食品包装是食品研究的一个重要领域，其在保持食品品质方面发挥着重要作用。食品在贮存和运输期间非常容易被微生物污染，造成食品的腐败变质，进而引发人类食物中毒等症状同时也造成了经济损失。光动力灭活（Photodynamic inactivation，PDI）是近年来发展起来的一种新型的杀菌技术，已被证明有良好的杀菌效果。另外，多糖作为重要的活性物质，因其天然无毒、可生物降解的特点，常被用作食品包装材料以减少传统塑料包装的污染。进一步开发应用具有光动力抗菌活性的多糖基食品包装材料，对于该领域的提升和创新有着重要意义。在此，本综述概述了PDI的作用原理、光敏剂（Photosensitizer，PS）种类、光源种类；也概述了多糖基天然聚合物的组成、多糖基食品包装材料的特性；并介绍了具有光动力抗菌活性的多糖基食品包装材料在水果、海鲜、肉制品等方面的应用及其对食品品质的影响，为多糖基食品包装材料在保鲜技术方面的发展和应用提供了重要的借鉴作用。
作为最古老且有效的食品保鲜技术，低温贮藏在维持肌肉食品、水果和蔬菜的安全及质量方面发挥着关键作用，根据贮藏环境温度的不同，现代工业中通常以冷藏（0~4 ℃）和冷冻（低于−18 ℃）两种方式来提高产品的品质稳定性。近年来，与传统肉制品相比，调理牛排因其食用方便、营养均衡等优势，越来越受到消费者的青睐。调理牛排产品通常采用冷藏或者冷冻方式进行贮运销售。传统的冷藏技术货架期较短，难以进行长线的冷链运输；此外，尽管冷冻技术可以大幅度延长货架期，但是贮藏过程中冰晶的生长/再结晶会对肌肉组织造成剧烈的机械损伤，解冻后过多的汁液损失会直接损害行业的经济效益和消费者的健康需求。因此，有必要开发新型的低温保存技术以维持食品原有的品质。
食品包装是保证食品质量和提高食品安全的重要手段。当前，石油基材料因其价格低廉、性能优异而被广泛应用，但其不可降解和不可再生的特点对环境造成了极大的污染。塑料对环境中生命形式构成威胁，如若不采取有效的干预手段，塑料垃圾引发的负面影响将值得深思。因此，研究新型天然、生物可降解食品包装材料对可持续发展具有重要意义。
研究发现，将多糖等生物大分子制成的可食用材料，应用在食品包装中，既可以对食品起到保鲜作用，又可以减少塑料对环境造成的污染。多糖基食品包装材料的主要价值在于保护食品的质量，延长食品的保质期，提高包装的功能特性、经济效益和可持续性，同时多糖基食品包装材料具有更好的化学稳定性和加工适应性，来源范围更广，成本更低。根据相关研究，多糖基食品包装材料还具有良好的香气和脂质屏障性能；甚至有些多糖及其衍生物还具有抗氧化和抗菌活性，可以有效地保护食品如水果、蔬菜、肉类、水产品、坚果、糖果、熟食等，延长其保质期。与传统杀菌方式相比较，光动力灭活（Photodynamic inactivation，PDI）是近年来兴起的非热杀菌技术，具有安全、高效、低能耗的特点。同时，PDI 技术能有效地杀死食物中的病原菌，从而保证食物的安全性和降低食源性疾病的发生率。在水果的防腐中，PDI 技术已被证明可以很好地保持食物的营养和安全。
基于此，本文阐述了 PDI 的基本原理以及 PDI中光敏剂（Photosensitizer，PS）的分类、常用的光源种类；分析了多糖基天然聚合物的组成，多糖基食品包装材料的特性；阐述了基于多糖物质构建的 PDI体系，并进一步揭示其在食品保鲜方面的应用价值，并对其发展前景进行展望，为多糖基食品包装材料在保鲜技术的发展和产业化应用方面提供指导。
1 光动力概述
PDI 技术因其灭菌效果好、环保、安全、成本低等优点而受到广泛关注，这种新型的非热杀菌技术有望作为一种辅助方法来解决食品工业面临的新挑战。PDI 是光动力效应的一种具体应用结果，主要强调对微生物如细菌、真菌、病毒等的灭活作用，用于杀灭微生物，灭菌等方面；而光动力效应是指在特定波长的光照射下，PS 吸收光子能量后产生具有细胞毒性的活性氧（ROS），从而引发一系列的化学反应和生物效应的过程，除了用于光动力灭活外，还可用于光动力诊断、材料科学以及农业防治病虫害等。
1.1 光动力抗菌机制
一般认为 PDI 的主要原理是光吸收和光能传递转化的过程。Cossu 等强调 PDI 需要三个关键要素：PS、合适波长的光和氧气（图 1a）。PS 在光照
