相啟森，董閃閃，范劉敏，馬云芳，白艷紅

（鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南省冷鏈食品質(zhì)量安全控制重點實驗室，食品生產(chǎn)與安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 鄭州 450001）

紫外線（ultraviolet，UV）是一種波長位于可見光和X射線之間的不可見光，其波長范圍為100～400 nm。根據(jù)波長的不同，可將紫外線進一步分為UVA（315～400 nm）、UVB（280～315 nm）、UVC（200～280 nm）和真空UV（100～200 nm），其中UVC波段能量較高，殺菌效果最強，已被廣泛應(yīng)用于飲用水消毒及新鮮農(nóng)產(chǎn)品、果汁和肉類等的殺菌保鮮[1-2]。目前，傳統(tǒng)紫外光源主要為汞燈、氘燈、氙燈和無極燈等，普遍存在能耗高、使用壽命短、汞污染和熱輻射等問題。紫外發(fā)光二極管（ultraviolet light-emitting diodes，UV-LEDs）是一種新型的紫外發(fā)射光源，具有壽命長、綠色環(huán)保、效率高等優(yōu)點，可替代傳統(tǒng)紫外光源，在食品工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用潛力[3]。

食品接觸材料是指將要與食品直接、間接或可能接觸而本身不構(gòu)成食品的一類材料，主要包括塑料、金屬、紙與紙板、玻璃、陶瓷等。在食品加工流通過程中，食品接觸材料極易引起微生物入侵，進而與食品發(fā)生交叉污染[4]。Gounadaki等[5]在研究香腸加工過程中刀具、案板和絞肉機等微生物污染情況中發(fā)現(xiàn)，單核細胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）、沙門氏菌（Salmonellaspp.）和金黃色葡萄球菌（Staphylococus aureus）的檢出率分別為11.7%、26.4%和11.7%。Lehto等[6]發(fā)現(xiàn)與鮮切蔬菜直接接觸的設(shè)備表面總需氧微生物數(shù)量超過20 CFU/cm2。此外，Hutchison等[7]對畜禽屠宰場微生物污染情況進行了為期4 年的研究，發(fā)現(xiàn)傳送帶、托盤等極易受到微生物污染，平均需氧細菌總數(shù)為3.2～5.8 （lg（CFU/cm2））。因此，對食品接觸材料進行殺菌消毒對于保障食品微生物安全具有重要意義。目前主要采用季銨鹽類消毒劑、含氯消毒劑等進行食品接觸材料表面消毒[8]。上述化學(xué)消毒劑雖然具有使用方便且性價比高等優(yōu)點[4]，但其潛在的安全隱患受到廣泛關(guān)注[9-10]。此外，熱處理、超聲波清洗也被用于食品接觸材料表面消毒，但存在處理時間長、能耗高和成本高等問題[11]。紫外發(fā)光二極管（ultraviolet C light-emitting diodes，UVC-LEDs）技術(shù)已經(jīng)在生鮮農(nóng)產(chǎn)品采后貯藏保鮮、飲用水消毒凈化等方面得到廣泛應(yīng)用[12]，但關(guān)于UVC-LEDs技術(shù)對食品接觸材料表面微生物的失活作用及其殺菌動力學(xué)研究相對較少，影響其殺菌效果的因素尚不明確。

因此，本實驗擬以常見的食品接觸材料（304不銹鋼片、玻璃片、牛皮紙和聚丙烯塑料薄膜）為研究對象，分別采用Geeraerd模型、Weibull模型和Biphasic模型研究UVC-LEDs失活其表面Escherichia coliO157:H7和L. monocytogenes的動力學(xué)規(guī)律；同時研究微生物種類和食品接觸材料表面性質(zhì)對UVC-LEDs殺菌效果的影響，以期為UVC-LEDs技術(shù)在食品接觸材料殺菌中的實際應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 菌株、材料與試劑

大腸桿菌O157:H7（Escherichia coliO157:H7）（CICC 10907）購自中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心；單核細胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）（ATCC 15313）購自美國標準菌種保藏中心。

