食源性致病菌生物被膜的防控技术研究进展

2023-12-12韩乔

食品安全导刊 2023年30期

韩乔

（新乡工程学院食品工程学院，河南新乡 453000）

食源性致病菌导致的食源性疾病是世界最突出的问题之一。世界卫生组织（World Health Organization，WHO）统计发现，全球范围内由食源性致病菌感染引发的疾病已达到60 亿例，其中约有42 万人感染死亡[1]。然而，在食品加工过程中，食源性致病菌常常以生物被膜（Biofilm，BF）形式生长繁殖[2]。与浮游细胞相比，BF 菌对抗生素和洗涤剂等外部压力的抵抗力更强，极难消除，容易造成食品的交叉污染，威胁人类健康[3-4]。

1 食源性致病菌生物被膜的防控措施

随着对BF 形成机制的研究不断深入，发现其对食品安全的危害越来越严重，因此要寻找快速、高效的方法来防控BF。以往对BF 的研究都侧重于对其形成条件的控制，没有系统地对防控BF 的方法及其机理进行探究。基于此，本文对其进行了详细分析，将其具体细分为物理方法、化学方法、生物方法，并进行系统性概述。

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 的黏附阶段是一个动态的过程，具有较为复杂的理化性质和生物学特性。目前在食品工业中应用广泛的抗菌方法包括巴氏杀菌法、烘焙、蒸煮等热加工技术，这些抗菌方法可以杀灭细菌，控制食源性致病菌BF 的形成，但热加工技术会降低食品的品质，影响食品的活性成分，如淀粉、多酚等物质的含量、结构和活性等[5]。此外，一些抗黏附、特种和改性材料，如聚二甲基硅氧烷、超疏水性材料等，对食源性致病菌有一定的抗黏附性，但具有材料成本较高、应用条件受限等缺点[6]。

除了初始黏附阶段的物理防控技术，还有用于防控成熟BF 的物理方式，主要有机械处理法、高强度聚焦超声波法、紫外线照射法以及超高压法等。机械处理法广泛应用于目前食品加工设备的清洗，其对BF 有一定的清除效果，但也会造成食源性致病菌在设备表面的持续残存，造成二次污染[7]。物理方法对食品和加工设备的腐蚀和破坏作用较低、对环境的污染小，且成本相对较低，仍然有较大的探索和应用空间。虽然防控食源性致病菌BF 的物理方法效果明显，但BF 经过物理条件处理后会直接影响食品品质，也存在潜在的安全性问题。因此，未来的研究热点会更多地集中在物理法与化学法、生物方法的结合应用方面。

1.2 防控食源性致病菌BF 的化学方法

化学方法可直接对BF 进行杀灭，并阻断食源性致病菌之间的交流和生长，既可以预防BF 的形成，也可以通过杀死成熟的BF 菌，逐步裂解，从而清除BF。化学方法作为目前常用且高效的防控方法，研究范围广泛，可具体分为合成化学物质和天然产物。化学杀菌剂包括含氯杀菌剂、乙醇、电解水等[8-9]，虽然对食源性BF 有一定的抑制作用，但也存在杀菌剂残留的风险，且低剂量、低浓度也会增强细菌黏附性和BF 形成能力。

研究发现，季胺类化合物可以有效控制BF 的产生[10-11]。此外，酸性电解水对食源性致病菌BF 有防控作用，其通过破坏胞外聚合物形成，从而渗入BF达到杀灭BF 菌、清除BF 的作用[12]。这些常用的消毒剂对食品接触表面的清除效果受其浓度、接触时间、接触面积等因素的影响，且由于不同食源性致病菌形成的胞外聚合物结构不同，对BF 的清除效果也有一定的差别。

与化学杀菌剂相比，天然抗菌物质具有绿色、无毒等优势。例如，茶多酚、肉桂醛、柠檬酸可以抑制BF 内信号分子AI-2 的传递，对食源性致病菌BF 均有抑制作用[13]。研究发现，辣木籽素作为新型高效植物源性抗菌剂会改变单增李斯特菌膜的通透性，抑制BF 的形成[14]。郭泽宇等[15]研究发现，黄芩苷可以通过降低大肠杆菌相关毒力基因的表达，破坏细胞膜，影响群体感应系统等抑制BF 的形成。

综上，天然产物及其提取物可以有效控制BF 的产生，且具有高效、低污染、资源丰富、价格低廉等优点，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、噬菌体、群体感应抑制剂、益生菌等。BF 破坏酶防控BF 的机制主要是通过降解食源性致病菌形成的多糖，从而抑制BF 三维结构的形成，进一步清除BF。有研究表明，通过响应面优化实验，纤维素酶、脂肪酶和蛋白酶可抑制90%的304 不锈钢表面的副溶血性弧菌BF 的形成[16]。噬菌体主要通过直接作用于细菌裂解其结构，或产生解离酶作用BF 聚合物，达到清除BF 的作用。例如，噬菌体能降低果蔬、肉蛋中的大肠杆菌BF，还可进入铜绿假单胞菌BF 菌内部，产生酶并清除BF[17-18]。相比于传统清除BF 的方法，噬菌体清除BF 已成为近年来BF 防控研究的热点。但由于噬菌体作用细菌范围受限、扩散效率低，在食品领域的应用较少。

群体感应抑制剂是通过抑制某些信号分子的合成、受体蛋白的结合等方式阻断食源性致病菌之间的交流，抑制BF 的形成[19-22]。细菌具有繁殖快、产量高、可以大规模培养等特点，因此利用微生物方法防控食源性致病菌BF 在未来也有很大的优势和发展空间[23-25]。