姜黄素光动力杀灭副溶血性弧菌的机制研究及对牡蛎品质的影响

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本研究旨在探究姜黄素介导的光动力灭活(Photodynamic inactivation,PDI)技术对副溶血性弧菌及其生物被膜的杀灭机制及对牡蛎的品质保鲜研究。首先以姜黄素为光敏剂,建立了高效的蓝光发光二极管(LED)对副溶血性弧菌灭活以及清除其生物被膜的光动力灭活技术;通过模拟自然环境下副溶血性弧菌在牡蛎上形成生物被膜的情况,探究PDI在食品基质上对生物被膜的清除研究;由于食物基质本身会为微生物提供了庇护所和肉表面具有保护效力的脂肪层,保护它们免受辐射,PDI通常不能完全灭活食源性病原体,并可能导致细胞亚致死性损伤。食物被转移到合适的环境后,受损细胞会自我修复和增殖,会造成二次污染,因此,进一步研究了PDI处理后损伤细菌细胞的恢复和增殖以及对食品质量的影响。具体结论如下:1)本研究第二章:以姜黄素为光敏剂,建立了高效的蓝光发光二极管(LED)光动力灭活(PDI)技术,通过检测DNA完整性、蛋白质变化、形态改变、基因表达水平等来阐明其抗菌和抗生物被膜的机制,结果表明,1.0μM姜黄素介导的PDI处理5min(1.14 J/cm~2)后,在培养基上不能明显检测到浮游副溶血性弧菌,而20.0μM姜黄素介导的PDI处理60 min(13.68 J/cm~2)后,其生物被膜也几乎完全被清除。副溶血性弧菌的细胞壁和蛋白是PDI治疗的敏感靶点。同时,PDI能有效地灭活副溶血性弧菌细胞,降低细胞外聚合物的主要化学成分,并对生物被膜的结构产生负性影响。此外,PDI处理下调了副溶血性弧菌的毒力基因(tdh和tox R)和生物被膜形成基因(oxy R、aph A、lux S和opa R)的表达,从而阻碍了细菌的感染、定植以及生物被膜的形成。因此,姜黄素介导的PDI是一种有效的控制病原菌并清除其成熟生物被膜的技术。本研究将丰富我们对PDI诱导副溶血弧菌灭活的认识,从而为食品工业中新型PDI技术的设计提供新的思路。2)为了进一步探究光动力灭活技术在食品上的应用,本研究第三章是以牡蛎渗出液为副溶血性弧菌被膜的形成环境,以此探究副溶血性弧菌在食品基质上生物被膜的形成情况,模拟在实际贮藏或加工过程中副溶血性弧菌对牡蛎及其他海产品造成的危害,以至于对人类健康和食品工业产生的重大威胁。本章采用结晶紫定量法、MTT法来探究牡蛎汁对副溶血性弧菌形成被膜的增强程度;通过激光共聚焦显微镜(CLSM)分析了不同培养条件下副溶血性弧菌生物被膜结构形态的变化,并通过测定生物被膜胞外基质的组成含量变化,探究了牡蛎汁培养增强了副溶血性弧菌生物被膜胞外物质的形成。通过SEM观察结果表明,牡蛎汁培养的副溶血性弧菌可形成致密的生物被膜,呈现出大部分细胞紧密粘附、细胞外基质内形成致密的网状结构的形态。100%牡蛎汁培养相较于TSB纯培养得到的副溶血性弧菌生物被膜对姜黄素介导的PDI相比TSB纯培养需要更高能量的光照或更多姜黄素的介导,以此可以更加彻底完全地清除牡蛎汁中的生物被膜。3)目前大多数光动力研究只是探讨了PDI对食物中病原微生物的灭活作用,但由于食物基质本身会为微生物提供了具有保护效力的肉表面脂肪层,保护它们免受辐射,PDI通常不能完全灭活食源性病原体,并可能导致细胞亚致死性损伤。食物被转移到合适的环境后,受损细胞会进行自我修复和增殖,会造成二次污染。我们首次关注了PDI处理后损伤细菌细胞的恢复和增殖以及对食品品质的影响。本文第四章使用微生物、物理、化学和组织学方法,研究了姜黄素介导的蓝光二极管(LED)PDI对即食牡蛎中副溶血弧菌的灭活效果及其对牡蛎贮藏期间品质的影响。结果表明,PDI处理对牡蛎中副溶血弧菌在贮藏期间的恢复有明显的抑制作用,与10℃和25℃下的对照组相比最大差异值大于1.0 Log10 CFU/g(>90%)。同时,PDI处理对牡蛎p H值的降低、总挥发性盐基氮(TVB-N)的产生、脂质氧化以及色差的变化也有明显的抑制作用(P<0.05)。此外,PDI还有效地保持了牡蛎肌肉纤维的完整性和初始附着能力,从而减少了牡蛎在贮藏过程中肌原纤维间隙的失水和质地软化。在此基础上,本研究有助于了解PDI对细菌的灭活和食品的保鲜作用,为PDI在食品工业中的应用奠定基础。
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