304不銹鋼片、玻璃片、牛皮紙和定向聚丙烯（oriented polypropylene，OPP）薄膜 鄭州利研儀器設(shè)備有限公司；胰酪大豆胨（tryptic soy broth，TSB）液體培養(yǎng)基、胰酪大豆胨瓊脂（tryptic soy agar，TSA）培養(yǎng)基、改良山梨醇麥康凱瓊脂（cefixime tellurite-sorbitol macconkey agar，CT-SMAC）、改良山梨醇麥康凱瓊脂添加劑、PALCAM瓊脂、PALCAM瓊脂添加劑1、PALCAM瓊脂添加劑2 青島海博生物技術(shù)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

UVC-LEDs裝置 湖北深紫科技有限公司；LS125型紫外輻照計 深圳市林上科技有限公司；MULTISKAN GO型全波長酶標儀 美國Thermo公司；SW-CJ-1FD型超凈工作臺 蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司；TGL-16M型臺式高速冷凍離心機 上海盧湘儀離心機儀器有限公司；OPTELICS C130型真實色激光共聚焦顯微鏡 日本Lasertec公司；OCA20型全自動接觸角測量儀德國Dataphysics公司。

1.3 方法

1.3.1 食品接觸材料預(yù)處理

將304不銹鋼片、玻璃片、牛皮紙和OPP薄膜分別剪切成尺寸為2.5 cm×4.0 cm的樣品。將304不銹鋼片、玻璃片和OPP薄膜置于體積分數(shù)75%乙醇溶液中浸泡過夜以除去表面的微生物，用無菌水清洗3 次去除表面殘留酒精，置于超凈工作臺中，25 ℃風(fēng)干2 h備用；牛皮紙表面噴灑體積分數(shù)75%乙醇溶液后置于超凈工作臺中，采用紫外燈照射1 h，風(fēng)干備用。

1.3.2 菌懸液制備

將E.coliO157:H7和L.monocytogenes菌種分別從－80 ℃冰箱中取出，在TSA培養(yǎng)基中活化兩次，挑取一個單菌落接種于TSB培養(yǎng)基中，置于37 ℃、120 r/min培養(yǎng)12 h，4 000×g、4 ℃離心10 min，棄去上清液，所得菌體用0.85%無菌生理鹽水洗滌2 次（離心條件同上），后用0.85%無菌生理鹽水重懸至菌懸液濃度約為108CFU/mL，將制得的兩種菌懸液等體積比混合至菌懸液濃度為107CFU/mL，備用[13]。

1.3.3 UVC-LEDs處理食品接觸材料

1.3.3.1 接種

將上述制備的混合菌懸液100 μL（每次吸取10 μL，分10 次點接，單面接種）均勻接種于不同食品接觸材料表面并涂抹均勻，置于超凈工作臺中，25 ℃風(fēng)干2 h，使細菌完全附著于接觸材料表面，備用。

1.3.3.2 UVC-LEDs處理

UVC-LEDs滅菌裝置如圖1A所示，發(fā)光面板（22 cm×22 cm）由64 枚UVC-LED燈珠組成（燈珠發(fā)射光譜見圖1B，其最大吸收峰波長為275 nm）。采用紫外輻照計測量UVC-LEDs燈的照射功率，紫外照射劑量按照公式（1）計算。

將上述接種菌液的不同食品接觸材料置于UVC-LEDs裝置下進行處理，樣品與UVC-LEDs燈的距離為15 cm，調(diào)節(jié)照射強度為1 mW/cm2，分別照射不同時間。

圖1 UVC-LEDs實驗裝置示意圖（A）和其發(fā)射光譜（B）Fig. 1 Schematic diagram of UVC-LEDs device (A) and emission spectrum (B) of UVC-LEDs

1.3.3.3 菌落計數(shù)

