食源性致病菌生物被膜的防控技術(shù)研究進(jìn)展

韓 喬

（新鄉(xiāng)工程學(xué)院 食品工程學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453000）

食源性致病菌導(dǎo)致的食源性疾病是世界最突出的問(wèn)題之一。世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，全球范圍內(nèi)由食源性致病菌感染引發(fā)的疾病已達(dá)到60 億例，其中約有42 萬(wàn)人感染死亡[1]。然而，在食品加工過(guò)程中，食源性致病菌常常以生物被膜（Biofilm，BF）形式生長(zhǎng)繁殖[2]。與浮游細(xì)胞相比，BF 菌對(duì)抗生素和洗滌劑等外部壓力的抵抗力更強(qiáng)，極難消除，容易造成食品的交叉污染，威脅人類(lèi)健康[3-4]。

1 食源性致病菌生物被膜的防控措施

隨著對(duì)BF 形成機(jī)制的研究不斷深入，發(fā)現(xiàn)其對(duì)食品安全的危害越來(lái)越嚴(yán)重，因此要尋找快速、高效的方法來(lái)防控BF。以往對(duì)BF 的研究都側(cè)重于對(duì)其形成條件的控制，沒(méi)有系統(tǒng)地對(duì)防控BF 的方法及其機(jī)理進(jìn)行探究。基于此，本文對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)分析，將其具體細(xì)分為物理方法、化學(xué)方法、生物方法，并進(jìn)行系統(tǒng)性概述。

1.1 防控食源性致病菌BF 的物理方法

食源性致病菌形成BF 的黏附階段是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，具有較為復(fù)雜的理化性質(zhì)和生物學(xué)特性。目前在食品工業(yè)中應(yīng)用廣泛的抗菌方法包括巴氏殺菌法、烘焙、蒸煮等熱加工技術(shù)，這些抗菌方法可以殺滅細(xì)菌，控制食源性致病菌BF 的形成，但熱加工技術(shù)會(huì)降低食品的品質(zhì)，影響食品的活性成分，如淀粉、多酚等物質(zhì)的含量、結(jié)構(gòu)和活性等[5]。此外，一些抗黏附、特種和改性材料，如聚二甲基硅氧烷、超疏水性材料等，對(duì)食源性致病菌有一定的抗黏附性，但具有材料成本較高、應(yīng)用條件受限等缺點(diǎn)[6]。

除了初始黏附階段的物理防控技術(shù)，還有用于防控成熟BF 的物理方式，主要有機(jī)械處理法、高強(qiáng)度聚焦超聲波法、紫外線照射法以及超高壓法等。機(jī)械處理法廣泛應(yīng)用于目前食品加工設(shè)備的清洗，其對(duì)BF 有一定的清除效果，但也會(huì)造成食源性致病菌在設(shè)備表面的持續(xù)殘存，造成二次污染[7]。物理方法對(duì)食品和加工設(shè)備的腐蝕和破壞作用較低、對(duì)環(huán)境的污染小，且成本相對(duì)較低，仍然有較大的探索和應(yīng)用空間。雖然防控食源性致病菌BF 的物理方法效果明顯，但BF 經(jīng)過(guò)物理?xiàng)l件處理后會(huì)直接影響食品品質(zhì)，也存在潛在的安全性問(wèn)題。因此，未來(lái)的研究熱點(diǎn)會(huì)更多地集中在物理法與化學(xué)法、生物方法的結(jié)合應(yīng)用方面。

1.2 防控食源性致病菌BF 的化學(xué)方法

化學(xué)方法可直接對(duì)BF 進(jìn)行殺滅，并阻斷食源性致病菌之間的交流和生長(zhǎng)，既可以預(yù)防BF 的形成，也可以通過(guò)殺死成熟的BF 菌，逐步裂解，從而清除BF。化學(xué)方法作為目前常用且高效的防控方法，研究范圍廣泛，可具體分為合成化學(xué)物質(zhì)和天然產(chǎn)物。化學(xué)殺菌劑包括含氯殺菌劑、乙醇、電解水等[8-9]，雖然對(duì)食源性BF 有一定的抑制作用，但也存在殺菌劑殘留的風(fēng)險(xiǎn)，且低劑量、低濃度也會(huì)增強(qiáng)細(xì)菌黏附性和BF 形成能力。

