《Food Chemistry》:Advances and strategic evolution in bacterial spore control in meat products: Germination mechanisms, emerging control strategies, and future perspectives
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肉類產(chǎn)品中芽孢的可持續(xù)控制策略研究,提出以有效萌發(fā)誘導(dǎo)、溫和物理滅活和靶向抑制為三階段協(xié)同控制方法,利用藥用和食用同源材料生物活性化合物實(shí)現(xiàn)高效低耗的芽孢防控,兼顧食品安全與產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)化。
Zimu Li|Jinxue Hou|Jingxin Sun|Ziyang Huang|Ming Huang
教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(肉類加工與質(zhì)量控制),南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,南京210095,中國(guó)
摘要
細(xì)菌孢子主要由芽孢桿菌 和梭菌 產(chǎn)生。由于它們對(duì)熱處理、化學(xué)處理和物理處理的特殊抵抗力,這些孢子對(duì)肉類工業(yè)構(gòu)成了持續(xù)的挑戰(zhàn)。這種抵抗力常常導(dǎo)致肉制品變質(zhì)和食物中毒,而傳統(tǒng)的熱殺菌方法可能會(huì)影響肉制品的感官品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。本文提出了一種三步控制策略,包括有效的萌發(fā)誘導(dǎo)、溫和的物理滅活以及使用來(lái)自藥用和可食用同源材料(MEHMs)的生物活性化合物進(jìn)行針對(duì)性抑制。現(xiàn)有研究表明,將萌發(fā)誘導(dǎo)劑與溫和的物理滅活技術(shù)結(jié)合使用可以顯著提高孢子控制效果,而MEHMs顯示出干擾孢子萌發(fā)途徑的潛力。然而,關(guān)于孢子萌發(fā)的分子機(jī)制及其聯(lián)合處理的協(xié)同效應(yīng)的知識(shí)仍然不足。因此,本綜述為肉制品中的可持續(xù)孢子控制提供了一種有前景的策略,為未來(lái)的研究、工業(yè)應(yīng)用以及安全高質(zhì)量肉制品的開(kāi)發(fā)提供了指導(dǎo)。
引言
自1838年Christian Gottfried Ehrenberg發(fā)現(xiàn)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的折射體(現(xiàn)在被認(rèn)為是孢子)以來(lái),180多年的科學(xué)研究極大地?cái)U(kuò)展了我們對(duì)孢子卓越抗性和其在食品系統(tǒng)中作用的理解(Riley等人,2020年)。在各種作用中,孢子被認(rèn)為是肉制品中微生物變質(zhì)的主要因素,對(duì)肉制品的安全和保存帶來(lái)了重大挑戰(zhàn)。在歐洲和北美,微生物引起的肉制品變質(zhì)占總食品損失的約21%(H?ll等人,2016年);而在中國(guó),分銷和零售過(guò)程中的微生物相關(guān)變質(zhì)導(dǎo)致肉制品損失高達(dá)8%(Shao等人,2021年)。在各種變質(zhì)微生物中,孢子尤其值得關(guān)注,因?yàn)樗鼈冊(cè)谌庵破芳庸み^(guò)程中具有極強(qiáng)的抵抗力(Kong等人,2021年;Xiao等人,2023年)。這些孢子給整個(gè)肉類工業(yè)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失,導(dǎo)致產(chǎn)品變質(zhì)、食物浪費(fèi),并因資源消耗和處置而增加了環(huán)境負(fù)擔(dān)(Liao等人,2019年;Wells-Bennik等人,2016年)。值得注意的是,高達(dá)60%的包裝肉制品中含有101 –103 CFU/g的孢子,即使在有利條件下,低濃度的孢子也能萌發(fā)(Li等人,2024年)。
肉制品中的孢子主要由芽孢桿菌 和梭菌 產(chǎn)生(André等人,2017年;Li等人,2024年;Palevich等人,2021年)。它們對(duì)熱、干燥、輻射和消毒劑的特殊抵抗力使它們能夠在標(biāo)準(zhǔn)加工過(guò)程中存活(Delbrück等人,2021年;Fan等人,2024年)。肉制品中營(yíng)養(yǎng)豐富且濕潤(rùn)的環(huán)境促進(jìn)了孢子的萌發(fā)和毒素的產(chǎn)生(Li等人,2024年)。如蠟樣芽孢桿菌 (B. cereus )、枯草芽孢桿菌 (B. subtilis )、地衣芽孢桿菌 (B. licheniformis )、矮小芽孢桿菌 (B. pumilus )、產(chǎn)氣莢膜梭菌 (C. bifermentans )和產(chǎn)氣莢膜梭菌 (C. perfringens )等菌株通常與肉制品變質(zhì)有關(guān),尤其是在真空包裝和熱處理的產(chǎn)品中(Dorn-In等人,2022年;Li等人,2024年)。盡管熱殺菌長(zhǎng)期以來(lái)一直是肉制品加工的主要方法,但它往往會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量,并且對(duì)于高度耐熱的孢子來(lái)說(shuō)效果不佳(Leishangthem等人,2025年;Yang等人,2022年;Zhu等人,2022年)。為了解決這些問(wèn)題,一種結(jié)合有效萌發(fā)誘導(dǎo)、溫和滅活和針對(duì)性抑制的三階段控制策略受到了關(guān)注(Fan等人,2024年;Sheng等人,2025年;Xiao等人,2024年)。這種協(xié)同方法提高了滅活效果,保持了肉制品的質(zhì)量,并進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性。