將上述經(jīng)UVC-LEDs處理后的各組樣品（每組樣品為10 cm2的不同材料薄片）放入含有30 mL無菌生理鹽水（0.85%）和無菌玻璃珠的50 mL無菌離心管中，漩渦振蕩5 min使樣品表面的細菌完全洗脫下來，取上述洗脫液進行10 倍梯度稀釋，選擇合適的稀釋液100 μL分別涂布于PALCAM和CT-SMAC培養(yǎng)基中，用于L. monocytogenes和E. coliO157:H7的選擇性培養(yǎng)。將涂布后的平板置于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中避光培養(yǎng)。其中，E. coliO157:H7培養(yǎng)24 h進行菌落計數(shù)，L. monocytogenes培養(yǎng)48 h進行菌落計數(shù)。實驗結(jié)果表示為lg（CFU/cm2）。每組樣品均重復(fù)3 次[13]。

1.3.4 失活動力學(xué)模型建立

本實驗中采用3 種常見的微生物失活模型（Geeraerd模型、Weibull模型和Biphasic模型）對UVC-LEDs殺菌效果進行擬合。

1.3.4.1 Geeraerd模型

Geeraerd模型按照公式（2）計算[14]。

式中：lg（N/N0）為UVC-LEDs處理后菌落總數(shù)降低的對數(shù)值；N0為樣品的初始菌落數(shù)/（CFU/cm2）；N為UVC-LEDs處理后樣品的菌落數(shù)/（CFU/cm2）；k為失活速率常數(shù)；d為殺菌處理劑量/（mJ/cm2）；p為耐受菌群占初始菌群的比例。

1.3.4.2 Weibull模型

Weibull模型如公式（3）所示[15]。

式中：lg（N/N0）為UVC-LEDs處理后菌落總數(shù)降低的對數(shù)值；N0為樣品的初始菌落數(shù)/（CFU/cm2）；N為UVC-LEDs處理后樣品的菌落數(shù)/（CFU/cm2）；b為尺度參數(shù)；d為殺菌處理劑量/（mJ/cm2）；n為形狀參數(shù)；形狀參數(shù)n反映滅活曲線的非線性程度，當n＞1時，曲線向上凸，曲線有肩峰；n＝1時，曲線是直線，為一級動力學(xué)模型；n＜1時，曲線向下凹，曲線“拖尾”。

1.3.4.3 Biphasic模型

Biphasic模型如公式（4）所示[16]。

式中：lg（N/N0）為UVC-LEDs處理后菌落總數(shù)降低的對數(shù)值；N0為樣品的初始菌落數(shù)/（CFU/cm2）；N為UVC-LEDs處理后樣品的菌落數(shù)/（CFU/cm2）；f為種群中對UVC-LEDs敏感的亞群所占的比例；1－f為種群中比f種群更具抗性的亞群所占的比例；kmax1為f種群的失活速率常數(shù)；kmax2為1－f種群的失活速率常數(shù)；d為殺菌處理劑量/（mJ/cm2）。

1.3.4.4 模型的可靠性評價

采用精確因子（accuracy factor，Af）、偏差因子（bias factor，Bf）、決定系數(shù)（R2）和均方誤差（mean square error，MSE）4 個參數(shù)評價上述殺菌動力學(xué)模型的擬合程度[17-18]，其中，Af用來衡量預(yù)測值與實測值的接近程度。Af在1.0～1.9之間，模型可作為有效模型，當Af＝1，表明所有的預(yù)測值和實測值均相等，即Af越接近1，模型的可靠性越高；Bf用來評估實測值與預(yù)測值的偏差程度，Bf在0.90～1.05之間，模型可靠性較高，Bf在0.75～1.25之間，模型可被接受，Bf＞1表明預(yù)測值比實測值低，Bf＜1表明預(yù)測值比實測值高。R2和MSE用來評價模型的精確度，R2越接近于1，MSE越小，說明模型描述數(shù)據(jù)的擬合效果越好。計算如式（5）～（7）所示。

式中：n為實驗組的個數(shù)；Nm為食品接觸材料表面微生物數(shù)量的實測值/（CFU/cm2）；Np為食品接觸材料表面微生物數(shù)量的預(yù)測值/（CFU/cm2）。

