综述：噬菌体基薄膜与涂层在活性食品包装系统中的创新应用：新见解

《Journal of Stored Products Research》：Novel insights into phage-based films and coatings: Innovative solutions for active food packaging systems

本综述系统探讨了噬菌体（phage）作为生物防治剂在活性食品包装中的应用价值，重点分析了其通过特异性裂解食源性病原体（如S. aureus、E. coli O157:H7、L. monocytogenes）提升食品安全的机制，并讨论了与天然抗菌剂（如细菌素bacteriocins、精油essential oils）的协同效应及未来挑战（如宿主特异性host specificity、脱水抗性）。

　　

Bacteriophage

噬菌体（phage）是地球上最丰富的生物实体，数量约为10³¹个，是细菌数量的10倍。它们是在细菌细胞内复制的病毒，存在于任何有宿主细菌的栖息地，包括水生系统、新鲜食品和人类肠道。噬菌体对其宿主表现出高度特异性，仅感染特定的细菌物种或菌株。根据其生命周期，它们可分为两类：温和性噬菌体（lysogenic phage）和烈性噬菌体（lytic phage）。烈性噬菌体是抗菌应用的理想选择，因为它们能迅速裂解宿主细胞。

Phages as potential biocontrol agents against foodborne pathogens

微生物污染是食品加工操作中的主要挑战。食源性病原体污染是一个重大的全球健康问题。据世界卫生组织（WHO）称，每年全球约有十分之一的人因食用受污染的食物而生病，导致超过42万人死亡。与食源性疾病相关的最普遍病原菌包括E. coli、L. monocytogenes、S. aureus、Campylobacter spp.和Salmonella spp.。噬菌体作为高度选择性的生物防治剂，可以消除生物膜（biofilm）和腐败细菌，且不会像抗生素那样消除天然共生肠道微生物群（commensal gut microbiota）。

Edible food packaging systems

可食用薄膜和涂层通常厚度小于0.3毫米，用于增强食品的保质期并与食品一起直接食用。其基质通常由生物聚合物（如蛋白质、多糖、脂质或其组合）组成。与传统包装不同，活性包装通过防止食源性病原体在包装环境内生长来发挥作用。可食用包装系统能够作为可持续的生物包装，防止病原体生长并保存食品。噬菌体被提议应用于可食用薄膜和涂层中，因为它们通过感染细菌作为天然抗菌剂，并且不会改变食品的某些特性，如风味、香气和营养价值。

Film/coating preparation methods

制备可食用薄膜和涂层主要有两种方法：湿法工艺和干法工艺。湿法工艺也称为溶剂浇铸法（solvent casting），主要在实验室中使用，涉及将生物聚合物溶解在溶剂中，将所得溶液浇铸到模具中，然后干燥形成薄膜。干法工艺也称为挤出法（extrusion），由于其处理时间更短、能耗更低，常用于商业化生产。将噬菌体整合到这些系统中的方法需要仔细考虑，以保持其活性和有效性。

Application of bacteriophage in active food packaging systems

最近的研究广泛探索了将噬菌体整合到各种食品的包装薄膜和涂层中，包括鸡柳、牛肉和奶酪。讨论将噬菌体固定在包装表面时的一个值得注意的点是注意均匀分布和抗脱水性。在这方面，有各种方法可以将噬菌体固定在包装表面，例如物理吸附、共价结合和封装。研究表明，将噬菌体与生物聚合物（如藻酸盐、壳聚糖、纤维素）结合，可以有效地减少常见和重要污染病原体（如E. coli O157:H7、Salmonella和Listeria）的细菌负荷，并延长肉类、乳制品和水果的保质期。此外，加入一些添加剂，如细菌素（bacteriocins）和精油（essential oils），可以协同增强活性包装系统。除了使用完整的噬菌体颗粒外，它们的衍生酶（如内溶素endolysins）为食源性病原体的生物控制和开发有效的抗菌包装提供了一种创新方法。

Phage host specificity

烈性噬菌体对原核宿主的高度特异性允许仅攻击目标细菌菌株，并且不像大多数防腐剂和抗生素那样影响天然微生物区系。由于噬菌体基础治疗的进展，如今，除了使用完整的噬菌体外，应用范围已经扩大，定制的鸡尾酒（cocktails）、噬菌体编码的内溶素（endolysins）和基因工程噬菌体也被使用。鸡尾酒中不同的噬菌体结合到不同的细菌受体上，从而扩大了它们的抗菌活性范围并降低了耐药性发展的风险。人工智能（AI）和合成生物学（synthetic biology）等领域的进步提高了这些病毒实体在对抗食源性病原细菌方面的有效性。

Conclusion

噬菌体作为抗菌剂，在活性/生物活性包装系统中极具应用前景。适当将噬菌体与各种生物聚合物和天然材料整合，可以有效降低食品中常见重要污染病原体（如E. coli O157:H7、Salmonella和Listeria）的细菌负荷，并延长肉类、乳制品和水果的保质期。此外，加入一些添加剂（如细菌素和精油）可以协同增强活性包装系统。然而，噬菌体的高宿主特异性（host specificity）和脱水敏感性等挑战仍然存在。多价噬菌体（polyvalent bacteriophages）或噬菌体鸡尾酒（bacteriophage cocktails）的使用可以克服抗菌包装系统中宿主范围狭窄的限制。未来的研究应侧重于优化噬菌体在包装矩阵中的固定化和稳定性，以及探索其与其他抗菌剂的协同效应。