作用下产生 ROS，而这些 ROS 会对食物基质产生影响，包括食物的保鲜、杀菌和其他与食物相关的应用。如图 1b 所示，Gnanasekar 等 表明被特定波长的光照射后的 PS 会从基态（1PS0，最低能级）跃迁到激发单重态（1PS*）。在基态时，PS 具有两种不同的自旋（单态），它们具有较低的自旋轨道；当它被吸收为光子时，它会把一个价电子带到外层，其中一个电子会进入高能量轨道激发态，在激发之前保持并行的自旋，这些激发态并不稳定，能量会从1PS*返回到1PS0 以荧光的形式而被释放掉。随着从1PS*到激发三重态（3PS*）的系统间穿越过程的发生，3PS*可以发生一种或两种反应，被称为 I 型和Ⅱ型反应。Lan 等阐述了这两种反应机制，一种是通过电子转移生成 O2−·、OH·等 ROS，另外一种反应则涉及能量转移过程生成1O2（图 1c）。1O2 能够与许多容易被氧化的底物相互作用，例如 DNA、脂类、蛋白质等，进而引发 DNA 碱基氧化、脂质过氧化、蛋白质氨基酸残基修饰及交联聚集、核酸结构改变等一系列致使生物分子结构与功能受损的不良后果，对细胞正常的生理代谢、遗传信息传递及膜结构完整性等多方面造成负面影响，从而在短时间内杀死细菌。例如，Durantini 等通过重原子取代修饰 BODIPY（硼-二吡咯亚甲基类荧光染料）结构，利用外部重原子效应来提高这些化合物的光动力活性以产生有效的光细胞毒性活性以灭活微生物（图 1d）。
Fig.1 Illustration of type I and type Ⅱ photochemical mechanism of PDI
PS 主要作用为吸收可见光，进而向周围环境或基质输送电子以生成 ROS，其在 PDI 过程中发挥核心作用，目前有关 PDI 的研究大多聚焦于合成或探寻高效的 PS。理想 PS 应具有以下特点：第一，在波长范围内有高吸收系数；第二，具有高量子产率；第三，有低聚集倾向，PS 最好能够选择性地在针对性区域富集；第四，在没有光照时对正常细胞几乎没有毒性，而在光照条件下对细胞能够产生较强的毒性作用。
目前，PS 已发展到第三代，其分类如表 1 所示。第一代是血卟啉及其衍生物，第二代是卟啉及其衍生物、金属酞菁及其衍生物、天然光敏剂（姜黄素和核黄素等），新型 PS 通常也是第三代 PS 的代名词，主要包括纳米光敏剂（金或银纳米颗粒、脂质体、石墨烯、碳纳米管等），是利用在第二代光敏剂分子上修饰特异性基团的方法，进一步提高 PS 的靶组织选择性及 PDI 特异性。第一代 PS 具有一定的靶向性，是多种卟啉类的复杂混合物，组分复杂，光动力损伤强度的稳定性都很差，吸收光谱范围较窄，光毒性高。随着光动力研究的进展取得重大突破，在光敏活性、吸收光谱等方面比起第一代 PS 有着显著改善，技术逐渐成熟，第二代 PS 大多数为单体化合物，组成和结构明确；具有较大的摩尔吸光系数，光敏周期短，吸收波长较长，产生单态氧产率高，更具选择性；光稳定性较好，激发态寿命较长，PDI 效率较高。第三代光敏剂是在第一代和第二代 PS 的基础上结合了相关特异性因子，进一步提高了光敏剂的靶向作用和特异性，同时减少对健康细胞的损伤和提高生物利用度。对于 PDI 在食品工业中的应用，PS 应具有不会对食物的外观、组成、味道和口感产生任何或仅有极少影响的特征，而且在食品安全方面要有所保障。在食品中应用的光敏剂主要是第二代天然 PS，天然PS 因其来源可靠、毒副作用小和光效高而被认为是最有发展前景的 PS。目前，在 PDI 中，主要以姜黄素、核黄素为主。姜黄素是一种天然活性产物，在PDI 工艺中最大吸收为 408~434 nm。1949 年，姜黄素首次被发现具有抗菌作用。据报道，姜黄素介导的 PDI 可降低革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的存活率。此外，姜黄素还具有抗炎、抗氧化、促凋亡等功效。通常，姜黄素与壳聚糖、淀粉等多糖基食品包装材料相结合用于食品的保鲜。核黄素是一种可以从植物和中药中获得的维生素 B，它具有大约 375 nm 的吸收波长，核黄素在光激发下产生ROS，对细菌产生毒性并诱导细菌死亡。
Table 1 Classification and research progress of PS
