《食品科學(xué)》：南京財經(jīng)大學(xué)龐心怡副教授等：肉桂醛防控食源性致病菌及其生物被膜的研究進展

食源性致病菌是引發(fā)食源性疾病的關(guān)鍵誘因。世界衛(wèi)生組織報道顯示，每年有30%的食源性疾病是由病原微生物污染導(dǎo)致的，其中約65%均與致病菌形成的生物被膜相關(guān)。

植物提取物及其衍生化合物對細菌、真菌和病毒均具有抗菌活性。肉桂精油由肉桂屬樹種內(nèi)層樹皮中提取獲得，而肉桂醛（反式肉桂醛或3-苯基-2-丙烯醛）是肉桂樹皮油中的主要活性成分。肉桂醛因其天然、安全、易獲取及具有廣譜抗菌性受到廣泛關(guān)注。然而，肉桂醛精油因其低水溶性、高揮發(fā)性、低氧化穩(wěn)定性、對光和熱等環(huán)境因素的高敏感性及具有較強的刺激性氣味等特點，難以直接應(yīng)用于食品加工行業(yè)。采用天然、無毒的生物材料將肉桂醛精油進行封裝制備成納米顆粒、納米纖維、生物聚合膜或脂質(zhì)體是十分有效的解決方法。

南京財經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院的都雪瑩、胡欣、龐心怡*等總結(jié)肉桂醛防控食品中常見致病菌及其生物被膜的研究進展，解析肉桂醛抗生物被膜作用機理，并闡述肉桂醛經(jīng)過納米處理后在抗菌方面的應(yīng)用現(xiàn)狀，旨在為更高效利用肉桂醛提供參考，以期更好地保障食品安全和消費者健康。

01

肉桂醛對常見食源性致病菌及其生物被膜的抑制作用

1.1 大腸桿菌（

Escherichia coli

大多數(shù)大腸桿菌是非致病性的，但部分大腸桿菌如產(chǎn)志賀毒素的大腸桿菌，一旦被感染就可能出現(xiàn)腹部絞痛、（血性）腹瀉、嘔吐或者高燒，更嚴重者可能會危及生命?，F(xiàn)今市面上常見的化學(xué)殺菌劑如檸檬酸鈉、次氯酸鈉、亞硝酸鈉對已經(jīng)具有強抵抗力的大腸桿菌殺滅效果并不理想，但眾多研究結(jié)果表明，肉桂醛在低質(zhì)量濃度時（240 μg/L～780 μg/L）就對大腸桿菌表現(xiàn)出良好的殺滅作用。Jauro等分別使用檸檬酸鈉、亞硝酸鈉和肉桂醛對

E. coli

O157:H7進行抗微生物藥物敏感性試驗。結(jié)果表明，相較于亞硝酸鈉（26 mm）和檸檬酸鈉（13 mm），肉桂醛的抑菌效果最好，抑菌圈直徑最大能達33 mm。除藥物敏感性試驗之外，他們還分別在10、37 ℃條件下進行168 h的生物被膜形成實驗，結(jié)果表明，肉桂醛對大腸桿菌生物被膜抑制效果最強，生物膜抑制率最高可達90.1%。該研究的主要目的是將肉桂醛的殺菌效果與市面上常見的消毒劑進行對比，但并未測試其在食品中的抗菌能力，缺乏一定實際應(yīng)用價值。Zhan Xiangjun等則研究了肉桂醛對浮游福氏志賀氏菌及其形成生物被膜的影響，并進一步探究肉桂醛在鮮萵筍汁中的抗菌效果。結(jié)果表明，與未處理對照組相比，肉桂醛處理后的細菌表現(xiàn)出較長的滯后期。數(shù)據(jù)顯示，肉桂醛能有效滅活LB肉湯和鮮萵筍汁中的福氏志賀氏菌。結(jié)晶紫染色結(jié)果表明，經(jīng)肉桂醛處理24 h后福氏志賀氏菌生物被膜生物量顯著降低。光學(xué)顯微鏡和場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）觀察結(jié)果則進一步表明，經(jīng)肉桂醛處理后生物被膜成膜能力減弱，生物被膜結(jié)構(gòu)被破壞。肉桂醛對常見食源性致病菌及其生物被膜的抑制作用如表1所示。