1.3.5 食品接觸材料表面性質(zhì)分析

1.3.5.1 表面粗糙度測定

采用OPTELICS C130型真實色激光共聚焦顯微鏡觀察不同食品接觸材料的表面形貌、測定其表面粗糙度[19]。本實驗中所采用的視野范圍為1 420 μm×1 140 μm。對每個樣本的5 個位置進行測定，取平均粗糙度（roughness average，Ra）作為最終的測定值。

1.3.5.2 表面親水性測定

水接觸角（θ）是表征表面親水性的常用指標[20]。采用Dataphysics OCA20型全自動接觸角測量儀測定上述4 種食品接觸材料的表面水接觸角。采用微量進樣器調(diào)整進樣去離子水的體積，使在針頭形成液滴，將水釋放到樣品表面。通過調(diào)節(jié)攝像系統(tǒng)使液滴顯示清晰后，進行圖像捕捉和接觸角測量。每個樣品均取5 個不同位置作為測試點，并取其平均值作為測試結(jié)果[21]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

所有數(shù)據(jù)結(jié)果均表示為平均值±標準差，每組數(shù)據(jù)做3 個平行。本實驗中失活動力學(xué)模型使用Origin 8.0軟件進行擬合，采用Prism軟件繪圖，采用SPSS 21.0軟件進行ANOVA單因素方差分析和最小顯著差異（least significance difference，LSD）法進行多重比較（P＜0.05表示差異顯著）。

2 結(jié)果與分析

2.1 UVC-LEDs對食品接觸材料表面致病菌的殺滅作用

如圖2所示，UVC-LEDs對接種在4 種不同食品接觸材料表面的E.coliO157:H7和L.monocytogenes的殺滅效果均隨UVC劑量的增加而顯著增強（P＜0.05）。當照射劑量為100 mJ/cm2時，玻璃片表面的E.coliO157:H7（初始接種量為4.80（lg（CFU/cm2）））便可被完全殺滅。而同樣處理條件下，玻璃片表面L. monocytogenes數(shù)量降低了1.87（lg（CFU/cm2））（初始接種量為5.64（lg（CFU/cm2）））。當照射劑量為200 mJ/cm2時，OPP薄膜表面的E. coliO157:H7全部被殺滅，與對照組相比，OPP薄膜表面的L. monocytogenes降低了2.24（lg（CFU/cm2））。當UVC-LEDs處理劑量為800 mJ/cm2時，接種在玻璃片、OPP薄膜、不銹鋼片和牛皮紙表面的L. monocytogenes分別從初始的5.45（lg（CFU/cm2））、5.56（lg（CFU/cm2））、5.11（lg（CFU/cm2））和5.47（lg（CFU/cm2））降低到0.60（lg（CFU/cm2））、0.70（lg（CFU/cm2））、1.04（lg（CFU/cm2））和5.08（lg（CFU/cm2））；牛皮紙表面E. coliO157:H7降低到3.60（lg（CFU/cm2））。

圖2 UVC-LEDs處理對食品接觸材料表面E. coli O157:H7（A）和L. monocytogenes（B）的影響Fig. 2 Effect of UVC-LEDs treatment on survival of E. coli O157:H7 (A)and L. monocytogenes (B) on food contact materials

以上結(jié)果表明，L.monocytogenes（革蘭氏陽性菌）相較于E.coliO157:H7（革蘭氏陰性菌）表現(xiàn)出更強的抗UVC能力。造成上述差異的原因可能是由于革蘭氏陽性菌的細胞壁外部有一層較厚的肽聚糖結(jié)構(gòu)，使紫外線更不容易穿透細胞[22]。在以前的研究中也有類似的發(fā)現(xiàn)，紫外線對革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌、酵母、細菌孢子、真菌、病毒和原生動物的失活效能依次減弱[22-25]。

