【摘要】：食品的微生物污染不僅引起食品腐敗變質和營養(yǎng)損失,甚至危害人類健康。人工合成防腐劑被廣泛運用于食品當中抑制病原體的生長并延長其保質期。然而,人們對這些物質的安全隱患表示非常擔憂。此外,越來越多的消費者更青睞于天然或“綠色”保鮮技術,既能做到防止食源性病原體的生長,又能最大程度保持營養(yǎng)品質。脈沖電場(Pulsed electric fields,PEF)作為一種近年來研究最為廣泛的非熱殺菌技術,以其良好的滅菌效果且能最大限度地保持食品營養(yǎng)成分等特點而備受矚目。PEF主要通過破壞微生物細胞膜而將其滅活,然而具體作用機制不明確,尤其是關于細胞膜脂的變化與PEF滅菌之間的聯系幾乎處于空白。為了獲得一個滿意的滅菌效果,常需要增加場強和處理時間,但這會增加設備負荷以及造成能耗增加,甚至會導致處理樣品的溫度過高,引起熱效應。因此各種PEF協(xié)同處理成為了研究的熱點。柚皮素是一種在柑橘類植物中發(fā)現的生物活性黃酮類化合物,具有抑菌活性。但很少有研究報道評估柚皮素的抗菌機制,其作用方式仍未完全了解�；诖�,本研究以大腸桿菌和金黃色葡萄球菌為對象,詳細的研究柚皮素抗菌機制,并以其作為應激因子,探究大腸桿菌和金黃色葡萄球菌遭受膜理化性質包括流動性和脂質組成的變化與PEF耐受性之間的關系;同時利用柚皮素天然的抗菌特性,研究其與PEF協(xié)同滅菌作用,進一步探求兩者協(xié)同的機制。本研究為尋求一種新的PEF協(xié)同滅菌技術和定向調控微生物細胞膜的方法提供理論基礎,具有重要的理論意義和應用價值。具體的研究結果如下:柚皮素對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的生長存在一定的抑制作用,氣質聯用和熒光偏振分析表明大腸桿菌和金黃色葡萄球菌細胞在暴露于柚皮素后通過改變膜脂肪酸的組成來增加膜的流動性。其中,大腸桿菌細胞減少了細胞膜中環(huán)狀和飽和脂肪酸的含量而產生更多的不飽和脂肪酸(18.5%增加至43.3%)。金黃色葡萄球菌則將反異構支鏈脂肪酸的比例從37.2%增加到54.4%,而異構支鏈和直鏈脂肪酸從30.0%和33.1%分別減少到21.6%和23.7%。實時q-PCR分析顯示,fabA基因的表達除外,柚皮素誘導這兩種菌的脂肪酸生物合成相關基因的表達下調;大腸桿菌應激sigma因子rpoS表達有輕微的降低,而金黃色葡萄球菌sigB基因表達明顯下調,這種差異性可能與這兩種菌對柚皮素的耐受性存在直接的聯系。另外,研究發(fā)現,柚皮素可直接結合至大腸桿菌和金黃色葡萄球菌細胞膜蛋白質中,導致膜蛋白構象發(fā)生顯著變化,改變了苯丙氨酸,酪氨酸和色氨酸殘基的微環(huán)境。柚皮素能夠導致這兩種細菌膜電位去極化,引起細胞膜破裂,胞內物質泄漏,并且經歷了形態(tài)學變化。使用紫外-可見光譜結合多變量曲線分辨率-交替最小值分析了柚皮素與細菌基因組DNA反應過程,解析出反應過程中兩者的濃度變化和反應物光譜數據,證實柚皮素與DNA發(fā)生了相互作用。利用DNA的熔點和分子對接技術驗證柚皮素與DNA的結合模式,揭示了柚皮素可以通過溝槽模式結合至基因組DNA的A-T堿基富集區(qū),原子力顯微鏡表明柚皮素在這種相互作用可以擾動DNA的雙螺旋結構,誘導這種生物大分子的形態(tài)發(fā)生變化。遭受柚皮素應激的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌沒有顯著改變其對PEF處理的耐受性。然而,大腸桿菌和金黃色葡萄球菌對柚皮素適應后對PEF的耐受性逐步降低,導致細胞膜完整性破壞嚴重程度增加,因而產生更多的受損形態(tài)變化。大腸桿菌和金黃色葡萄球菌對PEF不同的耐受性可能與其暴露于柚皮素后細胞膜脂肪酸的改變有關。對柚皮素適應的金黃色葡萄球菌顯著增加了反異構支鏈脂肪酸的含量,同時降低了直鏈和異構支鏈脂肪酸的水平,而大腸桿菌細胞則降低了細胞膜中飽和脂肪酸和環(huán)狀脂肪酸的含量,合成了更多的不飽和脂肪酸和環(huán)狀脂肪酸,這種膜脂的改變導致細胞膜的流動性增加。相比之下,經受柚皮素應激后,這兩種細菌細胞膜脂肪酸組成沒有觀察到顯著變化。以橙汁、葡萄汁和荔枝汁為研究體系,探究了較低濃度下(0~0.2 g/L)的柚皮素與PEF協(xié)同處理對這三種果汁中的滅菌效應。研究表明,柚皮素在此濃度下對果汁中的細菌有一定的抑制作用。PEF對這三種果汁中接種的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的滅活效應與其pH值存在一定的相關性(葡萄汁荔枝汁橙汁),其中葡萄汁中細菌的滅活度最大,荔枝汁次之,橙汁最差。柚皮素與PEF的協(xié)同作用對橙汁、葡萄汁和荔枝汁中的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌產生了一定的滅菌增效作用,且隨著柚皮素的濃度和電場強度增加,協(xié)同增效越明顯。此外,在低溫貯藏下,相比于對照組、柚皮素處理組和PEF處理組,柚皮素與PEF協(xié)同處理很好的抑制了細菌的生長。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TS201.3
【圖文】：