1.2 沙門氏菌

沙門氏菌是引起食源性疾病的常見人畜共患病菌，每年造成的食源性疾病病例高達1.295 億，導(dǎo)致10萬～100萬 人死亡，嚴重危害公共健康和食品安全。de Almeida等的研究顯示，肉桂醛對于沙門氏菌的MIC遠低于牛至、百里酚和黑胡椒精油。Suchi等分別用提取肉桂醛和商用肉桂醛處理碎雞肉樣品，與未經(jīng)處理的對照組相比，經(jīng)肉桂醛處理的肉樣中沙門氏菌數(shù)量明顯減少。值得注意的是，經(jīng)商用肉桂醛處理3 h后，肉樣中的沙門氏菌活菌計數(shù)為0（活細胞計數(shù)減少6.07（lg（CFU/mL）））。除單獨使用外，肉桂醛還可與其他抗菌物質(zhì)聯(lián)合使用對食源性致病菌發(fā)揮協(xié)同抗菌作用。Pereira等發(fā)現(xiàn)，將肉桂醛與山梨酸鉀混合加入蘋果醬中，貯藏3 d后，蘋果醬中的鼠傷寒沙門氏菌與金黃色葡萄球菌被全部殺滅，且其添加不會影響果醬的理化性質(zhì)和感官評價。肉桂醛除對游離沙門氏菌表現(xiàn)出良好的抑菌效果外，Purkait等還發(fā)現(xiàn)肉桂醛可使鼠傷寒沙門氏菌的預(yù)成型生物被膜減少量＞50%，當(dāng)與丁香酚共同作用時，對其預(yù)形成生物被膜的抑制率可達（70.61±2.70）%，相較于肉桂醛和其他精油混合，肉桂醛/丁香酚精油共混物能夠顯著減少鼠傷寒沙門氏菌預(yù)形成的生物被膜量。

1.3 單核細胞增生李斯特菌

單核細胞增生李斯特菌為革蘭氏陽性菌，耐低溫，在pH 4.4～9.4及水分活度小于0.92的范圍內(nèi)均能繁殖，孕婦、老人、新生兒等免疫力低下的人群容易感染且致死率高，對食品安全及消費者健康造成極大威脅。Guan Peng等利用肉桂醛與低溫聯(lián)合處理滅活單核細胞增生李斯特菌，結(jié)果表明，隨著肉桂醛濃度的增加，減少2（lg（CFU/g））單核細胞增生李斯特菌所需的時間減少。除此之外，肉桂醛還可與其他精油聯(lián)合處理以得到更好的單核細胞增生李斯特菌滅活效果。Kim等使用肉桂醛混合百里香百里酚精油處理果汁，其中的單核細胞增生李斯特菌數(shù)量顯著減少。除對浮游態(tài)單核細胞增生李斯特菌的抗菌作用外，Purkait等還發(fā)現(xiàn)肉桂醛單獨作用于單核細胞增生李斯特菌能使其預(yù)成型生物被膜量減少（57.46±2.20）%，與其他精油聯(lián)合使用則效果更好，肉桂醛/

-石竹烯、肉桂醛/丁香酚共混物對單核細胞增生李斯特菌預(yù)成型生物被膜生物量的減少率分別達到（58.60±2.30）%及（76.82±2.40）%。肉桂醛聯(lián)合其他精油或低溫等物理手段能得到更好地抑菌效果可能是因為兩者發(fā)揮的抗菌作用相互促進，如低溫處理使細菌代謝活性降低、繁殖能力減弱，此時肉桂醛通過破壞細菌細胞膜或生物被膜三維結(jié)構(gòu)，因此更好發(fā)揮抗菌作用。Liu Yunge等研究肉桂醛對單核細胞增生李斯特菌在聚苯乙烯表面形成生物被膜的抑制作用。結(jié)果顯示，隨著濃度的增大（1/8 MIC～MIC），肉桂醛對生物被膜形成的抑制率由40.88%增加至75.35%。其次，掃描電子顯微鏡（SEM）和共聚焦激光掃描顯微鏡（CLSM）觀察也顯示肉桂醛處理后單核細胞增生李斯特菌生物被膜形成量顯著降低，且變化顯示出劑量依賴性，隨著處理濃度的增加，生物被膜的三維結(jié)構(gòu)組織和細胞密度逐漸降低。

