摸清生物膜形成“套路”减少水产品腐败变质

2022-03-23 08:56:35 来源：科技日报收藏

3月18日，《上海市水产品质量安全监督管理办法》正式公布，其中腐败变质、霉变生虫的水产品被明确禁止经营。作为优质动物蛋白的重要来源，水产品因脂肪含量低、高蛋白等特点深受广大消费者的青睐。

但由于水产品的水分含量、不饱和脂肪酸及可溶性蛋白质含量较高，使得其在贮藏过程中极易发生腐败变质，其中微生物的活动是导致其腐败变质的主要原因。一些优势腐败菌易黏附于食品及容器表面，在表面形成生物膜，生物膜能使腐败菌的抗逆性增强，极大加速食品腐败，造成大量浪费。据统计，我国每年水产品因腐败变质而损失的数量约占总产量的三分之一。

生物膜形成增加了食品腐败风险

生物膜是细菌等微生物黏附在生物或非生物表面后，分泌胞外多糖、蛋白质、脂质和胞外DNA等复合物，并将自身包裹其中而形成的膜状物，是微生物为了适应自然环境、利于自身生存的主要存在形态，生物膜既可以提高微生物对不良环境的耐受性，还可以作为营养供内部微生物生长。

目前，细菌在水产品上形成生物膜的过程大致分为4个步骤：第一步为菌体的初始黏附。腐败菌可以通过自身生长的鞭毛聚集在一起并吸附在水产品和食品加工设备的表面，而一些无鞭毛的菌体则通过沉降作用黏附到水产品和加工设备表面；第二步为细胞增殖形成微菌落。初始黏附后，这些细胞迅速增殖，形成小菌落。这时腐败菌开始产生胞外多糖、蛋白质和胞外DNA，此过程较短，其形成的顺利与否是关系生物膜能否成熟的重要因素；第三阶段是生物膜的成熟——形成蘑菇状的三维结构和胞外基质。此时，生物膜内部大部分为水、蛋白质和胞外多糖，这些内部物质作为生物膜的骨架结构，胞外DNA则作为填充物填充其中。生物膜的成熟也使得菌体与外界的物质交换更为缓慢，此时对细菌有害的物质接触到菌体的机会也会减少。最后一个阶段是生物膜的解散，生物膜内的糖和蛋白质分解酶将生物膜进行降解，随后菌体重新恢复浮游状态。

生物膜形成后，其所分泌的胞外物质使得病原菌和腐败菌更易附着，也使得细菌对环境压力产生了更强的耐受性，膜内的细菌细胞相较于浮游态细胞具有更好的抗性，且膜内蛋白酶的活性相较于悬浮态细胞更高，增加了食品腐败和安全的风险。

这些方法可以清除腐败菌生物膜

生物膜成为近些年来食品质量与安全领域的研究热点，对其形成机制的深入研究，有助于发现微生物生物膜防治的新方法，为水产品延长货架期提供理论依据。

科学家研究发现，细菌通过形成一些信号分子来控制生物膜的形成，细菌还能感应外界环境来调节生物膜形成量的多少；此外，腐败菌生物膜的形成还和物体表面材料的性质有关。

防治水产品腐败的最主要方法是清除腐败菌生物膜，清除方法通常有物理法、化学法和生物法。物理方法主要有机械清除、超高压清除、超声波清除和紫外线照射等方法。化学法包括使用一些化学试剂（如醛、酚、臭氧、过氧化氢和重金属离子等）和天然抗菌剂（植物精油、茶多酚、壳聚糖等一些动植物提取物）。生物法包括使用噬菌体、乳酸菌细菌素和酶等。此外，针对腐败微生物易黏附于加工设备表面的特性，可采用改良设备接触面的方法，比如在不锈钢接触面涂覆一层聚四氟乙烯或者加入一些蛋白质，可以降低腐败菌的吸附能力。

目前，还有一些新方法用于去除水产品中腐败菌生物膜，如噬菌体、精油和信号分子抑制剂等，这些方法有可能成为主流方法。此外，还有很多已经应用于其他菌种的新方法，也可作为水产品腐败菌生物膜防治的新思路。

（作者系上海海洋大学食品学院教授）

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