此外，UVC-LEDs的殺菌效果也受到食品接觸材料性質(zhì)的影響。如圖2所示，UVC-LEDs對玻璃片表面E.coliO157:H7和L.monocytogenes的殺菌效果最好，其次是對不銹鋼片和OPP薄膜，對牛皮紙的殺菌效果最差。王陳龍等[26]研究了脈沖紫外強光對玻璃片、塑料片和不銹鋼片表面微生物的殺滅效果，發(fā)現(xiàn)在相同實驗條件下（功率3 000 W、脈沖90 次、照射距離為60 cm），脈沖紫外強光對不銹鋼載體上的枯草芽孢桿菌黑色變種芽孢的殺菌效果最好，對玻璃片和塑料片的殺菌效果次之。

2.2 UVC-LEDs殺菌動力學(xué)分析

2.2.1 Geeraerd模型

圖3為UVC-LEDs處理后不同食品接觸材料表面致病菌失活曲線的Geeraerd模型擬合結(jié)果，對應(yīng)的擬和參數(shù)及模型檢驗因子數(shù)據(jù)見表1。各實驗組的Geeraerd模型擬合參數(shù)R2最大為0.979（E.coliO157:H7、玻璃片），而玻璃片、OPP薄膜和不銹鋼片表面L.monocytogenes失活模型的R2分別為0.583、0.743和0.813，均低于0.900。綜合Af、Bf和MSE等評價參數(shù)發(fā)現(xiàn)Geeraerd模型不適用于描述UVC-LEDs對食品接觸材料表面致病菌的失活規(guī)律。

圖3 UVC-LEDs處理后食品接觸材料表面E. coliO157:H7（A）和L. monocytogene（B）失活曲線的Geeraerd模型擬合Fig. 3 Geeraerd model fitting of the inactivation curves of E. coli O157:H7 (A) and L. monocytogene (B) on food contact materials after UVC-LEDs treatment

表1 Geeraerd模型的擬合參數(shù)和評價參數(shù)Table 1 Fitting and evaluation parameters of Geeraerd model

2.2.2 Weibull模型

采用Weibull模型擬合不同食品接觸材料表面致病菌的失活曲線見圖4，對應(yīng)的擬合參數(shù)和評價參數(shù)見表2。從表2中可知，各組的模型決定系數(shù)R2均大于0.900，且OPP表面E.coliO157:H7的失活曲線擬合程度最高（R2為0.999），說明Weibull模型具有較高的擬合精度。Ringus等[27]也發(fā)現(xiàn)Weibull模型能夠很好地反映脈沖強光對不同食品包裝材料表面L.monocytogenes的失活規(guī)律。從圖4和表2可知，模型的形狀參數(shù)n均小于1，曲線下凹，出現(xiàn)“拖尾”。尺度參數(shù)b與滅活效果相關(guān)，牛皮紙、不銹鋼片、OPP薄膜和玻璃片表面L.monocytogenes的失活曲線模型參數(shù)b值分別為0.014、0.130、0.240和0.308，其對應(yīng)的殺菌效果依次增強。同樣的，牛皮紙、不銹鋼片、OPP薄膜和玻璃片表面E.coliO157:H7的失活曲線模型參數(shù)b分別為0.077、0.309、0.345和0.379，其對應(yīng)的殺菌效果依次增強。

圖4 UVC-LEDs處理后食品接觸材料表面E. coliO157:H7（A）和L. monocytogene（B）失活曲線的Weibull模型擬合Fig. 4 Weibull model fitting of the inactivation curves of E. coli O157:H7 (A) and L. monocytogene (B) on food contact materials after UVC-LEDs treatment

表2 Weibull模型的擬合參數(shù)和評價參數(shù)Table 2 Fitting and evaluation parameters of Weibull model

2.2.3 Biphasic模型

Biphasic模型擬合UVC-LEDs對不同食品接觸材料表面微生物致死效果的擬合曲線如圖5所示，模型擬合參數(shù)和評價參數(shù)見表3。Biphasic模型對UVC-LEDs處理食品接觸材料表面致病菌失活規(guī)律的擬合效果最好。除不銹鋼、牛皮紙表面L.monocytogenes失活動力曲線的R2分別為0.985、0.960，其余各組動力學(xué)曲線的R2均大于0.990。Biphasic模型的平均R2達到0.989，與Geeraerd模型（平均R2為0.858）和Weibull模型（平均R2為0.967）相比擬合度最高。

