短波紫外发光二极管处理对脂环酸芽孢杆菌的灭活效果及作用机制

摘要

短波紫外发光二极管(ultraviolet-C light-emitting diode,UVC-LED)处理是一种新型的非热杀菌技术。本实验以果汁中常见的致腐菌脂环酸芽孢杆菌(Alicyclobacillus acidoterrestris)为目标菌,研究UVC-LED对脂环酸芽孢杆菌的杀灭作用,通过测定处理后细菌胞内核酸和蛋白质泄漏量、细胞膜通透性、胞内活性氧(reactive oxygen species,ROS)的累积水平以及胞内蛋白质和DNA的损伤情况,进一步探究UVC-LED对脂环酸芽孢杆菌的杀菌机理。结果表明:增加UVC-LED的照射剂量可增强其对脂环酸芽孢杆菌的杀灭效果,当照射剂量增加至50 mJ/cm2时,生理盐水中存活的细菌数量降低4.6(lg(CFU/mL))。通过对存活曲线的模拟,发现UVC-LED对生理盐水中脂环酸芽孢杆菌的杀灭作用既符合log-linear模型,又符合Weibull模型。处于不同生长时期的细菌对UVC-LED的敏感度不同,其中处于对数期的细菌对UVC-LED更敏感。照射处理导致膜通透性的改变以及内容物的泄漏,说明细胞膜结构遭到一定程度的破坏,但是胞内ROS的累积水平没有显著提高(P>0.05),拉曼光谱分析表明胞内蛋白结构有所改变,经吖啶橙(acridine orange,AO)染色荧光显微镜观察发现照射处理后菌体DNA的结构变化明显。综上,UVC-LED可通过造成DNA损伤、蛋白结构变化和细胞膜透性改变从而杀灭脂环酸芽孢杆菌,根据破坏程度的不同,推测DNA损伤是细胞死亡的主要原因。