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江苏大学林琳:大肠杆菌O157噬菌体和D-苯丙氨酸共包埋SA/PEO纳米纤维膜用于食品包装

学术动态    2022-06-24 14:21

DOI: 10.1016/j.ijfoodmicro.2022.109762

 

大肠杆菌O157:H7(大肠杆菌O157)仍然是引起食物中毒的主要致病菌株之一。在此,研究者建立了一种策略,可以同时去除游离的大肠杆菌O157及其形成的生物膜。将生活污水中分离出的大肠杆菌O157噬菌体和D-苯丙氨酸(D-Phe)通过静电纺丝法共包埋在海藻酸钠(SA)/聚环氧乙烷(PEO)纳米纤维中,成功合成了复合纳米纤维(fP-NF)薄膜。添加脱水海藻糖作为噬菌体保护剂。当SA:PEO为3:9时,纺丝溶液具有最佳的导电率和粘度,得到的fP-NFs的平均直径为421.87nm,fP-NF薄膜的机械强度和透明度最好。fP-NF薄膜的热稳定性较好,纤维中的噬菌体活性保持良好。放置一周后,fP-NF膜中剩余的噬菌体数量仍接近106PFU/mL,噬菌体在室温(25℃)和冷藏温度(4℃)下的累积释放率均为70%以上。抗菌实验表明,与对照组相比,D-Phe的添加略微增强了纳米纤维膜对游离大肠杆菌O157的抗菌活性,8h内的杀菌率为99.74%。另一方面,D-Phe明显增强了纳米纤维膜对大肠杆菌O157生物膜的抑制活性,72h内的抑制率超过99.99%。应用结果进一步证实,在牛肉和果蔬短期贮藏过程中,D-Phe的添加能够显著增强纳米纤维膜对大肠杆菌O157增殖和生物膜形成的抑制活性,为新型活性食品包装材料的开发提供了一项重要策略及参考。

 

图1.D-AA筛选,包括(a)不同浓度的D-AA对抑制生物膜形成的影响,以及(b)D-Phe对大肠杆菌O157生物膜的MBIC(最低生物膜抑制浓度)和MBEC(最低生物膜清除浓度)。

 

图2.不同纳米纤维的形态分析,包括(a)NFs、(b)P-NFs和(c)fP-NFs的SEM图像;(d)NFs、(e)P-NFs和(f)fP-NFs的TEM图像;(g)NFs、(h)P-NFs和(i)fP-NFs的AFM分析,以及纤维直径的相应分布(j,k,l)。

 

图3.纳米纤维的表征,包括(a)不同组分和不同纳米纤维的FTIR光谱及(b-g)热重曲线:(b)PEO,(c)SA,(d)DTA,(e)D-Phe,(f)NFs,和(g)fP-NFs。

 

图4.fP-NF薄膜中噬菌体的状态变化,包括(a)噬菌体在室温下的稳定性,以及(b)噬菌体在不同温度下的释放率。

 

图5.不同纳米纤维膜对大肠杆菌O157的抗菌活性和抑制生物膜活性,包括(a)对游离大肠杆菌O157的时间-杀菌曲线,(b)对大肠杆菌O157生物膜的抑制活性,以及(c)经fP-NF薄膜处理之前和(d)之后大肠杆菌O157的TEM图像。a-c同列内不同上标表示显著性差异(p<0.05)。

 

图6.4℃(大写字母)和25℃(小写字母)下不同纳米纤维膜包覆后牛肉的变化,包括(A/a)不同天数的牛肉的物理图像,(B/b)经不同纳米纤维薄膜包覆的牛肉的抗菌活性,以及牛肉的(C/c)颜色、(D/d)硬度、(E/e)弹性和(F/f)咀嚼性的变化。

 

图7.不同温度下不同纳米纤维膜对水果和蔬菜上大肠杆菌O157生物膜的抑制活性,包括(a)4℃下的黄瓜,(b)25℃下的黄瓜,(c)4℃下的樱桃番茄,(d)25℃下的樱桃番茄。a-c同列不同上标表示显著性差异(p<0.05)。