本綜述探討了肉制品中孢子控制的最新進(jìn)展和戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變,首先介紹了主要產(chǎn)孢菌株的特性和耐熱性,然后討論了萌發(fā)途徑、新興的滅活技術(shù)和天然生物活性化合物。最后構(gòu)建了一個(gè)三階段框架(有效萌發(fā)-溫和滅活-針對(duì)性抑制),為可持續(xù)的肉制品加工提供了理論支持。本綜述旨在為孢子控制提供更深入的見(jiàn)解和戰(zhàn)略指導(dǎo),并強(qiáng)調(diào)MEHMs在肉制品加工中的潛力。目的是促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步,以滿足市場(chǎng)對(duì)安全高質(zhì)量肉制品的需求。
部分摘錄
肉制品中常見(jiàn)的產(chǎn)孢細(xì)菌及其耐熱性
產(chǎn)孢細(xì)菌在肉制品加工環(huán)境中廣泛存在,對(duì)產(chǎn)品安全和保質(zhì)期構(gòu)成了持續(xù)挑戰(zhàn)(Li等人,2024年)。這些微生物可能來(lái)源于原材料、設(shè)備表面、空氣、水,甚至添加的成分(如香料),它們的孢子表現(xiàn)出對(duì)工業(yè)熱處理的顯著抵抗力(Leishangthem等人,2025年;Lv等人,2021年;Lyu等人,2023年)。其中,芽孢桿菌 和梭菌 屬的菌株是主要來(lái)源
有效萌發(fā):孢子萌發(fā)機(jī)制概述
孢子萌發(fā)是一個(gè)復(fù)雜的生化過(guò)程,涉及一系列嚴(yán)格控制的分子事件。根據(jù)觸發(fā)條件的不同,萌發(fā)通常被分為營(yíng)養(yǎng)型和非營(yíng)養(yǎng)型(Setlow等人,2003年)。營(yíng)養(yǎng)型萌發(fā)主要依賴于特定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),包括氨基酸(如L-丙氨酸和L-纈氨酸)、單糖(如葡萄糖和果糖)和嘌呤核苷酸(如肌苷和鳥(niǎo)苷),這些物質(zhì)可以單獨(dú)或共同起作用
萌發(fā)后的溫和滅活:用于孢子控制的物理技術(shù)
在誘導(dǎo)萌發(fā)后進(jìn)行溫和滅活是一種有前景的肉制品孢子控制方法(Freire等人,2024年;Zhu等人,2022年)。萌發(fā)后,孢子從休眠的、高度抗性的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗系拿劝l(fā)狀態(tài),其抵抗力顯著降低。在生長(zhǎng)過(guò)程中,代謝活動(dòng)會(huì)恢復(fù),但萌發(fā)的孢子已經(jīng)更容易受到環(huán)境壓力的影響(Fan等人,2024年;Zhu等人,2022年)。然而,萌發(fā)過(guò)程本質(zhì)上是異質(zhì)的
針對(duì)性抑制:使用MEHMs中的天然化合物進(jìn)行孢子控制
在孢子萌發(fā)誘導(dǎo)和溫和物理滅活之后,全面孢子控制策略中的第三個(gè)同樣重要的組成部分是應(yīng)用天然生物活性化合物來(lái)抑制殘留或存活的孢子。這個(gè)由有效萌發(fā)、溫和滅活和針對(duì)性抑制組成的三階段模型,為提高肉制品的微生物安全性提供了一種全面且可持續(xù)的方法,同時(shí)保持了其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和感官品質(zhì)
結(jié)論與未來(lái)展望
盡管許多研究探討了孢子萌發(fā)誘導(dǎo)、物理滅活以及MEHMs粗提物的抑制作用,但很少有研究專注于使用安全的生物活性化合物進(jìn)行針對(duì)性抑制,或系統(tǒng)地將這些方法整合到一個(gè)統(tǒng)一的策略中。本綜述介紹了一種系統(tǒng)的“有效萌發(fā)-溫和滅活-針對(duì)性抑制”方法來(lái)控制肉制品中的孢子。這種方法有潛力提高微生物安全性,同時(shí)
CRediT作者貢獻(xiàn)聲明
Zimu Li: 撰寫——原始草稿、可視化、方法論、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)管理。Jinxue Hou: 撰寫——審閱與編輯。Jingxin Sun: 研究。Ziyang Huang: 驗(yàn)證。Ming Huang: 監(jiān)督、資源管理、項(xiàng)目協(xié)調(diào)、方法論、資金獲取。
未引用的參考文獻(xiàn)
Paidhungat, Ragkousi和Setlow, 2001
利益沖突聲明
作者聲明他們沒(méi)有已知的競(jìng)爭(zhēng)性財(cái)務(wù)利益或個(gè)人關(guān)系可能會(huì)影響本文所述的工作。
致謝
本研究得到了中國(guó)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 (2024YFD2100405)、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 (2023TZXD035)以及泰山產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才計(jì)劃和中國(guó)農(nóng)業(yè)研究體系 (CARS-41-Z)的支持。我們感謝BioRender.com 提供的部分材料。