食源性致病菌克星来了！低能X射线+柠檬酸协同灭活，高效清除不锈钢表面顽固生物膜

一项最新研究揭示，低能X射线与柠檬酸（CA）的联合处理在清除不锈钢表面食源性病原菌生物膜方面展现出显著的协同杀菌效应。针对大肠杆菌O157:H7、鼠伤寒沙门氏菌和单核细胞增生李斯特菌三种主要食源性病原体，0.5 kGy X射线联合0.1% CA处理可分别使生物膜活菌数下降5.10、4.31和3.96 log CFU/片，协同抑菌效果远超单一处理。研究进一步从胞外聚合物（EPS）成分、生物膜相关基因表达及细胞代谢活性等多个层面阐明了其协同作用机制，证实该联合处理能有效破坏生物膜结构、抑制生物膜形成基因表达，并显著降低病原菌存活率。这一非热力、无残留的复合消毒策略为食品加工环境中接触表面的生物膜控制提供了创新且高效的解决方案。

研究背景：生物膜——食品工业中的顽固隐患

大肠杆菌O157:H7、鼠伤寒沙门氏菌和单核细胞增生李斯特菌是引发食源性疾病的主要病原体，可通过污染食品引发严重健康问题。这些微生物在食品工业常用的不锈钢等材料表面极易形成生物膜。生物膜是由微生物及其分泌的胞外聚合物（EPS）构成的复杂三维结构，对常规消毒方法具有极强的抵抗力，成为食品加工过程中交叉污染和疾病暴发的重要源头。因此，开发高效、安全的生物膜控制技术对保障食品安全至关重要。

协同杀菌效应：联合处理展现强大抑菌能力

这研究系统比较了低能X射线、柠檬酸单独处理及两者联合处理对不锈钢表面三种病原菌生物膜的清除效果。结果显示：

单一处理效果有限：单独使用0.5 kGy X射线处理，对三种菌生物膜活菌数的减少分别为1.77、1.83和1.65 log CFU/片；单独使用0.1% CA处理20分钟，减少幅度均低于2 log CFU/片。

联合处理协同增效：0.5 kGy X射线联合0.1% CA处理可使大肠杆菌O157:H7、鼠伤寒沙门氏菌和单核细胞增生李斯特菌生物膜活菌数分别下降5.10、4.31和3.96 log CFU/片，协同减少量分别达到1.57、1.55和1.35 log单位。

低剂量亦有效：即使在低于0.5 kGy的X射线剂量下，联合处理仍能实现显著的生物膜清除效果，表明该组合具有实际应用潜力。

此外，损伤细胞复苏实验证实，经联合处理后的病原菌无法有效复苏，说明该处理可实现永久性灭活。

作用机制解析：多层面破坏生物膜结构与功能

为阐明协同作用的分子机制，研究从EPS成分、基因表达和代谢活性三个维度展开分析：

EPS成分显著破坏：联合处理能协同促进生物膜中多糖成分的释放，其释放量显著高于X射线和CA单独处理的总和。同时，蛋白质和胞外DNA（eDNA）的释放也显著增加，表明联合处理能有效破坏EPS基质的三维结构。

生物膜形成基因下调：通过qRT-PCR分析发现，联合处理能显著下调大肠杆菌O157:H7中与生物膜形成相关的关键基因的表达水平，抑制其生物膜形成能力。

细胞代谢活性急剧下降：ATP水平检测显示，联合处理导致病原菌代谢活性大幅降低，其中对单核细胞增生李斯特菌的代谢抑制效果高达43.6倍，进一步证实联合处理能有效杀灭生物膜内的活菌。

应用前景与挑战：迈向实用化的非热力消毒策略

低能X射线与柠檬酸的联合处理展现出作为非热力、无残留消毒策略的巨大潜力。X射线具备较强的穿透能力，可对不易直接接触的区域进行有效照射；柠檬酸作为公认安全的有机酸，在食品加工环境中使用广泛、安全性高。该联合策略尤其适用于对热敏感的食品原料、设备及难以触及的加工区域。

然而，该技术的实际应用仍面临挑战，包括专用设备的投入、X射线设备的法规符合性，以及生物膜年龄、组成和表面材料等因素对处理效果的潜在影响。未来需在不同食品接触材料上进一步验证该方法的广泛适用性，并对处理参数进行优化评估，同时考察其对材料感官和理化性质的影响，以确保其在食品工业中安全、有效地整合应用。

原文出处：https://doi.org/10.1016/j.lwt.2025.118568