曲酸和茶多酚的协同抑菌机理及其在冷鲜水产品中的应用

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为解决冷藏水产品中食源性细菌污染和增殖所导致腐败变质及食品安全问题,本文以冷鲜鱼肉中常见的优势腐败菌和食源性致病菌作为模型菌株,通过体外抗菌实验筛选出了曲酸和茶多酚该组具有协同抗菌效应的天然复配抗菌剂,验证了其在冷鲜鲈鱼片及三文鱼片上的防腐保鲜和致病菌清除效果;并以大肠杆菌O157:H7作为模型菌株,通过表型实验以及转录组测序技术探究了曲酸和茶多酚的协同抗菌机理,具体的研究内容和结论如下:以冷鲜水产品中常见的优势腐败菌(腐败希瓦氏菌、荧光假单胞菌)作为模型菌株,通过测定最小抑菌浓度(MICs)、分级抑菌浓度指数(FICI)以及时间-杀菌曲线筛选并验证了曲酸、苯乳酸、茶多酚及百里香酚的体外联合抗菌效果。结果表明:曲酸和茶多酚对两株受试细菌均具有良好的抑制效果,MIC均在2 mg/m L以下;两者联用时对腐败希瓦氏菌和荧光假单胞菌的FICI值分别为0.5及0.25,表明曲酸和茶多酚对两株受试腐败菌均具有较强的协同抑制效果,相比较而言对荧光假单胞菌的协同抑制效果更佳;时间-杀菌曲线的结果同样显示曲酸和茶多酚联用可以在降低用量的同时造成更为显著的抑菌效果,进一步验证了曲酸和茶多酚的协同抑菌效应,表明两者有作为复配防腐剂应用于水产品的潜力。因此,以冷鲜鲈鱼片作为水产品模型,进一步探究了曲酸和茶多酚的防腐保鲜效果,结果表明曲酸、茶多酚单独及联合处理均能有效地抑制鱼肉中细菌的增殖和脂质的氧化,从而有效地维持鱼肉的理化品质和新鲜度;此外,各理化指标及主成分(PCA)综合分析均表明曲酸和茶多酚联合处理的效果要显著优于单独处理,在降低使用剂量的同时达到了更好的防腐保鲜效果,将冷鲜鲈鱼片的货架期延长了5-6 d,表明曲酸和茶多酚联用可作为水产品的天然复配防腐剂。以常见的食源性致病菌大肠杆菌O157:H7作为模型菌株,通过体外抗菌实验评估并验证了曲酸和茶多酚的协同抑菌效果,结果显示:曲酸和茶多酚对大肠杆菌O157:H7的MIC分别为1.6和1.0 mg/m L,两者联用时的FICI值为0.25,表明除上述两株革兰氏阴性腐败菌以外,曲酸和茶多酚对大肠杆菌O157:H7也具有极好的协同抑制效果,推测曲酸和茶多酚可能对大多数的革兰氏阴性细菌均具有协同抑制效果。因此,为探明曲酸和茶多酚对革兰氏阴性细菌的协同抑制机理,并为两者的应用和优化提供一些理论支持,本文以大肠杆菌O157:H7作为受试细菌,从细胞膜、基因组DNA、胞内蛋白质代谢等角度探究了曲酸和茶多酚对大肠杆菌O157:H7的抑制机理,结果表明:曲酸和茶多酚可以协同地攻击细菌的细胞膜,导致细胞膜完整性降低、细胞结构受损;进入胞内的曲酸能以插入碱基对的方式与细菌基因组DNA结合,从而影响细菌生物被膜形成等生理功能,进而降低细菌抵御外界胁迫的能力,最终导致细菌裂解和死亡。此外,为验证曲酸和茶多酚在即食性生食水产品致病菌清除上的应用效果,以冷鲜三文鱼片作为模型,探究了曲酸、茶多酚单独及联合处理对大肠杆菌O157:H7污染的清除效果,结果显示:相较于单独处理,曲酸和茶多酚联合处理的致病菌清除效果更佳,两者以2 MIC浓度联用时对大肠杆菌O157:H7的清除率可达到99.04%,表明两者也适合作为天然复配消毒剂,用于即食性水产品的致病菌控制领域。为更深入地揭示曲酸和茶多酚抗菌机理以及两者协同抗菌效应背后的机制,通过转录组测序技术探究了大肠杆菌O157:H7对亚致死浓度的曲酸、茶多酚单独及联合胁迫的应答机制,结果显示:相较于对照组,从曲酸、茶多酚单独处理组以及联合处理组分别鉴定出了978、135和232个差异基因,结合表型实验以及先前的文献对差异基因进行富集分析和讨论发现:1)亚致死浓度的曲酸处理会给细菌造成轻微的酸性胁迫并同时抑制其有氧呼吸,还能破坏细菌的细胞膜和基因组DNA,通过基因表达量变化幅度的大小推断基因组DNA可能是曲酸最重要的抗菌靶点;2)亚致死浓度茶多酚处理会给大肠杆菌O157:H7造成氧化胁迫,并且可以抑制细菌硫酸盐的摄取以及能量物质ATP的合成;3)曲酸和茶多酚联合处理时,大肠杆菌O157:H7除面临以上两类不利影响以外,还会遭受铁离子摄入的抑制,铁离子摄入受阻会直接降低大肠杆菌O157:H7的抗逆性,从而解释了曲酸和茶多酚的协同抗菌机制。
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