圖5 UVC-LEDs處理后食品接觸材料表面E. coliO157:H7（A）和L. monocytogenes（B）失活曲線的Biphasic模型擬合Fig. 5 Biphasic model fitting of the inactivation curves of E. coli O157:H7 (A) and L. monocytogenes (B) on food contact materials after UVC-LEDs treatment

采用模型評價參數(shù)MSE、Af和Bf進一步分析上述3 種模型對UVC-LEDs殺菌效果的擬合度。由表1～3可知，Biphasic模型各組的MSE（0.016～0.001）和Af均低于Geeraerd模型和Weibull模型。且Biphasic模型的Bf（0.903～1.107）更接近1，說明該模型的可靠性較高。因此，Biphasic模型能夠很好地擬合UVC-LEDs對食品接觸材料表面致病菌的失活曲線。上述實驗結(jié)果與之前的研究報道[28-29]一致。Lee等[29]采用Weibull模型和Biphasic模型研究UV-TiO2光催化技術(shù)對大腸桿菌K12在藍莓和瓊脂培養(yǎng)基表面的失活效果時也發(fā)現(xiàn)，Biphasic模型具有更高的R2和更小的MSE，該模型擬合效果更好。

從表3可知，UVC-LEDs對玻璃片、OPP薄膜和不銹鋼片表面E.coliO157:H7殺菌時的f分別為0.995、0.991和0.990，說明在以上3 種材料中對UVC-LEDs敏感的微生物種群所占的比例無明顯差異。其中，UVC-LEDs處理牛皮紙表面L.monocytogenes組的f值為0.330，明顯低于其他處理組，表明牛皮紙表面抗UVC的L.monocytogenes種群所占比例最大[30-31]。從表3可知，所有實驗組的Kmax1均大于Kmax2。以E.coliO157:H7為例，玻璃片、OPP薄膜、不銹鋼片和牛皮紙組的Kmax1依次減小，分別為0.210、0.165、0.164和0.023，L.monocytogenes也有類似的實驗結(jié)果。表明UVC-LEDs對玻璃片表面致病菌的殺菌效果最好、對牛皮紙的殺菌效果最弱。

表3 Biphasic模型的擬合參數(shù)和評價參數(shù)Table 3 Fitting and evaluation parameters of Bisphasic model

以同一模型所有實測數(shù)據(jù)為橫坐標，模型預(yù)測數(shù)據(jù)為縱坐標作圖，衡量預(yù)測值和實測值的一致性，通過線性擬合得到?jīng)Q定系數(shù)R2，判斷預(yù)測值和實測值的差異[32-33]。如圖6所示，對于E.coliO157:H7和L.monocytogenes而言，Biphasic模型的決定系數(shù)R2均接近1，Biphasic模型的預(yù)測值和實測值之間的相關(guān)性最好，表明該模型擬合效果最好。

圖6 UVC-LEDs對不同食品接觸材料表面細菌的失活效果實測值和預(yù)測值的相關(guān)性Fig. 6 Correlation between observed and predicted data for inactivation of bacteria inoculated on food contact materials by UVC-LEDs

2.3 不同食品接觸材料的表面粗糙度比較

表面粗糙度是表征材料表面不平整度的重要參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，食品接觸材料的表面粗糙度等性質(zhì)顯著影響熱處理、有機酸等對微生物的殺滅效果[34-37]。玻璃片等4 種食品接觸材料的激光共聚焦圖像見圖7。

由圖7和表4可知，玻璃片、OPP薄膜、不銹鋼片和牛皮紙的表面粗糙度Ra分別為0.53、1.09、1.19 μm和4.71 μm。結(jié)合圖2可知，UVC-LEDs對食品接觸材料表面致病菌的殺滅效果隨其表面粗糙度的增大而降低。Adhikari等[38]發(fā)現(xiàn)，與表面粗糙水果（哈密瓜、草莓和覆盆子）相比，UVC對表面光滑水果（蘋果和梨）表面E.coliO157:H7和L.monocytogenes具有更強的殺滅效果。這可能是因為粗糙的樣品表面更易于細菌形成密集的堆積結(jié)構(gòu)，保護了部分細菌免受UVC的照射[39]。