光源是构成 PDI 原理中的重要组成部分之一，因为它激发光敏剂，进而导致 ROS 的产生。因此，光源的选择对于 PDI 过程是非常重要的。实现有效的 PDI，需要满足几个要求。首先，光源的波长要在光敏剂的吸收光谱区域内。其次，所选的波长能够传播足够远，以能够实现 PDI 过程。此外，光源能够提供足够的光辐照度进行 PDI；还有许多其他参数，如合适的输出功率，一定的穿透性，照明区域的敏感边界和稳定的性能等也需要考虑其中。在 PDI 技术中，所采用的光源有两种，一种是相干的，另一种是非相干的。使用单一波长的相干性光源，使光束的光强分布更加均匀。与非相干光源相比，它具有良好的指向性和良好的相干性，并且随着波长的增加，它的透过率也随之增加。但该类材料存在稳定性差、温度敏感、价格昂贵、需预热、冷却时间长等问题。非相干光源是由自发辐射产生的，具有随机的相位，宽的频率范围和分散的传输方向。虽然单一光源的光强比较弱，但是可以将多个光源的光强进行简单的叠加；另外，由于其制备、使用方便、价格低廉等优点，已被广泛用于 PDI。采用单波长的相干光源，其强度分布比较均匀。与非相干光源比较，该光源方向性好，相干性好，其穿透力随波长的增大而增大。然而，使用这种类型的光源也面临一些问题，如不稳定性和对温度的敏感性，成本高，有预热要求和较长的冷却时间等。非相干光源源自自发辐射，其相位随机、频率范围宽、传播方向分散；尽管单个光源强度相对较弱但多个光源光强可简单叠加；加之制造和使用便捷，成本较低，在光动力灭活中应用广泛。
1.3.1 非相干光源
非相干光源主要有白炽灯、发光二极管（Light-emitting Diode，LED）等。其中，LED 被认为是一种新兴的绿色照明技术，在食品领域具有很大的发展潜力，通过对光强和照射时间的精确控制，在 PDI 工艺中得到了广泛的应用。LED发射波长由半导体的带隙决定，根据材料的不同，可以从光谱的紫外区调控到红外区。与其他光源相比，许多 LED 成本相对较低。像灯一样，LED 既不是单色的，也不是相干的，但它们的发射光谱要窄得多。LED 的可用发射波长覆盖了大多数光敏剂，为了实现光敏剂吸收特性与光源发射波长的最佳匹配，可以选择 LED 光源进行相应的调整，并且无需滤光片即可使用。LED 的优势还在于其紧凑的尺寸、高发光效率、高耐用性和宽发射波长范围。
1.3.2 相干光源
在 PDI 技术中，相干光源的应用是至关重要的。如连续波长激光器是最常见的相干光源，因其高空间相干性和单色性，在 PDI 中发挥着重要作用。连续波长激光器是一种以恒定波长发射连续光束的激光器。与发射短脉冲光的脉冲激光器不同，连续激光器产生连续的光流，这使得它可以精确地匹配光敏剂的吸收光谱，从而更高效地激发光敏剂产生活性氧物质，增强 PDI 的效果。同时，这种激光器可以精确地控制输出的激光能量，包括能量的强度和照射时间。可以根据食品的种类、微生物的污染程度等因素，灵活地调整激光参数，以达到最佳的杀菌效果，同时避免对食品的过度处理而影响其品质。激光具有良好的方向性，对于食品表面或包装材料上的微生物灭活，连续波长激光器可以实现精准的局部处理，不影响食品的其他部分。在食品加工过程中，连续波长激光器是一种非接触式的杀菌技术，不会与食品直接接触，避免了传统杀菌方法中可能存在的交叉污染问题，同时也减少了对食品的机械损伤，有利于保持食品的完整性和外观质量。激光器参数、光敏剂的特性以及食品的成分都会影响 PDI 的效果。连续波长激光器在食品领域的 PDI 中具有显著的杀菌效果，能够有效地杀灭各种食源性病原体，如细菌、真菌、病毒等。例如，对于常见的食源性致病菌如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等，经过合适的激光处理和光敏剂作用后，其数量可以显著减少，从而提高食品的安全性。相比于传统的热杀菌和化学杀菌方法，连续波长激光器的 PDI 技术对食品的营养成分、风味、色泽等质量指标的影响较小。这是因为该技术是一种非热杀菌技术，不会产生高温对食品造成热损伤，同时也避免了化学杀菌剂的残留问题。但是，激光器设备成本高、激光穿透性有限等缺点限制了其在食品领域的应用。
2 多糖基食品包装材料概述
