研究背景

鲜切苹果因营养丰富、即食便捷，成为全球消费增长迅速的即食果蔬品类。但去皮、切割等加工破坏果皮保护，果肉裸露易受大肠杆菌 O157:H7、沙门氏菌、李斯特氏菌污染，曾引发多起食源性疾病暴发与产品召回事件。

传统杀菌手段如次氯酸钠、高压、辐照等存在化学残留、品质损伤、成本高、接受度低等短板。UVC 波段紫外杀菌已获美国 FDA 食品杀菌认可，而UV‑LED无汞、寿命长、能耗低、波长精准，成为替代传统汞灯的理想非热杀菌技术。

学界对 275nm UV‑LED 在鲜切苹果表面的杀菌效能、致病菌敏感性差异、DNA 损伤机制，以及对果实色泽与营养的影响仍缺乏系统验证，亟需填补研究空白。

研究内容

本研究以大肠杆菌 O157:H7、肠炎沙门氏菌、单核细胞增生李斯特氏菌为对象，系统评估 275nm UV‑LED 在磷酸盐缓冲液（PBS） 与鲜切苹果表面的杀菌效果；通过检测环丁烷嘧啶二聚体（CPD）生成量，揭示杀菌与 DNA 损伤的关联；同时测定处理后果实的色泽、抗坏血酸、总酚含量，并考察 4℃、10℃、25℃贮藏 72 小时的致病菌增殖规律。

研究构建 275nm UV‑LED 辐照装置，设置 0.4mW/cm² 与 2.0mW/cm² 两种辐照度，紫外剂量范围 0–120mJ/cm²，采用 Weibull 模型拟合灭活动力学，量化杀菌速率。

图1. 用于PBS（A）和新鲜切苹果的275 nm紫外LED照射系统示意图，在0.4（B）和2.0 mW/cm²（C）的照射强度下。

图 2. 大肠杆菌 O157:H7、沙门氏菌属和单核细胞增生李斯特菌在 PBS 中接受 275 nm UV-LED 照射后的灭活曲线 (A) 和 δ 值 (mJ/cm²) (B)。数据以平均值 ± 标准差表示 (n = 6)。同一列中不同的上标 (a–c) 表示均值之间存在显著差异 (P < 0.05)。

图3. 在 275 nm 紫外 LED 照射下，测定大肠杆菌 O157:H7、沙门氏菌属和单核细胞增生李斯特菌中形成的环丁烷嘧啶二聚体（CPDs）。数据以均值 ± 标准差表示 (n =6)。不同的小写字母 (a–c) 表示三种病原体之间 CPD 形成的显著性差异 (P <0.05)，由单因素方差分析（one-way ANOVA）及 Tukey HSD 检验确定。

研究结果

1. 液体环境杀菌：致病菌敏感性差异显著

在 PBS 体系中，275nm UV‑LED 呈剂量依赖性灭活：

20mJ/cm² 可将大肠杆菌 O157:H7 降至检测限以下（＜1.0log CFU/mL）；

24mJ/cm² 对沙门氏菌、李斯特氏菌分别实现 6.2log、6.6log CFU/mL reduction；

敏感性排序：沙门氏菌＞大肠杆菌 O157:H7＞李斯特氏菌。

CPD 检测显示，沙门氏菌与大肠杆菌的 CPD 生成量显著高于李斯特氏菌，证实DNA 光损伤（CPD 形成） 是 275nm UV‑LED 杀菌的核心机制。

2. 鲜切苹果表面：广谱稳定杀菌

苹果表面因结构粗糙、光散射与遮蔽效应，杀菌效率略低于液体体系，但仍表现优异：

20mJ/cm² 实现 2.5–2.8log CFU/cm² 灭活；

120mJ/cm² 提升至 3.6–4.2log CFU/cm²；

三种致病菌灭活效果无显著差异，具备广谱适用性。

3. 贮藏稳定性：低温抑制残菌增殖

经 20mJ/cm² 处理的鲜切苹果：

4℃、10℃贮藏 72 小时，无明显致病菌增殖；

25℃室温下残菌可恢复生长，提示必须配合冷链保障安全。

4. 品质保护：不影响色泽与核心营养

275nm UV‑LED 处理后：

苹果L*、a*、b*、ΔE、褐变指数（BI） 均无显著变化，不加速褐变；

抗坏血酸、总酚含量与对照组无差异，核心营养完全保留。

图4. 275 nm UV-LED 在 0.4 (A) 和 2.0 (B) mW/cm² 条件下对鲜切苹果上大肠杆菌 O157:H7、沙门氏菌属和单核细胞增生李斯特菌的灭活。数据以平均值 ± 标准差表示 (n = 6)。

图5. E. coli O157:H7 (▴, △; E)、沙门氏菌属 (■, □; S) 和单核细胞增生李斯特菌 (●, ○; L) 在新鲜切苹果上在 25 ℃ (A)、10 ℃ (B) 和 4 ℃ (C) 下经过 275 nm UV-LED 照射后的 3 天生长情况。数据以平均值 ± 标准差 (n = 6) 表示。星号 (*) 表示 LED 照射与未照射苹果的病原体群体之间存在显著差异 (P < 0.05)。数据使用独立 t 检验进行了后续分析。

图6. 新鲜切苹果在275 nm UV-LED照射下（照度为2 mW/cm²，剂量为20 mJ/cm²）维生素C（A）和总酚含量（B）的变化。数据以均值 ± 标准差表示（n = 6）。没有字母的柱表示均值差异不显著（P ≥ 0.05）。

技术优势

1.高效广谱：对三大高危致病菌均有强灭活力，满足鲜切苹果安全需求；

2.机制清晰：通过 DNA 光损伤致死，无耐药性与残留风险；

3.品质友好：不损伤色泽、维生素 C、酚类物质，维持商品价值；

4.绿色低碳：无汞、低能耗、精准控光，适配工业化连续生产；

5.适配冷链：结合 4–10℃冷藏可长期控菌，契合鲜切果蔬供应链。

结论与展望

本研究首次系统证实，275nm UV‑LED可在不损害鲜切苹果感官与营养品质的前提下，高效灭活大肠杆菌 O157:H7、沙门氏菌、李斯特氏菌，杀菌效能与 DNA 的 CPD 生成高度相关。苹果表面会降低杀菌效率，但提升辐照度与剂量可有效补偿；低温贮藏可完全抑制残菌恢复，进一步巩固安全。

275nm UV‑LED 作为无残留、非热、绿色杀菌技术，可嵌入鲜切果蔬加工线，替代化学消毒剂。未来研究应聚焦：优化光照均匀度以克服复杂表面遮蔽效应；探索与低温、抗菌涂层等技术联用，实现更高水平杀菌与更长货架期，推动 UV‑LED 在鲜切食品领域的规模化应用。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2026.112077