1.4 其他食源性致病菌

副溶血性弧菌廣泛分布于海洋環(huán)境中，可以導(dǎo)致水生動物發(fā)病，主要污染海產(chǎn)品，如魚、蝦、蟹和貝類等。Faleye等通過對副溶血性弧菌的生長曲線分析發(fā)現(xiàn)，肉桂醛衍生物在質(zhì)量濃度為50、100 μg/mL時顯著抑制其生長。與未處理的對照組相比，肉桂醛衍生物，如4-溴肉桂醛、4-氯肉桂醛、4-硝基肉桂醛和2-甲氧基肉桂醛對副溶血性弧菌生物被膜具有顯著抑制作用，生物被膜抑制率分別為99.6%、98.9%、98.7%和61.8%。此外，肉桂醛的衍生物（肉桂醛肟、4-溴肉桂醛、4-氯肉桂醛、4-氟肉桂醛和4-硝基肉桂醛）在100 μg/mL時對哈維弧菌生物被膜形成的抑制效果也十分明顯，生物被膜形成量分別減少57%、100%、100%、75%和99.7%。Seshadri等報道，肉桂醛對金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌也具有較高的抑制活性，其抑菌圈直徑分別能達到17 mm和16 mm。肉桂精油與土丁桂精油體積比1∶1混合對金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌的MIC顯著低于大蒜素和大蒜油，甚至在2 μg/mL的質(zhì)量濃度下對敏感菌和耐藥菌仍具有抑制作用，說明肉桂醛抑菌作用良好。

02

肉桂醛抗生物被膜作用機理

2.1 抑制細菌黏附

生物被膜的形成是一個復(fù)雜的動態(tài)過程，主要經(jīng)歷5 個階段：可逆附著、不可逆附著和增殖、微菌落形成并產(chǎn)生胞外聚合物、生物被膜成熟，最終脫落。細菌形成生物被膜的前提條件是黏附在接觸表面，因此，抑制細菌黏附是抗生物被膜的第1道防線（圖1）。

食源性致病菌的鞭毛、菌毛，尤其是IV型菌毛等運動器官及其表面附屬物對于細菌形成生物膜、定植于宿主細胞并形成微生物群落方面起著關(guān)鍵作用。致病菌可以通過表達大量的菌毛，從而黏附于宿主組織，菌毛在細菌黏附上皮細胞和小腸黏膜定植過程中起著重要作用。沙門氏菌黏附性細胞產(chǎn)生I型菌毛，它介導(dǎo)細菌和宿主細胞上甘露糖受體的黏附，協(xié)助細菌侵入宿主細胞，并引發(fā)炎癥反應(yīng)。Yin Lizi等通過血凝抑制實驗、透射電子顯微鏡和生物被膜實驗表明，肉桂醛通過抑制I型菌毛的形成從而抑制細菌黏附，進一步抑制生物被膜的形成。此外，通過蛋白質(zhì)組學(xué)、聚合酶鏈式反應(yīng)和Western blotting技術(shù)發(fā)現(xiàn)，肉桂醛處理可以在不影響細菌生長的情況下抑制I型菌毛的生長，且I型菌毛相關(guān)基因（

fimA、fimH、fimF、fimZ、fimY、fimW

）的表達和轉(zhuǎn)錄水平發(fā)生明顯變化。此外，侵襲實驗也顯示出肉桂醛降低沙門氏菌的黏附能力。

微生物的表面定植是一個非常復(fù)雜的過程，除了與鞭毛、菌毛等細菌的運動器官相關(guān)聯(lián)外，細菌EPS的產(chǎn)生也起著決定性作用。EPS成分復(fù)雜，含有多糖、蛋白質(zhì)和eDNA等多種物質(zhì)。EPS的產(chǎn)生幾乎貫穿于生物被膜形成的整個階段，能增強微生物之間的相互作用，幫助細菌黏附定植于食品生產(chǎn)設(shè)備表面。Ali等研究發(fā)現(xiàn)，亞抑制濃度肉桂醛通過抑制糞腸球菌胞外多糖的產(chǎn)生及其蛋白水解酶活性和溶血活性進而抑制生物被膜的形成。Song Luyi等研究肉桂醛對銅綠假單胞菌的抗菌活性，CLSM觀察到經(jīng)肉桂醛處理后，生物被膜更分散且EPS中多糖、蛋白質(zhì)和eDNA的含量顯著降低。光學(xué)顯微鏡結(jié)果顯示，銅綠假單胞菌生物被膜形成面積顯著減少，F(xiàn)ESEM進一步證實肉桂醛破壞了生物被膜的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。