圖7 玻璃片（A）、OPP薄膜（B）、不銹鋼片（C）和牛皮紙（D）的激光共聚焦圖像Fig. 7 Confocal laser images of glass (A), OPP film (B), stainless steel (C), and brown paper (D)

表4 食品接觸材料的粗糙度和水接觸角Table 4 Surface roughness and water contact angle of food contact materials

2.4 不同食品接觸材料的表面親水性比較

通過測定水接觸角來評價玻璃等4 種食品接觸材料的表面親水性，結(jié)果見圖8和表4。由圖8可知，玻璃片、OPP薄膜、不銹鋼片和牛皮紙的表面親水性差異較大，其水接觸角分別為41.95°、73.92°、88.74°和112.15°。通常認為水接觸角大于65°為表面疏水性材料，小于65°為表面親水性材料[40]。在本實驗中，玻璃片為親水材料，OPP薄膜和不銹鋼片均具有疏水性，而牛皮紙的疏水性最大。上述結(jié)果表明，UVC-LEDs對食品接觸材料表面微生物的殺滅效果隨食品接觸材料表面親水性的增大而增強。Park等[41]研究了ClO2對農(nóng)產(chǎn)品（胡蘿卜、甘藍、卷心菜、菠菜、蘋果、西紅柿、青椒）和食品接觸材料（特氟龍、硅、橡膠、聚氯乙烯、304不銹鋼和玻璃）表面E.coliO157:H7、S.Typhimurium和L.monocytogenes的殺滅效果。結(jié)果表明，ClO2殺菌效果與上述農(nóng)產(chǎn)品和食品接觸材料的水接觸角呈負相關(guān)，且相比于表面粗糙度，表面親水性對ClO2的殺菌效能影響更為顯著。上述結(jié)果可能與表面親水性影響細菌在材料表面的分布和附著有關(guān)[42]。但具體機制有待深入研究。

圖8 玻璃片（A）、OPP薄膜（B）、不銹鋼片（C）和牛皮紙（D）的水接觸角圖像Fig. 8 Water contact angle images of glass (A), OPP film (B), stainless steel (C), and brown paper (D)

3 結(jié) 論

本實驗建立了UVC-LEDs處理對不同食品接觸材料表面兩種致病菌的失活動力學(xué)模型并初步研究了影響其殺菌效能的因素。研究發(fā)現(xiàn)，UVC-LEDs對不同食品接觸材料表面E.coliO157:H7和L.monocytogenes均具有良好的殺菌效果，Biphasic模型（R2＞0.960）和Weibull模型（R2＞0.922）能很好地描述UVC-LEDs對上述兩種微生物的殺滅規(guī)律。UVC-LEDs對接種于玻璃片、OPP薄膜、不銹鋼片和牛皮紙表面E. coliO157:H7（革蘭氏陰性菌）的殺菌效果明顯優(yōu)于L. monocytogenes（革蘭氏陽性菌）。UVC-LEDs對不同食品接觸材料的殺菌效果依次為玻璃片＞OPP薄膜＞不銹鋼片＞牛皮紙；食品接觸材料的表面粗糙度依次為玻璃片＜OPP薄膜＜不銹鋼片＜牛皮紙；表面親水性依次為玻璃片＞OPP薄膜＞不銹鋼片＞牛皮紙。以上結(jié)果表明，UVC-LEDs對于不同食品接觸材料表面的殺菌效果可能受到微生物種類和食品接觸材料表面性質(zhì)等因素的影響。因此，在實際應(yīng)用過程中，應(yīng)綜合考慮食品接觸材料表面性質(zhì)及微生物種類，優(yōu)化處理參數(shù)以達到更好的殺菌效果。