基于革蘭氏陽(yáng)性菌生長(zhǎng)曲線(xiàn)等指標(biāo)評(píng)價(jià)纖維素基抑菌材料L-Met改性MCC（M-MCC）抑菌效果（一）
摘要：為有效預(yù)防、處理食品中的微生物污染，本研究以微晶纖維素（microcrystalline cellulose，MCC）為原材料，通過(guò)L-甲硫氨酸（L-methionine，L-Met）負(fù)載，制備得到了具有抗菌效果的L-Met改性MCC（M-MCC）。通過(guò)微觀形貌、元素組成分析等表征改性后M-MCC的形貌變化、元素變化以及穩(wěn)定性，證明了L-Met成功接枝。對(duì)M-MCC的體外抗氧化能力進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其對(duì)2，2’-聯(lián)氮雙(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)（2，2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)，ABTS）陽(yáng)離子自由基有良好的去除效果，當(dāng)M-MCC的質(zhì)量濃度為20 mg/mL時(shí)，對(duì)ABTS陽(yáng)離子自由基的清除率達(dá)到97.47%。而后通過(guò)最小抑菌濃度以及細(xì)菌生長(zhǎng)曲線(xiàn)對(duì)M-MCC抑制單核細(xì)胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）、金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的效果進(jìn)行研究。確定了M-MCC對(duì)L.monocytogenes和S.aureus等革蘭氏陽(yáng)性菌有著較好的抑制效果，最小抑菌濃度和最小殺菌濃度分別為15 mg/mL和30 mg/mL。最后，以L.monocytogenes和S.aureus為指示菌，研究了M-MCC對(duì)指示菌細(xì)胞膜通透性、細(xì)胞膜完整性、細(xì)胞內(nèi)容物以及DNA含量等多個(gè)方面的影響。相關(guān)結(jié)果表明，M-MCC處理對(duì)L.monocytogenes和S.aureus的生長(zhǎng)有顯著的抑制效果，到達(dá)對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的時(shí)間相較無(wú)處理組有所推遲。相應(yīng)的胞外電導(dǎo)率、核酸和蛋白質(zhì)的含量都有著明顯的變化，且與處理時(shí)間密切相關(guān)。本研究表明M-MCC在抗菌應(yīng)用方面具有巨大潛力。
革蘭氏陽(yáng)性菌是能被革蘭氏染色為深藍(lán)色或紫色的細(xì)菌，其細(xì)胞壁中含有大量的肽聚糖。由革蘭氏陽(yáng)性菌引起的感染可能導(dǎo)致許多嚴(yán)重的疾病，包括敗血癥、菌血癥、肺炎和心內(nèi)膜炎等。其中單核細(xì)胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）和金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）是食品中常見(jiàn)的革蘭氏陽(yáng)性菌。L.monocytogenes在環(huán)境中無(wú)處不在，在絕大多數(shù)食品中都能找到。肉類(lèi)、蛋類(lèi)、禽類(lèi)、海產(chǎn)品、乳制品、蔬菜等都已被證實(shí)是L.monocytogenes的感染源。S.aureus感染引起中毒的食品種類(lèi)較多，如奶、肉、蛋、魚(yú)及其制品。L.monocytogenes每年導(dǎo)致全球約23 000例嚴(yán)重感染，易感人群的死亡率超過(guò)30%。2018年，歐盟共有2 549例侵入性L.monocytogenes確診病例，每10萬(wàn)居民中有0.47例，1 469例確診病例中死亡率為15.6%，是所有食源性疾病中死亡率最高的。金黃色葡萄球菌是一種共生細(xì)菌，可在人類(lèi)的皮膚、鼻子和腸黏膜上繁殖。無(wú)病征的工人可透過(guò)人手接觸或呼吸道分泌物污染食物，因而成為葡萄球菌導(dǎo)致食物中毒的源頭。這種腸道中毒是因進(jìn)食受產(chǎn)生腸毒素的金黃色葡萄球菌污染的食物而導(dǎo)致。細(xì)菌血癥、感染性心內(nèi)膜炎、骨關(guān)節(jié)、皮膚和軟組織感染以及器械相關(guān)感染是金黃色葡萄球菌引起的主要疾病。食源性疾病帶來(lái)的負(fù)面影響不僅局限于某個(gè)人或某一處地方，其會(huì)深入到生活的各個(gè)方面，食品的微生物污染問(wèn)題也逐漸成為所有人共同關(guān)注的焦點(diǎn)。因此，如何快速有效地殺滅食品中的致病微生物，確保食品安全，對(duì)消費(fèi)者及社會(huì)各方都具有十分重要的意義。食品中微生物的抑制和去除方法也成為許多研究者不斷研究的課題。