研究發(fā)現(xiàn)，季胺類(lèi)化合物可以有效控制BF 的產(chǎn)生[10-11]。此外，酸性電解水對(duì)食源性致病菌BF 有防控作用，其通過(guò)破壞胞外聚合物形成，從而滲入BF達(dá)到殺滅BF 菌、清除BF 的作用[12]。這些常用的消毒劑對(duì)食品接觸表面的清除效果受其濃度、接觸時(shí)間、接觸面積等因素的影響，且由于不同食源性致病菌形成的胞外聚合物結(jié)構(gòu)不同，對(duì)BF 的清除效果也有一定的差別。

與化學(xué)殺菌劑相比，天然抗菌物質(zhì)具有綠色、無(wú)毒等優(yōu)勢(shì)。例如，茶多酚、肉桂醛、檸檬酸可以抑制BF 內(nèi)信號(hào)分子AI-2 的傳遞，對(duì)食源性致病菌BF 均有抑制作用[13]。研究發(fā)現(xiàn)，辣木籽素作為新型高效植物源性抗菌劑會(huì)改變單增李斯特菌膜的通透性，抑制BF 的形成[14]。郭澤宇等[15]研究發(fā)現(xiàn)，黃芩苷可以通過(guò)降低大腸桿菌相關(guān)毒力基因的表達(dá)，破壞細(xì)胞膜，影響群體感應(yīng)系統(tǒng)等抑制BF 的形成。

綜上，天然產(chǎn)物及其提取物可以有效控制BF 的產(chǎn)生，且具有高效、低污染、資源豐富、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但其并不能完全控制BF 的形成。

1.3 防控食源性致病菌BF 的生物方法

生物法包括酶、噬菌體、群體感應(yīng)抑制劑、益生菌等。BF 破壞酶防控BF 的機(jī)制主要是通過(guò)降解食源性致病菌形成的多糖，從而抑制BF 三維結(jié)構(gòu)的形成，進(jìn)一步清除BF。有研究表明，通過(guò)響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，纖維素酶、脂肪酶和蛋白酶可抑制90%的304 不銹鋼表面的副溶血性弧菌BF 的形成[16]。噬菌體主要通過(guò)直接作用于細(xì)菌裂解其結(jié)構(gòu)，或產(chǎn)生解離酶作用BF 聚合物，達(dá)到清除BF 的作用。例如，噬菌體能降低果蔬、肉蛋中的大腸桿菌BF，還可進(jìn)入銅綠假單胞菌BF 菌內(nèi)部，產(chǎn)生酶并清除BF[17-18]。相比于傳統(tǒng)清除BF 的方法，噬菌體清除BF 已成為近年來(lái)BF 防控研究的熱點(diǎn)。但由于噬菌體作用細(xì)菌范圍受限、擴(kuò)散效率低，在食品領(lǐng)域的應(yīng)用較少。

群體感應(yīng)抑制劑是通過(guò)抑制某些信號(hào)分子的合成、受體蛋白的結(jié)合等方式阻斷食源性致病菌之間的交流，抑制BF 的形成[19-22]。細(xì)菌具有繁殖快、產(chǎn)量高、可以大規(guī)模培養(yǎng)等特點(diǎn)，因此利用微生物方法防控食源性致病菌BF 在未來(lái)也有很大的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展空間[23-25]。

2 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)物理、化學(xué)、生物方法對(duì)食源性致病菌BF 的防控技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，并分析其原理和優(yōu)缺點(diǎn)，為食源性致病菌BF 的防控研究和應(yīng)用提供了一定的理論基礎(chǔ)。未來(lái)在食品加工過(guò)程中，有關(guān)抑制食源性致病菌的初始黏附和清除成熟BF 等方面的研究有望突破瓶頸，得到進(jìn)一步的發(fā)展。