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安全、高效、经济、营养的天然保鲜剂不仅是国外发展的主流也是我国今后发展的主要方向,至今已开发的许多种天然保鲜剂不但对人体健康无害,而且还具有一定的营养价值,利用前景十分可观。目前对水产品保鲜剂抑菌机理的研究尚处于初期阶段,还有待进一步在细胞、分子水平上进行深入的研究,以期推进我国水产品保鲜技术的发展和水产品加工业的发展。本研究选择了壳聚糖、茶多酚、溶菌酶三种保鲜剂,研究其对水产品中主要腐败菌的细胞结构及胞内大分子的影响,从而进一步阐明它们的抑菌机理。本研究对于水产品保鲜剂的发展具有重要的理论和现实意义。
本文主要以革兰氏阳性的金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性的铜绿假单胞菌为试验菌,首先研究了壳聚糖的最小抑菌浓度及最小杀菌浓度,之后通过测定菌悬液的电导率、β-半乳糖苷酶活性、ALP和G6PDH酶活性来测定膜完整性以及膜通透性情况,随后进行菌体全蛋白分析以及DNA残片分析,以了解菌体内蛋白的泄漏情况以及对DNA的影响,最后进行了透射电镜分析,希望从这一系列的实验方法中,可以探索到壳聚糖更确切的抑菌机理。在对茶多酚抑菌机理的研究中,通过测定茶多酚与两种菌作用前后细菌培养液的电导率和可溶性总糖的变化以及菌体在磷代谢和蛋白质表达方面的变化,初步阐明了茶多酚对这两种菌的抑菌机理。在对溶菌酶抑菌机理的研究中,通过测定抑菌圈确定溶菌酶的抑菌活性,并测定了溶菌酶对各供试菌的最小抑菌浓度和最小杀菌浓度,随后分析了溶菌酶对各菌生长曲线的影响;最后,通过紫外吸收物分析研究溶菌酶对细菌膜完整性的影响,以证实其膜作用机制,从而推动溶菌酶的抑菌机制研究以及推广应用。
在壳聚糖的一系列研究工作中,可以发现壳聚糖具有广谱抗菌作用,对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均有抑菌作用,且对革兰氏阳性菌的抑菌作用强于革兰氏阴性菌。膜通透性分析可得出壳聚糖可与细菌细胞表面发生作用,增加细胞膜通透性,使细胞内容物发生外泄从而使培养液中带电离子增多电导率增加,同时伴随着细胞胞内酶一同泄漏出来,培养液中可以检测到酶活。此外,细胞膜的破坏也影响了胞内蛋白质的合成,并且大量蛋白质外泄到培养液中,从而使胞内全蛋白迅速降低,加剧了细菌死亡。DNA残片分析可以观察到,细菌用壳聚糖作用后,DNA合成受到了影响,对于革兰氏阳性的金黄色葡萄球菌,DNA分子大量外泄,而对于革兰氏阴性的铜绿假单胞菌,DNA分子只有少量外泄,主要在细胞内部发生水解,成为大量DNA小分子片段,从而使细菌瓦解。透射电镜可以观察到,经壳聚糖作用后,细菌形态发生了明显的变化。对于金黄色葡萄球菌,细胞膜被破坏,细胞内容物发生凝聚,并开始向胞外泄漏;对于铜绿假单胞菌,首先发生质壁分离,随后细胞膜被严重破坏,从而使内容物大量外泄,细胞正常生理功能受到严重障碍,从而逐渐死亡。
在对茶多酚的研究工作中,研究结果表明,茶多酚对金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌均有抑菌活性,但对金黄色葡萄球菌的抑菌活性更强。经茶多酚处理后,细菌培养液的电导率和总糖浓度均增大,表明了茶多酚可破坏细胞膜的结构、导致细胞通透性增加,进而使细胞内容物外泄。另一方面,经茶多酚处理后的两种菌对磷的消耗量降低,以致严重影响了核酸、磷脂等细胞重要成分的合成以及能量代谢;通过SDS-PAGE分析,证实茶多酚可以阻碍细菌蛋白质的正常表达,以致影响其细胞的结构组成以及酶的催化活性,最终导致细菌正常生理功能的丧失。
而在溶菌酶的研究工作中,可得出溶菌酶对革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌均有抑菌作用,且对革兰氏阳性菌的抑制作用强于革兰氏阴性菌。根据对溶菌酶所测MIC和MBC的分析,可以得出溶菌酶对金黄色葡萄球菌的抑菌机制主要是通过渗透作用进入细胞内,吸附细胞质,干扰细菌正常代谢。根据对细菌生长曲线的研究,得出溶菌酶对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌作用是最强的,能在较短的时间内就大量杀死细菌,生长速度缓慢甚至趋近零增长。而根据对大肠杆菌细胞膜完整性的分析,可以得出溶菌酶对大肠杆菌的抑菌机理是溶菌酶水解细胞壁中的糖苷键,从而破坏细胞壁结构使其失去对细胞的保护作用,细胞内容物包括紫外吸收物大量外泄,细胞质解体成为空腔,从而导致细胞死亡。
本研究主要选择了金黄色葡萄球菌和常见水产品腐败菌铜绿假单胞菌来研究天然保鲜剂的抑菌机理,而对于铜绿假单胞菌,是前人很少研究过的,此研究将有助于推动保鲜剂在水产品中的应用。对于壳聚糖,进行DNA残片分析的研究鲜见,而这一方法可以从另一方面了解壳聚糖与细菌的作用强度,将推动抑菌机理的研究。另外,本实验所获得的透射电镜图比较清晰,将有利于更直观地分析研究其抑菌机理。对于茶多酚,分析了细菌磷代谢以及可溶性总糖的变化,这可以更系统地了解茶多酚对细菌代谢过程的影响,从而更全面而深入地研究茶多酚的抑菌机制。对于溶菌酶,实验发现其对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均有有效的抑菌作用,而本溶菌酶来源是微生物,一般的溶菌酶来源于鸡蛋清且只对革兰氏阳性菌有抑菌作用,可见微生物溶菌酶的抑菌作用非常强,这将推动微生物溶菌酶的开发研究以及应用。