导读：生物膜的形成是食品加工行业面临的核心难题，传统消毒手段在抗菌耐受性、生物膜再生以及环境污染等方面均存在显著局限。为应对这一挑战，系统探讨了包括抗菌肽、生物表面活性剂、噬菌体、植物精油、酶制剂和纳米材料在内的新型化学策略，并重点评估了它们的作用机制、实际应用及环境友好性。文章指出，组合使用传统生物杀灭剂与天然物质可提高消毒效率并降低生态风险，为食品工业中的生物膜控制提供了多维度解决方案。

图1. 抗菌肽、生物表面活性剂、噬菌体和内溶素、精油和植物化学物质、NPs 和细胞外基质降解酶在细菌和生物膜控制中的作用机制[1]。

传统清洁与消毒策略的瓶颈

生物膜是由微生物在表面形成的高度有机结构，具备出色的抗逆能力，使得食品加工设备难以彻底清洁。传统消毒剂如过氧乙酸、季铵盐、醛类和酒精虽被广泛使用，但其对成熟生物膜的穿透和灭活作用常常有限。研究发现，即便严格遵循制造商建议浓度与时间，部分细菌（如假单胞菌属）仍能在不锈钢表面形成耐受性更强的再生生物膜。此外，高温、高剂量的反复消毒不仅增加设备腐蚀与人员风险，也会导致环境污染与微生物耐受性上升。因此，开发更具靶向性、生态友好的控制手段成为研究焦点。

天然源新型抗生物膜策略的研究进展

近年来，新型天然物质因其低毒、环保及多靶点作用机制受到广泛关注。抗菌肽（AMPs），如nisin、ε-聚赖氨酸通过破坏细胞膜、抑制信号传导和降解胞外基质（EPS）等多途径抑制生物膜形成，但其生产成本较高，易受酶解与pH变化影响。生物表面活性剂则可改变表面亲水性、抑制细菌黏附并破坏细胞膜，尤其适用于设备表面清洗。噬菌体及其衍生酶（endolysins）具有高度特异性和低耐药风险，能靶向裂解特定菌种生物膜，但对混合群体和外膜完整的革兰氏阴性菌作用有限。

植物精油（EOs），如丁香、迷迭香及其代谢物具备较广泛的抗菌谱，能够通过渗透EPS、干扰细胞能量代谢与群体感应系统（QS）发挥抗生物膜作用。尽管其水溶性与稳定性较差，但通过微乳化或纳米载体包裹等技术可有效提升其靶向输送能力。胞外基质降解酶如蛋白酶、纤维素酶等则可破坏生物膜结构，增强其他杀菌剂的穿透力，适用于组合消杀流程。纳米材料（如Ag、ZnO、CuO）可释放金属离子诱导ROS生成，具备非特异性高效杀菌能力，但其潜在毒性、累积效应及抗性风险仍受争议。

组合策略与可持续发展的实践意义

由于单一策略难以实现彻底灭活，研究者提出多种组合策略以提高消毒效果并减少传统杀菌剂的使用浓度。如双重生物杀灭剂联合QS抑制剂的三联组合展现出协同效应，对假单胞菌属和葡萄球菌属具有良好控制力。精油与季铵盐联合使用亦被证实可提高穿透性，改善对深层生物膜的作用。与此同时，超声波、紫外光、热蒸汽等物理方法与化学剂联用也成为提高消杀效率的有效手段。值得注意的是，疫情期间高频次使用传统消毒剂引发环境残留、生态毒性及微生物交叉耐受等问题。研究表明，部分化学品在污水系统中难以彻底降解，进入水体后可能对水生生物产生影响，并通过亚抑制浓度的长期暴露促进抗性基因传播。因此，发展可降解、低残留的绿色抗菌策略亟需加强。植物源化合物、酶制剂和工程抗菌肽等新型手段有望成为食品工业可持续生物膜控制的重要组成。

参考文献：

[1] Fernandes S, Gomes I B, Simões M, et al. Novel chemical-based approaches for biofilm cleaning and disinfection[J]. Current Opinion in Food Science, 2024, 55: 101124.