因此，肉桂醛能夠抑制食源性致病菌的菌毛、鞭毛等運動器官或EPS的產(chǎn)生，有效阻止細菌在接觸表面的黏附，進而抑制生物被膜的形成。

2.2 抑菌作用（破壞細胞膜、干擾生理代謝）

肉桂醛及其組成成分具有親脂性，能作用于食源性致病菌細胞壁和細胞膜，破壞細胞壁完整性及細胞膜通透性。除此之外，肉桂醛的組成成分中含有六碳芳香酚基團，而富含酚類的分子能夠穿過細菌細胞壁的磷脂雙分子層，并與蛋白質(zhì)結(jié)合，阻止其發(fā)揮正常功能。肉桂醛處理導(dǎo)致膜通透性的改變以及運輸分子和離子的功能蛋白喪失，最終使細胞質(zhì)凝固、多種酶及蛋白質(zhì)變性、細胞代謝物及離子流失，擾亂微生物細胞功能，從而發(fā)揮抑菌作用。

Zhan Xiangjun等的實驗結(jié)果證實，肉桂醛通過改變福氏志賀氏菌細胞膜通透性并干擾其生理功能進而抑制生物被膜形成，細胞膜去極化也證實了這一點。除此之外，細胞內(nèi)ATP濃度降低，細胞中活性氧（ROS）水平增加，細胞形態(tài)發(fā)生改變。光學(xué)顯微鏡和FESEM觀察表明，肉桂醛處理過后福氏志賀氏菌黏附能力下降，生物被膜結(jié)構(gòu)被破壞。Chen Xiaohui等對耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MASR）的研究得到類似的結(jié)果，SEM和透射電子顯微鏡的觀察結(jié)果顯示，經(jīng)較高濃度的肉桂醛處理后，MASR表現(xiàn)出明顯的形態(tài)改變且細胞壁和細胞膜的完整性被破壞，細胞內(nèi)ROS水平顯著提高。除此之外，

-半乳糖苷酶、細胞外DNA和乳酸脫氫酶的釋放顯著增加。Guan Peng等的實驗結(jié)果也證實，肉桂醛通過破壞細胞膜和抑制冷休克反應(yīng)基因（

cspA、cspB和cspD

）、抗逆基因（

gbuA、gbuB、gadD2、groEL、rli60和ilvD

）及調(diào)控基因（

prfA、sigB、codY和luxS

）的表達，從而對冷藏土豬肉中的單核細胞增生李斯特菌起到抑制作用。其研究還發(fā)現(xiàn)肉桂醛和低溫聯(lián)合處理后細胞膜嚴重破裂，細胞質(zhì)內(nèi)容物滲出，相較于肉桂醛單獨處理效果更好。由此可見，肉桂醛抗菌的具體途徑由于菌種不同可能有所差別，但均以破壞細胞壁及細胞膜完整性為前提，從而進入細胞內(nèi)部，改變細胞形態(tài)或干擾細胞正常生理功能。

植物提取物對于食源性致病菌的抑菌機制復(fù)雜多樣，往往是多個方面相互影響。除了破壞細菌細胞膜結(jié)構(gòu)外，肉桂醛還能通過調(diào)節(jié)細菌的細胞代謝發(fā)揮抑菌作用。Chen Xiaohui等研究表明，肉桂醛除了破壞MASR細胞膜完整性外，在濃度為2MIC時，細菌可溶性蛋白表達水平也顯著降低，表明肉桂醛還通過抑制MASR的可溶性蛋白表達發(fā)揮抑菌作用。Liang Siwei等探討肉桂醛和百里酚混合物對高壓滅菌雞胸肉中單核細胞增生李斯特菌ATCC 19115的抑菌機制，表明其通過抑制單核細胞增生李斯特菌嘧啶和支鏈核苷酸的生物合成，損害其核酸生物合成和細胞內(nèi)代謝，從而發(fā)揮良好的抑菌效果。Pang Daorui等的研究結(jié)果則證實肉桂醛通過調(diào)節(jié)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌中磷脂酰乙醇胺和磷脂酰甘油的生物合成，從而導(dǎo)致細胞膜完整性被破壞，發(fā)揮抑菌作用。因此，肉桂醛的抗菌機制可能是通過影響其核酸合成及相關(guān)基因的表達，進而影響特定蛋白質(zhì)及酶的形成，從而發(fā)揮抗菌效果。

