噬菌体是特异性感染细菌的病毒，为对抗食源性病原体提供了一种高度选择且生物相容性良好的方法。由于其窄宿主范围和无毒特性，噬菌体能够在食品系统中消除有害细菌而不破坏有益微生物，使其成为食品工业中极具潜力的应用候选者。此外，噬菌体固有的特异性、丰富的可用于信号报告分子附着的衣壳蛋白以及高度的生物相容性，使其成为食品危害检测中极具前景的生物传感工具。然而，由于噬菌体由核酸和蛋白质组成，在复杂的食品基质中容易发生降解和性能下降。为克服这些局限，噬菌体需要有效的保护和功能化，以增强其在多样化食品环境中的稳定性和效能。本文聚焦于噬菌体功能化材料在食品领域病原体控制和危害检测方面的发展与应用的最新进展。我们首先梳理了噬菌体功能化的关键策略，包括物理吸附、化学共价结合和基因工程。随后，重点介绍了代表性的噬菌体功能化材料，如包装膜、水凝胶、包封系统、报告蛋白、纳米材料及其他功能复合材料。最后，我们讨论了当前面临的挑战以及拓展噬菌体基技术在食品安全管理中应用的未来机遇。

一、研究背景

食源性病原体是食品安全的主要威胁。传统抗菌剂（如抗生素）存在残留、耐药性等问题。噬菌体因其：

• 高特异性（仅感染目标细菌）
• 生物相容性
• 无残留、不破坏食物风味

成为理想的天然抗菌与识别元件。然而，噬菌体在复杂食品环境中易失活，需通过功能化材料提升其稳定性与效能。

二、噬菌体功能化策略

噬菌体可通过以下三种主要策略进行功能化：

• 物理吸附：利用静电、疏水作用将噬菌体固定在材料表面，操作温和，但稳定性较弱。
• 化学共价结合：通过氨基、羧基、酚羟基等形成稳定共价键，增强材料稳定性与可控性。
• 基因工程：通过插入、替换或突变基因，赋予噬菌体新功能（如报告基因、宿主范围扩展）。

三、噬菌体功能化材料的应用类型

四、当前挑战与未来方向

• 宿主范围窄、抗性发展；AI与基因组语言模型辅助快速筛选、工程化扩展宿主范围、噬菌体鸡尾酒
• 表面功能基团少、修饰不均；合成生物学引入非天然氨基酸、基因编码扩展、噬菌体展示定向结合
• 规模化生产困难；高密度发酵、工程化宿主菌、冻干/喷雾干燥稳定化工艺
• 法规政策不统一；加强风险评估、推动国际标准化、制定食品级噬菌体材料审批指南

结论：噬菌体功能化材料通过物理、化学、基因工程等手段，将噬菌体的高特异性识别能力与各类功能材料（膜、胶囊、凝胶、纳米材料等）相结合，显著提升了在复杂食品体系中的稳定性、检测灵敏度与抗菌效能。未来，随着合成生物学、人工智能与材料科学的深度融合，噬菌体功能化材料有望在食品安全的精准检测与智能防控中发挥核心作用。

参考来源：https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2025.111911