绿原酸对Y.enterocolitica的抑菌活性及其在食品贮藏保鲜中的应用

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小肠结肠炎耶尔森菌(Yersinia enterocolitica,Y.enterocolitica)是一种常见的食源性致病菌,属于肠杆菌科、兼性厌氧的革兰氏阴性菌。它广泛存在于环境、动物和食品中,并且能够通过这些途径传播给人类。Y.enterocolitica引起的胃肠道疾病的常见症状包括腹泻、恶心和呕吐。此外,其它可能的并发症包括脾炎、心内膜炎、菌血症、肾炎等。由Y.enterocolitica引起的耶尔森菌病是一种常见的食源性人畜共患病,对全世界人类的健康和生命构成了巨大的威胁。抗生素的使用一定程度上解决了致病菌引起的传染病。然而,滥用或过度使用抗生素导致了致病菌的抗生素耐药性增加,这已经成为对人类健康的最大威胁之一。因此,开发具有抑菌作用的天然活性物质非常重要。绿原酸(Chlorogenic acid,CA)是羟基肉桂酸家族中的一种酚酸,广泛存在于杜仲、金银花、欧洲李等植物中,已经被证明具有抗菌、抗氧化、抗炎、抗癌、抗心血管疾病等多种功能。然而,CA对Y.enterocolitica的抑菌作用及其深层抑菌机理尚未有报道。本论文首次证明了CA对Y.enterocolitica的体外抑菌作用,阐明了CA发挥抑菌作用的机理,并将其用于壳聚糖-海藻酸钠复合保鲜膜的制作及水果保鲜。主要的研究内容如下:(1)CA对Y.enterocolitica的抑菌活性:通过倾注平板法和生长曲线法,证明CA对Y.enterocolitica具有显著的抑菌活性。倾注平板法实验证明,CA在40 mg/m L时表现出对Y.enterocolitica显著的抑菌活性。而生长曲线法显示,CA在2 mg/m L时就明显抑制细菌的生长,在8 mg/m L时细菌生长完全受到抑制。两种方法均证明,CA对Y.enterocolitica的抑菌作用为浓度和时间依赖型,为后续抑菌机理的探索确定了CA处理的浓度和处理时间。同样地,通过倾注平板法证明了CA对Y.enterocolitica的抑菌作用为非p H依赖。(2)CA对Y.enterocolitica的抑菌机理:扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)和透射电镜(Transmission Electron Microscope,TEM)实验证明,CA处理后,细菌的细胞壁和细胞膜破损,细菌内容物流出,导致细菌死亡。Y.enterocolitica能够形成生物膜,而生物膜的形成与其致病性和耐药性相关。生物膜敏感性实验证明,10mg/m L的CA可以显著抑制Y.enterocolitica生物膜的形成(抑制率达76.4%),并可以显著减少已经形成的生物膜(减少61.9%)。CA处理后的Y.enterocolitica分别用PI和SYTO-9+PI染色,再分别用流式细胞仪和激光共聚焦显微镜测定和观察。结果显示CA处理后的Y.enterocolitica的细胞膜通透性显著增加。CA与Y.enterocolitica的结合可能是CA发挥抑菌作用的先决条件。石英晶体微天平测试发现,CA溶液流经黏附有Y.enterocolitica的芯片后,共振频率(Δf)和重量(ΔWeight)均有稳定变化,说明CA通过与Y.enterocolitica结合发挥抑菌作用。为了进一步阐明CA对Y.enterocolitica抑菌作用的分子机制,我们对CA处理的Y.enterocolitica进行转录组分析。结果发现,CA扰乱了Y.enterocolitica的多条生理途径,主要包括与生物膜形成有关的通路、细胞膜通透性相关的通路等,这其中包括lux S,env Z,omp R,glg C,omp F,kdp D,cyd B等多个相关基因的显著差异表达。Q-PCR实验验证了转录组结果的准确性。转录组分析结果与上述细胞膜通透性实验和生物膜敏感性实验结果一致。综上所述,绿原酸作为一种有效的抑菌剂,能够通过干预多种生理途径,特别是与生物膜形成和膜通透性相关的途径,对Y.enterocolitica发挥抑菌作用。(3)绿原酸在食品防腐保鲜中的应用:实验证明,CA能够显著地抑制了牛奶中Y.enterocolitica的生长。与此同时,将绿原酸(终浓度10 mg/m L)添加到壳聚糖膜液和海藻酸钠-壳聚糖膜液中能够显著提高对大肠埃希氏菌(Escherichia coli,E.coli)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,S.aureus)、Y.enterocolitica、肠炎沙门氏菌(Salmonella enteritidis,S.enteritidis)、大肠埃希氏菌O157(E.coli O157)、志贺氏菌(Shigella)、单增李斯特菌(Listeria monocytogenes,L.monocytogenes)的抑菌作用(P<0.05)。此外,流延法成膜实验证明,添加CA不影响壳聚糖/海藻酸钠的成膜性。应用红外光谱仪对制成的薄膜进行扫描,进一步证明CA能够成功地与壳聚糖交联,且CA的添加不影响壳聚糖与海藻酸钠的交联。此外,与壳聚糖-海藻酸钠薄膜相比,壳聚糖-海藻酸钠-绿原酸薄膜的水蒸气和氧气透过率显著降低(P<0.05),断裂伸长率显著增加(P<0.05),而且能够显著地提高对葡萄的保鲜作用,延长货架期。
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