2.3 QS

QS是細菌通過釋放特定信號分子調(diào)節(jié)群體行為的信號傳遞系統(tǒng)。細菌在生長過程中分泌信號因子，并隨著細菌密度的增大而不斷累積，當(dāng)信號因子水平達到臨界閾值時，信號分子與受體結(jié)合，刺激生物被膜形成相關(guān)基因表達，進而調(diào)控生物被膜細胞功能。QS所能調(diào)控的細胞功能眾多，包括代謝、蛋白質(zhì)合成、毒力因子表達、抗生素耐藥性、生物被膜形成、成熟和擴散等。因此，調(diào)控食源性致病菌的QS對于抑制細菌生長和生物被膜形成是一種有效的手段。肉桂醛可以在不影響菌體生長活性的情況下，通過干擾細菌的QS系統(tǒng)，抑制生物被膜的形成。作為一種QS抑制劑，肉桂醛可以在較低濃度達到抗生物被膜的效果，有效減少細菌抗性的產(chǎn)生。

單核細胞增生李斯特菌的生物被膜形成主要由信號分子自誘導(dǎo)寡肽（AIP）介導(dǎo)的

agr

QS系統(tǒng)調(diào)控。

agr

基因座由2 個轉(zhuǎn)錄單位組成，包含4 個基因，分別為

agrB、agrD、agrC

agrA

，其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物參與細菌QS。其中，AgrC和AgrA分別由

agrC

agrA

編碼，是細菌雙組分系統(tǒng)中的組氨酸激酶及反應(yīng)調(diào)節(jié)因子；AgrD是該系統(tǒng)的AIP前體；而AgrB是一種跨膜蛋白酶，能夠處理AgrD形成的功能性細胞外AIP。Liu Yunge等評估肉桂醛抑制單核細胞增生李斯特菌CMCC 54004生物被膜形成效果，并探討肉桂醛抑制單核細胞增生李斯特菌生物被膜的機制。結(jié)果顯示，與未處理組相比，肉桂醛在1/4 MIC時顯著下調(diào)QS基因（

agrA、agrC

agrD

），而鞭毛合成相關(guān)基因（

flaA、fliP、fliG、flgE、motA、motB、mogR

）并無顯著變化，即肉桂醛并不是通過抑制鞭毛的形成而是通過抑制QS系統(tǒng)來抑制生物被膜的形成。這與Yin Lizi等[36]的研究結(jié)果即肉桂醛通過抑制鼠傷寒沙門氏菌I型菌毛相關(guān)基因從而抑制生物被膜不同。這說明肉桂醛對不同菌種的生物被膜抑制機制存在差異，在肉桂醛對食源性致病菌的抑菌機制研究方面應(yīng)加大力度，探索不同菌種之間的共通性，以便更高效利用肉桂醛。Jiang Xiaobing等通過構(gòu)建Δ

agrA

基因缺失突變體和電泳遷移率改變等實驗證明AgrA會與

agr

啟動子（P 2 ）特異性結(jié)合，激活agr系統(tǒng)的轉(zhuǎn)錄，而肉桂醛阻止了AgrA-P 2 的結(jié)合。丙氨酸誘變和微量熱泳動實驗進一步證實，位于AgrA LytTR DNA結(jié)合域的2 個保守氨基酸Asn178和Arg179是肉桂醛結(jié)合的關(guān)鍵位點。這些結(jié)果表明，肉桂醛在AgrA-P 2 結(jié)合中作為AgrA的競爭性抑制劑，導(dǎo)致單核細胞增生李斯特菌agr系統(tǒng)轉(zhuǎn)錄被抑制，生物被膜形成減少。

與單核細胞增生李斯特菌不同，銅綠假單胞菌有3 個主要的QS系統(tǒng)，分別為

lasI

lasR

系統(tǒng)、

rhlI

rhlR

系統(tǒng)及基于諾喹酮信號的QS系統(tǒng)。其中，las系統(tǒng)和rhl系統(tǒng)之間互相聯(lián)系，這3 個系統(tǒng)共同調(diào)控銅綠假單胞菌毒力因子的產(chǎn)生及生物被膜的形成。Song Luyi等以紫色桿菌ATCC 12472產(chǎn)生的紫色素為評價指標研究肉桂醛對銅綠假單胞菌QS的抑制作用。結(jié)果表明，與對照組相比，肉桂醛可顯著抑制紫色素的產(chǎn)生，當(dāng)肉桂醛質(zhì)量濃度為6.25、12.5、25、50 μg/mL時，紫色素抑制率分別為36.16%、53.98%、60.66%和74.10%。這說明肉桂醛可以抑制銅綠假單胞菌的QS系統(tǒng)。實時熒光定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈式反應(yīng)的結(jié)果進一步證實，0.1 mg/mL的肉桂醛能顯著降低

