尼辛（nisin）和ε-聚赖氨酸（ε-polylysine）对解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）微生物细胞结构及生理功能的抑制作用，及其在面包保鲜中的应用

《Food Bioscience》：Inhibitory effects of nisin and ε-polylysine on the microbial cell structure and physiological function of Bacillus amyloliquefaciens and applications in bread preservation

枯草芽孢杆菌的协同抗菌机制及食品保鲜应用研究。通过筛选四种微生物来源抗菌剂，发现枯草芽孢杆菌素（nisin）与ε-聚赖氨酸（ε-PL）协同抑制该菌，其组合在1×MIC时显著破坏细胞膜、壁及孢子核心结构，导致β-半乳糖苷酶泄漏和ATP酶活性下降，扫描电镜和透射电镜证实生物膜完整性受损，并延长面包货架期至6-8天。

　　
该研究系统评估了枯草芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）在面包等食品中的 spoilage 机制及新型微生物源抗菌剂的协同抑菌效果。研究发现，由乳酸菌产生的 ε-聚赖氨酸（ε-PL）与经典食品防腐剂尼生素（nisin）的复合使用能产生显著协同效应，其最佳组合比例为0.05 mg/mL 尼生素与0.10 mg/mL ε-PL，对枯草芽孢杆菌的抑制指数（FICI）仅为0.375，展现出远超单一组分的抗菌能力。

在抑菌机制方面，研究揭示了复合剂对细菌代谢的深层影响。实验数据显示，当处理浓度达到最低抑菌浓度（MIC）的1倍时，虽然细菌存活率仍保持较高水平，但已观察到胞内β-半乳糖苷酶和核酸外漏现象，同时伴随碱性磷酸酶活性显著上升。这种代谢紊乱直接导致细胞膜通透性改变，表现为扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）观测到的生物膜完整性破坏，以及胞外黏附蛋白的合成减少。特别值得注意的是，ε-PL在0.25倍MIC浓度下即开始破坏芽孢核心结构，这种针对芽孢的早期干预机制有效克服了传统高温灭菌（如121℃ pasteurization）对耐热芽孢的失效问题。

在应用层面，研究证实了复合剂对面包保质期的延长效果。当在25℃储存条件下，对照组面包在4天内即达到10^5 CFU/g的腐败阈值，而添加0.05 mg/mL nisin + 0.10 mg/mL ε-PL的样品保质期延长至6-8天。这种延长效果源于双重作用机制：尼生素通过干扰细胞壁肽聚糖合成，直接抑制 vegetative 细胞增殖；而 ε-PL 则通过破坏生物膜结构，使营养储备（如胞内糖原）更易被分解利用。值得注意的是，两种抗菌剂均展现出独特的广谱抑菌特性——尼生素对革兰氏阳性菌的膜电位破坏具有特异性，而 ε-PL 对革兰氏阳性菌和部分阴性菌的胞壁损伤存在交叉效果。

研究创新性地构建了"代谢-结构"双重抑制模型。通过比较不同处理浓度（0.125-2×MIC）下的细菌代谢指标变化，发现当处理浓度达到MIC的1/8时，即能启动胞内ATP酶活性降低（降幅达32%），而β-半乳糖苷酶泄漏量与处理浓度呈线性关系（R2=0.96）。这种剂量依赖性特征为食品防腐剂的安全使用提供了理论依据——低浓度即可有效抑制代谢活性，而高浓度（≥2×MIC）虽能快速灭活 vegetative 细胞，但会引发芽孢核心结构的不可逆损伤。

在食品工业应用方面，研究突破了传统防腐剂的使用限制。通过建立"协同抑菌阈值"（0.375 FICI），明确了两种生物防腐剂的最优配比，同时验证了其符合GB 2760-2014食品添加剂使用标准。特别是 ε-PL 在食品加工中的稳定性（热稳定性达120℃）和安全性（无遗传毒性、无致癌性）验证，为开发新型清洁标签食品提供了技术支撑。研究还建立了基于生物膜破坏的腐败控制新范式，通过电子显微镜观测到处理组细菌的胞外多糖层厚度较对照组减少47%，生物膜形成量下降至对照组的12%。

该成果对食品防腐领域具有三重突破价值：其一，首次系统揭示尼生素与 ε-PL 的协同作用机制，特别是两者对细菌代谢流和生物膜形成的协同干扰；其二，建立了基于最低抑菌浓度（MIC）和协同指数（FICI）的复合剂配比优化模型，为食品工业中生物防腐剂复配提供计算依据；其三，通过破坏芽孢核心结构（TEM观测显示核心蛋白复合体解体），为开发广谱抗芽孢生物防腐剂开辟了新路径。这些发现不仅完善了微生物源抗菌剂的分子作用机制理论，更为开发高效低毒的食品防腐体系提供了关键技术支撑。