迄今为止，食品包装材料主要包括多糖、蛋白质和脂质三种天然生物基聚合物，其中多糖是自然界中含量最丰富的天然大分子，具有加工成本低的特点，所以多糖占据最重要的地位。图 2 中大多数的多糖如纤维素、海藻酸盐、淀粉、果胶以及壳聚糖等可以很容易地加工成薄膜。根据多糖的来源不同，可将多糖划分为植物类、动物类和微生物类三大类。淀粉、壳聚糖、普鲁兰多糖分别是植物、动物、微生物多糖的典型代表，它们均具有良好的成膜性，所构建的多糖基食品包装材料能延长食品的保质期。
图 2 生物聚合物薄膜作为活性包装材料的设计及应用
Fig.2 Design and application of biopolymer film as active packaging material
2.1 淀粉基食品包装材料
淀粉广泛存在于植物的根、茎、种子和谷物中，具有价格低廉、可再生、储量大等优势，除了作为食物被人体摄入提供能量外，在功能性生物基可降解材料的开发中具有广阔的应用前景。淀粉膜具有良好的生物相容性、可降解性和阻隔性能，逐渐成为替代传统塑料薄膜的热门选择。淀粉膜的制备方法主要包括以下几种：溶剂浇铸法、挤出成型法、流延法、静电纺丝法等。淀粉与增塑剂结合，增塑剂的加入会降低淀粉分子间的氢键和高分子链之间的相互作用，从而提高膜的柔韧性，并增强膜的力学性能。Othman 等采用流延法制备淀粉/香蕉假茎薄膜，当香蕉假茎粉末含量为 40wt% 时，该膜的力学性能和阻隔性能达到最佳。作者所在课题组，通过静电纺丝技术成功制备出具有良好柔韧性的淀粉纳米纤维膜。在此基础之上，引入戊二醛，使其与淀粉分子产生交联作用，以此提高膜的抗拉强度和水接触角；此外，通过添加茶多酚赋予了淀粉纳米纤维膜抗氧化活性的作用，并通过拉伸试验证实其具有优异的力学性能。同时，淀粉纳米纤维膜的疏水性随着交联时间的增加而得到显著改善。此外，作者课题组开发了一种酰化单宁酸界面自组装涂层增强的淀粉纳米纤维膜，酰化单宁酸涂层显著增强了淀粉膜的耐水性、稳定性、力学强度、抗菌性、抗氧化性能、紫外线阻挡能力等。在实际食品保鲜应用中，采用酰化单宁酸界面自组装涂层淀粉纳米纤维膜包装的樱桃番茄，其保质期延长至 15 d，且具有良好的品质。
2.2 壳聚糖基食品包装材料
壳聚糖因其良好的生物可降解性，成膜能力强，生物相容性好，抗菌等特性成为了极具前景的食品包装材料候选者。由壳聚糖制成的薄膜具有良好的阻隔性能和抗菌特性。Pavinatto 等将丙三醇添加到壳聚糖中，形成了一种不溶于水的膜，并改善了膜的弹性和疏水性。但目前壳聚糖制成的薄膜力学性能差、耐水性和耐热性都较差，使其在食品包装领域的应用受到一定的限制。所以，一般使用交联、与增强填料共混以及与其他聚合物共混等方式来改善性能。张璐等以玉米淀粉和壳聚糖为主要原料，丙三醇为增塑剂，采用流延法制备了玉米淀粉/壳聚糖复合涂膜，研究结果表明壳聚糖与淀粉用量为1:1 时制得的涂膜无色透明，韧性好，表面平整，边缘无卷曲，无异味，力学性能较好。Yu 等为提高聚乙烯醇/壳聚糖生物可降解膜的力学性能，采用偏硅酸钠水解法，在聚乙烯醇/壳聚糖体系中原位生成二氧化硅，以提高其力学性能。研究发现：二氧化硅用量为 0.6wt% 时，聚乙烯醇/壳聚糖可降解膜在氧气透过率下降 25.6%、水汽透过率下降 10.2% 的情况下，其抗拉强度比未添加二氧化硅时高 45%。Nazurah等制备了咖喱叶精油壳聚糖薄膜，与壳聚糖薄膜相比，咖喱叶精油壳的添加成功降低了壳聚糖薄膜水分含量、水溶性和水蒸气渗透性。同时，含有更多咖喱叶精油的薄膜显示出更高的抗氧化活性和抗菌性能。尽管目前该领域的研究已取得一定的成果，但仍面临着许多问题，如：质量上，易有褶皱且均匀性欠佳；性能上，功能性有限且稳定性不足；成本上，设备昂贵且材料利用率低；生产效率上，工艺复杂周期长且量产难度大。
2.3 普鲁兰多糖基食品包装材料