lasR

rhlR

的表達水平。Topa等采用不同濃度的肉桂醛處理綠色熒光蛋白標記的銅綠假單胞菌PAO1，生物發(fā)光基因報告檢測顯示，肉桂醛濃度為0.8、1.5、3 mmol/L時，對

las

系統(tǒng)抑制率分別為32.5%、51.9%和68.9%。因此，肉桂醛可能通過與信號分子競爭性結(jié)合轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白 LasR或RhlR ，從而抑制QS。此外，研究還發(fā)現(xiàn)肉桂醛對基于諾喹酮的QS系統(tǒng)也發(fā)揮抑制效果。說明肉桂醛對3 個主要QS系統(tǒng)均有抑制作用，與A7（專利合成的最終濃度為10 μmol/L的QS抑制劑）對比，肉桂醛對銅綠假單胞菌的3 個QS系統(tǒng)抑制效果更好。

03

納米級肉桂醛在抗菌方面的應(yīng)用

肉桂醛精油本身能在抑制細菌方面發(fā)揮顯著作用，但其水溶性低、對光和熱等環(huán)境因素敏感、易揮發(fā)、氣味刺激性強等問題，限制了其在食品行業(yè)的應(yīng)用。采用天然無毒的生物材料將其進行封裝制成納米顆粒、納米纖維、生物聚合物薄膜、脂質(zhì)體等納米級別物質(zhì)能有效解決肉桂醛自身性質(zhì)的局限性，增強其穩(wěn)定性和生物利用率，降低揮發(fā)性。除此之外，封裝肉桂醛具有可控和持續(xù)釋放的效果，能夠顯著延長抗菌作用時間。因此，為了高效發(fā)揮肉桂醛在抑菌方面的優(yōu)良作用，將其進行納米級別的處理是十分必要的。納米級肉桂醛在抗菌方面的應(yīng)用如表2所示。

3.1 納米纖維及納米纖維復(fù)合膜

納米纖維素是由

D

-葡萄糖的

（1→4）糖苷鍵連接而成的直徑5～15 nm、縱橫比10～20的線性纖維素鏈。納米纖維復(fù)合膜即納米纖維結(jié)合其他材料形成的二維納米纖維。在目前所有可用于合成納米纖維的技術(shù)中，靜電紡絲是最為成熟和廣泛運用的技術(shù)之一。近年來，靜電紡絲納米纖維因其高孔隙率、物理穩(wěn)定性、極高比表面積和較強的負載能力而受到廣泛關(guān)注，用于包埋肉桂醛可以很好克服其環(huán)境敏感性的缺點。

目前，包埋肉桂醛的納米纖維主要應(yīng)用于食品保鮮及抗菌材料。Yuan Haibin等利用靜電紡絲技術(shù)制備肉桂醛和細菌纖維素混合的抗菌納米纖維墊，將其應(yīng)用于冷凍肉類的保鮮。與商品棉保鮮墊相比，該納米纖維墊在控制冷凍肉維持原pH值和抑制食源性致病菌方面表現(xiàn)更好，可使冷凍肉在4 ℃貯藏10 d后色澤保持良好。此外，該納米纖維墊對大腸桿菌及金黃色葡萄球菌表現(xiàn)出良好抗菌活性，在暴露30 d后，抗菌率仍高達90%以上。Mishra等將肉桂醛加入到結(jié)冷膠/聚乙烯醇靜電紡絲納米纖維中，不僅解決了肉桂醛水溶性低、揮發(fā)性高、刺激性強等問題，該納米纖維對金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌表現(xiàn)出優(yōu)異的抗菌性能。金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌的時間殺滅曲線結(jié)果顯示，培養(yǎng)60 min后，負載肉桂醛的靜電紡絲納米纖維將金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌的活菌數(shù)分別減少69%和59%。Yidiz等制備的肉桂醛混合環(huán)糊精納米纖維對大腸桿菌也表現(xiàn)出明顯抗菌活性，抑菌圈直徑最大能達到（4.89±0.18）mm。

納米纖維復(fù)合膜一般應(yīng)用于新型抗菌包裝材料，由生物可降解材料和植物提取物肉桂醛復(fù)合制備而成，可以有效防止水分流失、食物氧化并抑制食源性致病菌的生長，延長食品貨架期。Li Changzhu等[55]將包封肉桂醛的羥丙基-

