng, XIE Ziwei, DONG Wenli, et al. Recent progress on the application of photodynamic inactivation in the preservation of aquatic products[J]. Food Science, 2025, 46(14): 345-356. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241231-266.

實習編輯：安宏琳；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

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