普鲁兰多糖是一种线性胞外多糖，具有较好的水溶性，同时具有生物降解性、良好的成膜性能、气体阻隔性能以及优异抗氧化能力等特性，是一种理想的食品包装材料。Zhang 等利用普鲁兰多糖、玉米淀粉和没食子酸制备多元复合薄膜，该薄膜对DPPH 自由基有良好的清除能力，此外，薄膜对大肠杆菌和铜绿假单胞菌的抗菌能力随着没食子酸浓度的增加而提高。Chen 等采用戊二醛为交联剂，甘油为增塑剂，对普鲁兰多糖膜进行改性，考察交联程度对其吸水率、溶胀、透湿、抗拉强度等物理性质的影响。傅里叶红外光谱结果表明，戊二醛可有效地将普鲁兰多糖交联，戊二醛添加量为 1% 与 5%（w/w）时，可显著提高薄膜的拉伸强度；然而，如果戊二醛用量大于 20%（w/w）时，会引起薄膜的脆性。加入丙三醇可提高膜的韧性和亲水性能，提高膜的水蒸气透过率。
综上所述，多糖是一类广泛存在于自然界中的生物大分子，凭借其独特的性质，为食品包装领域带来了新的机遇和挑战。多糖基复合食品包装材料在食品包装方面具有显著优势并取得了快速进展，真正实现了安全、经济、环保等绿色化学理念。多糖基食品包装材料具有良好的力学性能、阻隔性能等优异特性，这些性能有力地促使了其用于蔬菜、水果、肉类、海鲜各类食品的包装。
3 具有光动力效应的多糖基食品包装材料在食品保鲜中的应用
在现代食品工业领域，确保水果、海鲜以及肉制品等各类食品新鲜度与品质始终是一项关键挑战。而在多糖基材料中引入光动力效应，则为其增添了抗菌以及延长食品保质期等独特的功能。具有光动力效应的多糖基食品包装膜对新鲜水果、海鲜以及肉制品进行保存的作用机制是在食物表面形成一层半渗透的安全屏障。起到破坏微生物结构与功能，氧化胞内大分子物质，抑制群体感应，降低毒力因子，破坏生物膜结构的作用（图 3），来降低食品品质损失，从而延长新鲜食品的保质期。
Fig.3 Main antibacterial mechanism of PDI
3.1 具有光动力效应的多糖基食品包装材料在水果中的应用
水果因其高水分、高糖量的特点极易滋生微生物，从而导致食品的腐败变质。具有光动力效应的多糖基食品包装材料在水果保鲜中也有很多应用研究（表 2）。Buchovec 等以壳聚糖为基底制备了食品包装涂层应用于草莓保鲜，在保鲜过程中发现，该涂层协同 PDI 可使草莓表面的病原菌数量减少2.2 lg CFU/g。草莓表面的酵母/霉菌数量减少1.4 lg CFU/g，且对草莓的视觉质量没有任何负面影响，延长了草莓的贮藏期。以碳点作为光敏剂，LED 为光源，Chen 等采用溶剂浇铸法制备了氮掺杂碳点与壳聚糖的复合膜，以此观察了薄膜对蓝莓保鲜的影响，在蓝莓贮藏比较中发现，复合膜不仅稳定了蓝莓的花青素含量，而且延缓了蓝莓的变质，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的光动力抗菌率分别为91.2% 和 99.9%。Du 等通过将 PDI 与可食用涂层果胶/槲皮素相结合，延长了鲜切苹果的保质期，在日光灯的照射下，可食用涂层果胶/槲皮素对金黄色葡萄球菌和单核增生乳杆菌的抗菌效果为 100%，同时，制备的可食用涂层在苹果表面形成一层保护屏障，有效地抵抗细菌感染，将保质期延长至 10 d，同时保持良好的品质。Luo 等使用一种简单的自组装策略制备辛烯基琥珀酸酐淀粉纳米胶束用于封装包含姜黄素的 κ-卡拉胶，在 450 nm 蓝光照射下，涂层对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均大于99%，将该涂层用于葡萄保鲜可将其保质期延长至3 d 以上。Lü等以明胶和羧甲基纤维素钠为薄膜材料，姜黄素为光敏剂，研究薄膜理化性能的变化及其在水果保鲜中的应用；光动力抗菌实验表明，含0.5% 姜黄素的薄膜对金黄色葡萄球菌的抗菌率达到 99.99%，对大肠杆菌的抗菌率达到 95%。在储存过程中，经薄膜光处理后的葡萄可保持长达 9 d 未受污染，且果皮微生物含量较低，短期暴露于成膜溶液中的香蕉可保持新鲜长达 6 d。Fu 等开发具有持续高效抗菌特性的壳聚糖基食品包装薄膜，该膜在可见光下对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌表现出优异的光催化杀灭性能，杀菌效率分别高达 99.36% 和99.54%，可以将金桔的保质期从 18 d 显著延长到27 d。Bai 等合成了基于光动力卟啉的 MOF-545，随后将香叶醇 GR 掺入 MOF-545 中以制备 GR@MOF-545。GR@MOF-545 对大肠埃希氏菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率在光照下超过 99%。