Nisin结合加压CO2处理对枯草芽孢杆菌芽孢结构和胞内成分泄漏的影响

近日，东北农业大学食品学院的研究团队研究乳酸链球菌素（nisin）和高压二氧化碳（high-pressure carbon dioxide，HPCD）对枯草芽孢杆菌孢子中核酸、可溶性蛋白、Mg2+、Ca2+、K+和吡啶二羧酸结构变化和渗漏的协同作用。HPCD和Nisin均用于灭活枯草芽孢杆菌孢子。HPCD联合Nisin处理的孢子死亡率显著高于单独使用HPCD处理的孢子。孢子死亡的主要原因是由于孢子渗透性的变化和结构损伤引起的组分渗漏。HPCD处理破坏了孢子的超微结构，导致核酸、Mg2+、Ca2+、K+和吡啶二羧酸从孢子中泄漏，而HPCD结合Nisin破坏了孢子膜，导致孢子死亡，二者发挥协同作用。该研究评价了HPCD和Nisin的协同作用，为HPCD和Nisin的潜在联合应用提供了依据。

Introduction

食品杀菌对食品加工和安全至关重要。与高温加热相比，加压二氧化碳（HPCD）的处理条件更温和，可以在不改变食品风味和营养成分的情况下灭活微生物。然而单独用HPCD处理不能有效失活细菌孢子。因此，在确保食品质量的同时，利用安全高效的食品添加剂辅助HPCD灭活孢子至关重要。Nisin是一种含有34个氨基酸残基的肽，可抑制或灭活食品中的革兰氏阳性腐败菌，尤其是细菌孢子。HPCD和Nisin的协同杀菌活性已被食品工业用于灭活细菌营养体，然而，对于具有更高抗性的细菌孢子，HPCD与Nisin联合作用的影响尚不清楚。本研究选择枯草芽孢杆菌孢子作为模型体系，研究了HPCD和Nisin联合处理对芽孢结构和胞内成分泄漏的影响及机制。

HPCD处理120 min后孢子失活率为79.04%，而Nisin-HPCD处理90 min后孢子失活率为97.82%，显著高于单一处理组（P<0.05），说明Nisin结合HPCD灭菌产生了协同作用。

核酸及其衍生物是重要的细胞成分，在正常情况下不会泄漏到细胞外空间。因此，核酸泄漏量可以间接指示对孢子壁/膜的损伤程度。不同处理组中泄漏核酸的吸光度值随着作用时间的增加而增加。然而，在0~90 mim之间，Nisin-HPCD处理后的核酸渗漏程度大于HPCD或Nisin单次处理后的渗漏程度，并且差异显著（P<0.05）。2,6-吡啶二羧酸（DPA）是芽孢的特征性物质，其主要存在于芽孢的核心，而没有发现其存在于细菌的营养体中。在HPCD处理组和Nisin-HPCD处理组中均发生了DPA的泄漏现象，同时，Nisin-HPCD处理组中DPA的泄漏量均高于HPCD处理组，这说明Nisin的添加增大了芽孢内DPA的泄漏量。

Mg2+、Ca2+和K+稳定细胞壁和膜结构，K+在调节细胞膜通透性方面也起着关键作用。因此，这些金属离子的泄漏损坏了壁和膜。Nisin-HPCD处理后孢子会泄漏更多的Ca2+、Mg2+ 和K+。然而，在Nisin处理组中，Mg2+、Ca2+ 和K+的泄漏浓度最小，这可能是因为Nisin单独处理对孢子结构的影响可以忽略不计。

未经处理的孢子包膜完整清晰，孢子呈光滑椭圆形，说明孢子结构未发生明显变化。孢子样品处理后孢子结构发生明显变化，出现皱纹，胞内成分变薄，呈现异质性，Nisin-HPCD处理后芽孢被刺破。

总之，HPCD对孢子壁和孢子膜具有损伤作用，而Nisin具有协同杀菌作用，使胞内化合物渗漏增加，导致孢子死亡。

Abstract

本文研究了乳酸链球菌肽和高压二氧化碳（HPCD）对枯草芽孢杆菌孢子中核酸、可溶性蛋白、Mg2+、Ca2+、K+和2,6-吡啶二吡啶酸结构变化和渗漏的协同作用。HPCD和乳酸链球菌肽辅助剂均用于灭活枯草芽孢杆菌孢子。HPCD联合乳酸链球菌素处理的孢子死亡率明显高于单独使用HPCD处理的孢子（P＜0.05），造成孢子死亡的主要原因是由于孢子通透性的变化和结构损伤引起的组分渗漏。HPCD处理破坏了孢子的超微结构，导致核酸、Mg2+、Ca2+、K+和2,6-吡啶二吡啶酸从孢子中泄漏，而辅助HPCD处理的乳酸链球菌肽破坏了孢子膜，导致孢子死亡并发挥协同作用。本研究评价了HPCD和细菌素乳酸链球菌素的协同作用。该调查为HPCD和乳酸链球菌肽的潜在联合应用提供了证据，以帮助确保该行业的食品安全。

相关链接：枯草芽孢杆菌，2,6-吡啶二羧酸，氨基酸，腐败菌，伟业计量

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