1 光化学作用

UV波段通常被认为是PL发挥杀菌效应的主要区域，DNA变性是杀菌的主要原因。微生物在PL照射下DNA吸收UV波段波长（200～280 nm），DNA逐渐开始裂解，结构改变，形成对DNA不利的胸腺嘧啶二聚体，阻碍DNA复制和细胞分裂，微生物自身的新陈代谢机能出现障碍，遗传性出现问题，导致细胞死亡或孢子钝化[17]。UV光谱中对微生物的杀菌作用最重要的是UV-C波段（200～275 nm）。UV-C可引起DNA双链、单链断裂，诱导环丁烷嘧啶二聚体产生（图3）。Wang等[18]利用单色仪过滤光谱发现杀灭Escherichia coli的有效波长为230～360 nm，270 nm达最大杀菌性能，300 nm以上未发现有杀菌现象，证明PL起杀菌作用的光谱成分主要是UV，其中UV-C在杀菌中起重要作用。江天宝[19]采用不同的光学玻璃材料来过滤PL中不同光谱成分来研究杀菌效果，发现不同玻璃材料过滤的PL杀菌效果都有一定程度的减弱，即可见光、红外光、UV均对各种微生物存在杀菌效果，UV杀菌效果尤为突出，缺失UV-C光谱与全光谱杀菌效果相差大，复合任意两种光谱较单一光谱杀菌效果都会增强。结果表明UV在PL杀菌光谱作用中占重要作用，UV-C尤为明显，可见光和红外线对PL杀菌具有协同增效作用。

图3 PL杀菌机理

Fig. 3 Mechanism of sterilization by PL

微生物自身存在修复系统，对UV所引起损伤作用可及时修复。光复活作用意味着UV损伤的逆转，在可见光（340～400 nm）照射下，黑暗条件下与嘧啶二聚体结合的光裂合酶被激活，环丁烷二聚体单体化[20]。Lasagabaster等[21]研究在不同温度和光照条件对PL处理后的Listeria innocua生长的影响。在37 ℃和4 ℃两种处理温度下，PL均使L. innocua菌体浓度大幅降低（＞3 lg（N0/N））。而在日光照射下PL处理后可培养的L. innocua数量较黑暗条件下高2.2 lg（N0/N）。结果表明，PL闪照处理后，L. innocua光修复机制的裂合酶活性仍然存在。光修复机制的裂合酶活性不仅依赖于光，而且依赖时间。由于PL的瞬时性，从PL可见光部分获得的修复时间受到限制，因而PL的光修复有限。有报道证实Staphylococcus aureus和L. monocytogenes最优光修复作用波长在360～380 nm，低剂量脉冲时，光修复补偿水平较低，小于1 lg（N0/N），在高剂量脉冲时，光修复将受到抑制[22]。除对DNA损伤外，微生物的蛋白质吸收UV辐射后，因蛋白质结构被破坏而变性，导致酶失活及细胞死亡[23]。同时UV还可与臭氧共同作用，使臭氧经过照射后与水分子反应生成了具有强氧化性·OH，从而达到消毒杀菌目的[13]。

2.2 光热作用

PL中的近红外光能辐射能量，使细胞表面局部温度升高至50～150 ℃，破坏细菌的细胞壁，使细胞液蒸发，彻底破坏细胞结构，导致死亡[6]（图3）。PL产生的热效应与热处理不同，只使物体表面温度快速升高，没有显著的体积、温度变化[24]。

2.3 光物理作用

PL除具有光化、光热作用外，还存在光物理作用，PL的穿透性和瞬时冲击性损坏细胞壁和其他细胞成分，导致细胞死亡（图3）。PL系统中矩形波脉冲在周期一定的情况下，脉冲功率的峰值随着占空比的增大而增大，脉冲信号频率范围减小。脉冲信号频带作用范围扩大，脉冲信号功率谱频带范围越宽，信号的高频分量就越加丰富，对位移电流密度的影响较大，会引起器件的脉冲效应[25]。有研究结果表明脉冲形式提供能量主要表现在脉冲次数和脉冲持续时间，在达到相等总能量的情况下，脉冲提供的功率较连续光辐照功率更大，每次脉冲的持续时间更短，峰值功率越高，具有更高的渗透能力[26]。