圖 1-1 經 PEF 處理和未經處理的土豆條（引用自 Elea 公司 PEF-treated vs untreated potato strip after cutting (From Elea C汁率和活性成分的提取率。在果蔬汁生產過程中會使用不同液壓式和/或壓濾機）和預處理操作（原材料的精細研磨、中的汁液排出，然而，過多的機械、熱或酶處理會導致植物增加，甚至需進行多級澄清處理。研究表明脈沖電場應用質系數的增加[38]，這為脈沖電場在壓榨前或將脈沖電場與壓量和質量提供理論基礎。后期的研究發(fā)現脈沖電場處理可分量增加 11%和 31%[39]。脈沖電場在 215，300 和 427 V/cm 條，可分別將果汁的產量提高到 43%，68%和 79%[40]。同樣，（白）和黑比諾（紅）這兩種葡萄的總多酚含量分別增加 量分別為 7.17 和 5.29 倍[41]。干燥速率和護色作用。PEF 技術在食品干燥方面的應用主要

預處理和未處理后干燥的土豆、甜菜根和胡蘿卜（引d Potato, beetroot and carrot pretreated with and without PCompany)活。脈沖電場對微生物殺滅作用已被廣泛研究，并且微生物的具有很好的殺滅效果，但所需能量遠高于處術已經被運用于各種各樣的體系，包括果蔬汁、牛奶活的對象包括大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌、芽孢和酵母菌等。如 Heinz 等[44]發(fā)現在蘋果汁的初脈沖電場的場強 34 kV/cm，分別可造成李斯特菌和。Sharma 等[45]利用脈沖電場（22 ~ 28 kV/cm；脈寬，27 ~ 101 μs）處理全牛乳，發(fā)現該條件能導致銅綠假單和李斯特菌減少 5 ~ 6 個對數，降至低于檢測限度。A

華南理工大學博士學位論文導致細胞死亡。：增加跨膜電勢。細胞膜是一種具有低電導率介電材料的電容儲能，0 mV 的垂直跨膜電位。當其暴露于外部電場時，會誘發(fā)附加電位增加物細胞是球狀，其最大的跨膜電勢可以通過以下公式計算[55]：g s 0 0 = f E a cos （1-1）為在外部電場影響下的跨膜電位；fs為一個特定因子，取決于細胞的內和胞外介質的電導率；E0為外部電場值；α 為細胞半徑；θ 為膜表向之間的夾角；ΔФ0為靜息電位。

【參考文獻】

相關期刊論文 前5條

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本文編號：2746393