-環(huán)糊精進一步嵌入到由磷脂和環(huán)氧乙烷組成的納米纖維中作為一種新型食品包裝材料。研究結(jié)果表明，該納米纖維的直徑分布均勻，且具有較好的力學(xué)性能。同時，通過熱重分析實驗表明，將肉桂醛進行納米級別的處理提高了其熱穩(wěn)定性。將該材料應(yīng)用于鮮切黃瓜，在4、25 ℃下殺滅單核細胞增生李斯特菌效果良好且對鮮切黃瓜的感官指標無顯著影響。Han Ying等[54]采用靜電紡絲技術(shù)制備以肉桂醛、茶多酚及其復(fù)合材料為芯材的聚乳酸同軸納米纖維薄膜，表征發(fā)現(xiàn)該薄膜具有良好的熱穩(wěn)定性和機械性能。除此之外，以肉桂醛和茶多酚混合材料為芯材的同軸納米纖維抑制腐敗假單胞菌的抗菌活性高于單芯納米纖維薄膜。該薄膜能有效破壞假單胞菌的細胞膜，通過改變細胞膜的通透性干擾其蛋白質(zhì)的合成及表達，發(fā)揮抑菌作用。

3.2 生物聚合物薄膜

生物聚合物薄膜是由天然大分子組成的生物基薄膜，因其生物可降解性、良好的安全性而具有良好應(yīng)用前景。將生物可降解聚合物與肉桂醛結(jié)合，既能提高其機械性能，還能發(fā)揮抗菌抗氧化活性，因此成為近年來的研究熱點。

Hosseini等制備負載肉桂醛的殼聚糖納米粒生物聚合物薄膜，并通過實驗證實含有肉桂醛的生物聚合物薄膜對革蘭氏陽性菌（金黃色葡萄球菌和單核細胞增生李斯特菌）和革蘭氏陰性菌（大腸桿菌和腸炎沙門氏菌）具有良好的抗菌活性。此外，對于貯藏質(zhì)量指標（pH值、硫代巴比妥酸反應(yīng)物值、顏色和微生物）的分析表明，含有肉桂醛的生物聚合物薄膜包裝的虹鱒魚魚片的保質(zhì)期可延長至12 d。Pan Qingyan等將接枝季鏻鹽和膽酸的兩親性殼聚糖與肉桂精油通過澆鑄法摻入聚乙烯醇中制備活性食用膜，顯著提高了該膜的各方面性能。此外，該膜對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌及胡瓜炭疽病菌殺滅效果良好。從感官評定和品質(zhì)指標的表征觀察，多功能生物聚合物薄膜能將25 ℃下的芒果貨架期延長至15 d。Thongsrikhem等將肉桂醛作為交聯(lián)劑和抗菌添加劑制備抗菌明膠-纖維素納米復(fù)合膜，發(fā)現(xiàn)納米復(fù)合膜對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌效果呈現(xiàn)肉桂醛濃度依賴性。Huang Yukai等針對殼聚糖和乳清蛋白組成的復(fù)合膜應(yīng)用于板栗保鮮效果不理想的問題，通過添加肉桂醛和納米纖維素，制備一種保水性、抑菌性強且具有良好力學(xué)性能的新型復(fù)合膜。該膜能明顯抑制大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和板栗真菌的生長，破壞板栗真菌的菌絲結(jié)構(gòu)。此外，膜處理后的板栗能有效降低25 ℃貯藏16 d的質(zhì)量損失、霉變率和鈣化指數(shù)。由此可見，肉桂醛作為原料制備的生物聚合膜為食品抗菌包裝材料提供了新的研究方向。

3.3 脂質(zhì)體

脂質(zhì)體是磷脂在水溶液中自發(fā)分散形成的雙層囊泡，具有雙分子層結(jié)構(gòu)。因其生物毒性低、載藥量高及其獨特的分子結(jié)構(gòu)，脂質(zhì)體常用作包封生物活性成分的遞送系統(tǒng)。近年來，將脂質(zhì)體作為肉桂醛的新型遞送系統(tǒng)以提高其物理穩(wěn)定性及抗氧化穩(wěn)定性也有諸多報道。