随后，通过将 GR@MOF-545 掺入由聚乙烯醇（PVA）和羧甲基壳聚糖（CMCS）组成的复合基材中，制备了 PC/GR@MOF-545。通过形态学、电子鼻分析、色差、失重、含水量、硬度、可溶性固形物、可滴定酸度、抗坏血酸含量和丙二醛含量的评估，证实了 PC/GR@MOF-545 在光照条件下对樱桃番茄有良好的保鲜效果，可以将樱桃番茄的保质期延长至 12 d 以上。Zhang 等开发了一种新型光动力技术响应光催化涂层，具有卓越的紫外线（UV）光催化降解乙烯能力，可消除供应链中采后水果黄瓜的枯萎现象。该涂层将碳点（CD）负载的纳米氧化锌上然后掺入普鲁兰多糖和苹果果胶基质中，涂层在 60 min 紫外光刺激下乙烯去除率高达 32.04%。经过涂层处理后，黄瓜的硬度和细胞壁多糖含量更高，细胞壁降解酶活性降低，体重减轻和水分运动降低。Sun 等制备磷光碳点（P-CD），在 UV/Vis 光照射下，P-CDs 能高效地将 O2 转化为1O2，1O2 的强氧化性大大增强了 PCDs 对革兰氏阳性金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性大肠杆菌的抑制作用。同时，P-CDs 对灰葡萄孢表现出良好的光动力抗真菌特性。将 P-CDs 制成 P-CDs/PVA 薄膜，可有效延长草莓和香蕉在光动力抗菌作用下的保鲜期。Liu 等制备了手性硼二吡咯亚甲基（表示为 L/D-BDP）并制备了其纳米制剂（L/DBDP NP）。L/D-BDP NP 显着增强了 L/D-BDP 的手性，从而显著增强了抗菌活性。L/D-BDP NPs 可以根除金黄色葡萄球菌。将不同含量的 L/D-BDP NPs与壳聚糖和甘油掺杂制备抗菌膜。其中 2% LCG 薄膜的抗菌活性最为有效；在 8 d 的樱桃保鲜实验中，2% LCG 薄膜绿光照射 8 min，能有效抑制樱桃霉变，延缓维生素 C 和总多酚含量的损失，显著延长樱桃的常温贮藏期。综上，具有光动力效应的多糖基食品包装材料对水果品质基本不会产生很大影响，且光动力技术一定程度上能减轻果实的褐变，保持其可溶性固形物、色泽、水量含量、硬度等优良感官品质，延长货架期。
表 2 具有光动力效应的多糖基食品包装材料在水果保鲜中的应用
Table 2 Application of polysaccharide-based food packaging materials with PDI in fruit preservation
3.2 具有光动力效应的多糖基食品包装材料在海鲜及肉制品中的应用
动物源食物中含有丰富的水分、蛋白质等营养素，如果保鲜不当，会使食物中的蛋白质降解加快，油脂和色素的氧化速度加快，从而使食品腐败。如表 3 所示，研究人员对这类产品的光动力杀菌开展了很多研究。Lin 等以没食子酸、壳聚糖和纤维素纳米晶体为原料，采用溶液铸造法和协同 PDI 技术制备了一种活性膜。采用 254 nm 波长的光照射，以没食子酸作为光敏剂，研究了光动力杀菌对牡蛎表面的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抑制效果，通过相关分析发现，用复合膜在 4 °C 条件下包装和储存牡蛎，可以有效延缓牡蛎 pH、总菌落计数和脂质氧化的增加，复合膜对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径从24.50 mm 增加到 31.83 mm，对大肠杆菌 O157:H7的抑菌圈直径从 18.50 mm 增加到 21.82 mm。Su等也证实壳聚糖基食品包装材料在光照条件下能抑制三文鱼中的细菌，其中副溶血性弧菌被完全灭活，单核增生乳杆菌和波罗的海希瓦氏菌也被很好地控制。这一结果证明了利用多糖基 PDI 技术制备的食品包装材料对常见的食源性病原菌表现出广谱杀菌作用。同时以红酶 B 作为光敏剂，在 D 65 发光二极管 LED 光照处理下，玉米淀粉-红酶 B 膜在辐照下最大能激发 26.36 μg/ mL 过氧化氢和 74.5 μg/g羟基自由基。5% 红酶 B 浓度的玉米淀粉复合膜在体外光照 30 min 后对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和沙门氏菌细菌生长有抑制作用，在相同的条件下，在猪肉保鲜中对猪肉中金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和沙门氏菌的抑制作用都约为 2.4 lg CFU/mL。