為提高食品包裝的抑菌能力，通常在包裝中添加抑菌材料。常用的抑菌材料可分為無(wú)機(jī)抑菌材料和有機(jī)抑菌材料。一些無(wú)機(jī)化合物具有一定的抗菌活性，如銀（Ag）、銅（Cu）、鋅（Zn）等以及相應(yīng)金屬氧化物。此外，納米顆粒和納米技術(shù)也多用于無(wú)機(jī)抗菌材料。無(wú)機(jī)抗菌材料最重要的特點(diǎn)是在熱等的條件下具有很好的穩(wěn)定性。同時(shí)，無(wú)機(jī)抑菌材料也存在抗霉菌活性弱的缺點(diǎn)，因此在工業(yè)應(yīng)用時(shí)通常會(huì)加大使用劑量。有機(jī)抗菌劑對(duì)某些生物分子具有特異性。這一特性使其在醫(yī)療、保健、食品包裝薄膜等領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛。有機(jī)抗菌劑又分為天然抗菌劑和合成抗菌劑兩大類(lèi)。天然抗菌劑主要包括精油類(lèi)、溶菌酶類(lèi)、殼聚糖類(lèi)、細(xì)菌素類(lèi)和酚類(lèi)。合成抑菌劑包括季銨鹽和其他活性物質(zhì)負(fù)載聚合物復(fù)合材料。目前，抗菌劑的發(fā)展方向除了探索開(kāi)發(fā)天然抗菌劑外，更多的是將天然抗菌劑負(fù)載在聚合物材料上，從而在保留抑菌劑活性的條件下達(dá)到增強(qiáng)其機(jī)械性能的效果。近年來(lái)，由于纖維素獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，例如無(wú)毒環(huán)保、生物相融性好、可再生性強(qiáng)等特點(diǎn)，又具備比表面積大、納米結(jié)構(gòu)精細(xì)、力學(xué)強(qiáng)度良好和熱膨脹系數(shù)較低等特點(diǎn)，纖維素可作為一種理想的新型食品載體材料，被廣泛應(yīng)用于包括食品、造紙、生物材料和制藥行業(yè)的許多領(lǐng)域。
纖維素來(lái)源廣泛，年產(chǎn)量約為500億t。纖維素是由β-D-吡喃葡萄糖通過(guò)β-1，4-糖苷鍵連接而成的線(xiàn)性高分子化合物，具有良好的親水性和化學(xué)修飾性，是自然界中最豐富的生物大分子材料，是最適合合成綠色產(chǎn)品的原料之一。近年來(lái)，纖維素基抗菌劑的研究逐漸成為抗菌研究的熱門(mén)。纖維素可以作為性能優(yōu)良的載體，運(yùn)用不同的改性方法能夠使纖維素在具備較好抗菌效果的同時(shí)滿(mǎn)足差異化的需求。氨基酸是生物大分子蛋白質(zhì)的基本組成單位，是一類(lèi)同時(shí)含有堿性氨基和酸性羧基的兩性化合物，目前一共有22種氨基酸。按照人體能否自行合成，可將氨基酸分為必需氨基酸和非必需氨基酸。氨基酸的結(jié)構(gòu)基本類(lèi)似，性質(zhì)的不同主要體現(xiàn)在R基的不同。甘氨酸的R基為—H，不具備立體異構(gòu)體，除甘氨酸外的所有氨基酸都具備立體異構(gòu)體，即存在D-型和L-型兩種構(gòu)型。氨基酸被廣泛應(yīng)用于食品和醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)。氨基酸具有豐富的官能團(tuán)，且大部分氨基酸具有良好的水溶性，是纖維素改性的一個(gè)良好選擇對(duì)象。
一些研究如含有五倍子草提取物的高吸水性交聯(lián)羧甲基纖維素-聚乙二醇水凝膠（最小抑菌濃度（minimum inhibitory concentration，MIC）為0.24 mg/mL）和由聚己內(nèi)酯及醋酸纖維素制成、添加精油的同軸濕紡纖維（對(duì)S.aureus的MIC為2.06 mg/mL）雖然具備較低的MIC，但一般都用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域作為體外傷口敷料，難以運(yùn)用在食品中。此外，這些材料的制備還存在著提取困難、合成復(fù)雜等問(wèn)題。相較于其他材料，纖維素和氨基酸均為綠色無(wú)害的天然化合物，可以廣泛應(yīng)用于食品中，且合成原料便于獲取、成本較低，通過(guò)高碘酸鈉氧化接枝的合成途徑和條件也較為簡(jiǎn)單。
本研究以食品中常見(jiàn)的L.monocytogenes和S.aureus兩種革蘭氏陽(yáng)性菌為研究對(duì)象，以微晶纖維素（microcrystalline cellulose，MCC）為載體，L-甲硫氨酸（L-methionine，L-Met）為改性材料，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一種纖維素基抑菌材料L-Met改性MCC（M-MCC）。通過(guò)L.monocytogenes和S.aureus生長(zhǎng)曲線(xiàn)等指標(biāo)評(píng)價(jià)M-MCC的抑菌效果，通過(guò)測(cè)定M-MCC處理后細(xì)胞膜通透性等指標(biāo)以評(píng)價(jià)M-MCC對(duì)L.monocytogenes和S.aureus細(xì)胞膜的影響。
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