Wang Xingwei等以不同濃度殼聚糖為修飾劑制備負載肉桂醛的脂質(zhì)體，實驗結(jié)果顯示，用質(zhì)量濃度為0.25～4.00 mg/mL的殼聚糖修飾肉桂醛脂質(zhì)體，培養(yǎng)10 min后，對金黃色葡萄球菌具有明顯的抗菌效果。當(dāng)殼聚糖質(zhì)量濃度大于1 mg/mL時，殼聚糖修飾的肉桂醛脂質(zhì)體在保存28 d后仍能保持抗菌效率高于90%。Sang Nina等則研究出細菌靶向脂質(zhì)體，用于增強肉桂醛的遞送并治療感染。該研究采用薄膜蒸發(fā)法制備多黏菌素修飾的脂質(zhì)體，將其作為封裝肉桂醛新型載體。體內(nèi)和體外實驗均表明，該脂質(zhì)體能有效靶向大腸桿菌。與游離肉桂醛和只負載多黏菌素的脂質(zhì)體相比，該脂質(zhì)體對大腸桿菌和銅綠假單胞菌抑制作用顯著增強，為制造治療持續(xù)性和嚴重細菌感染的抗菌劑提供了新的方向。

3.4 納米乳液

納米乳液又稱為微乳液，是由水、油、表面活性劑和助表面活性劑等自發(fā)形成，粒徑為1～100 nm的熱力學(xué)穩(wěn)定、各向同性、透明或半透明的均相分散體系。通過減小納米乳液中液滴的大小，可以提高所負載的生物活性化合物的物理穩(wěn)定性和生物利用率。

Gao Yuan等通過研究肉桂醛納米乳液的最佳配方，制備出粒徑僅有48 nm且液滴分布均勻的納米乳液。由于肉桂醛的親脂性和誘導(dǎo)氧化應(yīng)激作用，肉桂醛對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有很強的抗菌活性，其對大腸桿菌的最小殺菌濃度能達到0.5 mg/μL。Duan Jiaojiao等制備肉桂醛和腸球菌素Gr17共包封納米乳液，并探討其應(yīng)用于冷藏液體熏制三文魚的可行性。結(jié)果表明，相較于丁香酚、百里酚等其他精油，肉桂醛和腸毒素Gr17組合使用時，表現(xiàn)出最強的協(xié)同抑制作用，顯著抑制食源性致病菌的生長，其對金黃色葡萄球菌的抑制效果最好，抑菌圈直徑可達（42.40±0.31）mm。以活菌計數(shù)、嗜冷細菌數(shù)和假單胞菌總數(shù)為微生物分析指標、總揮發(fā)性鹽基氮含量和硫代巴比妥酸反應(yīng)物值為理化參數(shù)并進行以味道、氣味、顏色、產(chǎn)品質(zhì)量為指標的感官實驗，結(jié)果表明，肉桂醛納米乳液處理可將三文魚貨架期延長至42 d。

04

結(jié) 語

食源性致病菌及其生物被膜造成的食源性疾病嚴重威脅消費者健康，生物被膜獨特的三維結(jié)構(gòu)和黏附特性使常規(guī)的消毒手段難以將其徹底清除，眾多因素導(dǎo)致亟需尋找更加安全、有效的策略控制食源性致病菌的生物被膜。肉桂醛作為一種抗菌劑具有綠色、天然、高效等優(yōu)點，并有效彌補了傳統(tǒng)抗菌劑導(dǎo)致食源性致病菌產(chǎn)生耐藥性的問題。本文主要對近年來關(guān)于肉桂醛防控食源性致病菌及其生物被膜的研究進行總結(jié)梳理，為食品行業(yè)控制生物被膜污染提供更多選擇，以期促進肉桂醛的高效利用。

當(dāng)前肉桂醛防控食源性致病菌形成生物被膜仍集中于單一菌種的生物被膜研究，但在實際生產(chǎn)過程中，生物被膜常以多菌種混合生物被膜的形式出現(xiàn)。因此，未來關(guān)于肉桂醛防控生物被膜的研究應(yīng)更著重于多菌種混合生物被膜，深入探究不同菌種之間的QS調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)及其信號分子與調(diào)控蛋白，同時嘗試將肉桂醛與更多綠色健康的物質(zhì)或新技術(shù)聯(lián)合使用，開發(fā)針對不同食源性致病菌靶點的抗生物被膜策略，為今后防控生物被膜提供新方向，以保障食品質(zhì)量與消費者身體健康。

引文格式：

都雪瑩, 胡欣, 馮澤銀, 等. 肉桂醛防控食源性致病菌及其生物被膜的研究進展[J]. 食品科學(xué), 2025, 46(1): 237-245. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240320-146.

DU Xueying, HU Xin, FENG Zeyin, et al. Cinnamaldehyde for the prevention and control of foodborne pathogens and their biofilms: a review of research and applications[J]. Food Science, 2025, 46(1): 237-245. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240320-146.

實習(xí)編輯：梁雯菁；責(zé)任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網(wǎng)

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