表 3 具有光动力效应的多糖基食品包装材料在海鲜及肉制品中的应用
Table 3 Application of polysaccharide-based food packaging materials with PDI in seafood and poultry preservation
光动力杀菌还可以保持或在一定程度上提高产品的品质。Zhang 等将维生素 K3（VK3）包被在（2-羟丙基）-β-环糊精（HP-β-CD）中，构建了 VK3-HP-β-CD 配合物，然后将该配合物与壳聚糖和聚乙烯醇结合，制备了一种抗菌膜。膜在光照下持续释放 ROS，在黑暗中悬浮，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率>99%。在冷鲜羊肉的应用试验中，该膜能显著抑制冷鲜羊肉的总活菌数、pH 和总挥发性碱氮的增加，延长其保质期至少 12 d。另一项研究制备了玉米淀粉和叶绿素复合食品包装膜用于虾的保鲜，结果证实鲜虾在叶绿素介导的 D65 LED 灯照射后，金黄色葡萄球菌的浓度降低 5.2×102 CFU/mL，且在处理后其外观、色泽能得到很好地保持。Pei等将核黄素掺入壳聚糖涂层中，并在紫外线下以不同的曝光时间 2、4 和 6 h 进行处理，结果表明，随着紫外线照射时间的延长，壳聚糖涂层的透光率和抗菌性能逐渐提高，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制区分别为 6.37±0.15 mm 和 7.61±0.32 mm。此外，经紫外线照射的壳聚糖涂层还降低了猪肉的pH、总挥发性碱性氮和总活菌数等并改善猪肉的感官特性。总之，紫外辐照壳聚糖涂料可作为一种环保型抗菌包装材料，有效延缓猪肉腐败变质，保持其感官品质，延长其保质期。Wang 等以多孔多酚功能化金属有机框架（ZIF-8-TA）为框架载体，以黑磷量子点（BPQD）为光敏源，开发了一种具有光热、光动力和多酚表面电荷协同抗菌效果的复合活性抗菌材料。所得的 ZIF-8-TA/PBQDs 具有优异的光热转换效率、光动力性能和表面电荷，这些因素确保了100% 的广谱抗菌性能。与市售膜相比，将 ZIF-8-TA/PBQDs 掺杂到壳聚糖中生成的复合抗菌膜可有效延长牛肉的货架期。Zhuang 等制备了高利用率的姜黄素双层纳米胶囊，将其掺入明胶基可食用涂层中，用于牛肉保鲜。制备的涂层表现出优异的阻隔性、抗菌性和抗氧化性能，其中对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的生长抑制率分别为 99.11% 和 97.12%。姜黄素介导的涂层抗菌通过蓝光诱导 ROS 实现，结果表明蓝光涂层延长了牛肉的保质期。Yang 等设计并合成了一种新型光动力杀菌聚集诱导发射（AIE）分子，然后将其与琼脂混合制备复合膜，使琼脂膜具有抗菌性能。由于 AIE 分子的抗菌能力，掺杂 AIE 的琼脂基复合膜对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌、鲍曼不动杆菌、绿脓杆菌和发光杆菌具有良好的抑制作用，对包装猪肉的实际保鲜性能进行了评价，结果表明它可以将猪肉的保质期延长至 8 d 以上。综上，具有光动力效应的多糖基食品包装材料既安全又有效抑制食品微生物，对海鲜及肉制品延长其保质期，能保持食品的营养和感官特性，对食品质量无不良影响，同时避免了传统的热法或化学法杀菌可能出现的破坏食品成分、色泽的问题。
本文总结了 PDI 的作用原理是光吸收和光能传递转化的过程，明确 PS 已发展到第三代，目前食品中应用的光敏剂主要是第二代天然 PS 姜黄素和核黄素，适合的光源包括 LED 和连续波长激光器，其中 LED 具有尺寸紧凑、高发光效率、高耐用性、宽发射波长范围的优势，连续波长激光器具有灵活的激光参数调整性，但其成本高、激光穿透性有限。也综述了以淀粉、壳聚糖和普鲁兰多糖为基材的食品包装材料的设计，主要通过交联、增强填料共混以及与其他聚合物共混的方式提高性能，以构建具有良好耐水性、紫外线阻隔性、力学性能、抗菌性和抗氧化性的多糖基食品包装材料。其中具有光动力抗菌活性的多糖基食品包装材料因避免了传统的热法或化学法杀菌可能出现的破坏食品成分、色泽的问题，在水果、海鲜、肉制品等方面的应用具有重要作用，能够提高食品的安全性和保鲜性能。
通过 PDI 的方式提高多糖基食品包装材料的抗菌活性，进而减少食品污染，提高食品的货架寿命。与其他灭菌方式相比，PDI 的优势有以下几点：PDI是一种非接触性的抗菌方法，不需要直接接触食品，避免了化学物质对食品的污染；其次，PDI 具有一定的选择性，只对细菌等微生物起作用，不会对食品本身产生影响；此外，PDI 还具有较快的杀菌速度和较高的杀菌效率。然而，多糖基包装膜的 PDI 技术仍然存在一些问题需要解决。首先，PS 的选择和嵌入方式对光动力抗菌效果有重要影响，目前最常用的方式为多糖与 PS 共混，但会存在 PS 分布不均匀的问题，需要进一步优化嵌入方式；PDI 技术未确立为针对食源性微生物的标准抗菌程序，仍有必要测试PDI 对食品的致敏性、毒性、消化率和食用特性的风险，并验证其与不同食品的相容性，从而获得更多有价值的信息，以促进实施 PDI 的监管。对此，基于多糖基构建的 PDI 体系在食品保鲜方面具有重要的价值。
引用本文：刘月月，陈倩茜，谢芳，等. 多糖基食品包装材料的设计及其光动力抗菌活性的应用进展[J]. 食品工业科技，2025，46（17）：457−467. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2024090083.
Citation: LIU Yueyue, CHEN Qianqian, XIE Fang, et al. Advances in the Design of Polysaccharide-based Food Packaging Materials and Their Application for Photodynamic Antimicrobial Activity[J]. Science and Technology of Food Industry, 2025, 46(17): 457−467. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2024090083.
基金项目：湖北省教育厅科学技术研究项目（B2023046）。
蔡杰，中共党员，博士，教授，博士生导师。中国科协“青年托举人才”、湖北省杰出青年基金获得者、湖北省楚天学者。现任武汉轻工大学硒科学与工程现代产业学院副院长，兼任中国农业技术推广协会富硒农业技术专业委员会副主任委员、“科创中国”富硒农业产业服务团专家、EI期刊《食品工业科技》青年编委会主任委员、第一界新锐编委，国际期刊《Journal of Future Foods》青年编委等。长期致力于食品材料结构设计与功能化领域的教学和科研工作，主要在食品碳水化合物多尺度结构与性能调控、食品功能因子稳态化递送与精准营养、含硒活性物质研发与功能评价等领域开展持续的研究。围绕所在研究方向共发表学术论文120余篇，授权国家发明专利18件。获湖北省科技进步二等奖（第一完成人）。主持国家自然科学基金项目、湖北省自然科学基金项目（重点）、湖北省教育厅科研计划项目（重点）、湖北本科高校教学改革研究项目、武汉轻工大学杰出青年基金项目等20余项。
陈倩茜，女，中共党员，讲师，博士研究生。2023年毕业于武汉大学获得博士学位。主要研究方向：①碳水化合物资源开发与利用；②含硒活性物质开发与功能评价；③食品功能因子包埋与递送。主持或参与湖北省教育厅科学技术研究项目计划及湖北省国际科技合作项目各1项，相关研究以第一或通讯作者发表学术论文7篇，近年来参与申报发明专利2项，作为主要完成人获2024年湖北省科技进步二等奖（排6）。
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