表面活性素固定化ZIF-8纳米抗菌剂的构建及其在金枪鱼保鲜中的应用研究

《Journal of Future Foods》：Immobilization of surfactin in zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) and its application for tuna preservation

本研究针对水产品中荧光假单胞菌腐败问题，开发了一种新型纳米抗菌剂Sur/Ag@ZIF-8。研究人员通过原位包埋法成功合成该材料，证实其具有规整形貌、高热稳定性和强抗菌活性（MIC=0.125 mg/mL）。该材料通过释放表面活性素、Zn2+和Ag+产生协同抗菌效应，可将金枪鱼货架期延长2天，并通过安全性验证，为水产品保鲜提供了新策略。

　　

水产品因其富含优质蛋白质、多不饱和脂肪酸和维生素等营养成分，近年来消费量持续增长。然而，其高水分含量、脆弱组织结构等特点使其极易受微生物污染而腐败变质，其中荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）是导致水产品腐败的关键特定腐败菌。传统保鲜技术如低温保鲜、气调包装等虽有效但各有局限，开发安全高效的生物保鲜剂成为产业迫切需求。

表面活性素（surfactin）作为一种由芽孢杆菌产生的脂肽类生物表面活性剂，具有优良的抗菌活性，但其易失活、成本高等问题限制了实际应用。金属有机框架（MOF）材料因其可调控的孔道结构和良好的生物相容性，为生物活性物质的包埋和保护提供了理想平台。其中沸石咪唑酯骨架-8（ZIF-8）因其合成简便、稳定性好且含具有抗菌活性的锌离子而备受关注。

发表于《Journal of Future Foods》的这项研究，创新性地将表面活性素与银离子共同包埋于ZIF-8中，构建了Sur/Ag@ZIF-8纳米抗菌剂，并系统评价了其抗菌性能、机理及在金枪鱼保鲜中的应用效果。

研究人员采用的主要关键技术方法包括：一锅法水相合成技术制备ZIF-8及其复合材料；扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等技术进行材料表征；微量肉汤稀释法测定最小抑菌浓度（MIC）和最小杀菌浓度（MBC）；通过细胞膜电位探针（DiSC3-5）、细胞壁通透性探针（NPN）和活性氧（ROS）探针（DCFH-DA）等分析抗菌机制；以及利用小鼠急性毒性试验和MTT法进行安全性评价。

3.1. ZIF-8、Sur@ZIF-8和Sur/Ag@ZIF-8的物理表征

研究通过扫描电镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱等技术证实成功合成了具有规则菱形十二面体结构的ZIF-8、Sur@ZIF-8和Sur/Ag@ZIF-8。表面活性素的固定化率约为26%-27%，银离子的引入未显著影响表面活性素的包埋。氮气吸附等温线显示材料为介孔材料，热重分析证明了表面活性素的成功包埋。

3.2. Sur/Ag@ZIF-8对荧光假单胞菌的抗菌活性

抗菌实验表明，Sur/Ag@ZIF-8对荧光假单胞菌表现出最强的抗菌活性，其MIC和MBC值分别为0.125 mg/mL和0.25 mg/mL，显著优于单独的表面活性素、ZIF-8以及传统防腐剂山梨酸钾和苯甲酸钠。

3.3. 荧光假单胞菌的形态变化

扫描电镜观察发现，经Sur/Ag@ZIF-8处理的细菌细胞表面出现严重损伤，形态与单独表面活性素处理组不同。研究推测微生物生长过程中产生的微酸性环境可能导致ZIF-8骨架分解，从而释放出包埋的成分。离子浓度检测证实处理后的上清液中存在Zn²⁺（13.2 mg/L）和Ag⁺（0.027 mg/L）。

3.4. 合成纳米晶体的抗菌机制

机制研究表明，Sur/Ag@ZIF-8可通过多种途径发挥抗菌作用：Zn²⁺和Ag⁺能破坏细胞壁完整性；表面活性素可引起细胞膜去极化；而Zn²⁺和Ag⁺还能通过类芬顿反应诱导细胞内活性氧（ROS）积累，导致氧化损伤。这三种成分的协同作用是其高效抗菌的关键。

3.5. Sur/Ag@ZIF-8在金枪鱼保鲜中的应用

将Sur/Ag@ZIF-8应用于金枪鱼保鲜，结果显示其能有效抑制微生物生长，延缓总挥发性盐基氮（TVB-N）和硫代巴比妥酸（TBA）值的上升，保持鱼肉硬度和弹性，将货架期延长2天。锌和银的迁移量远低于国际安全标准限值。

3.6. Sur/Ag@ZIF-8的细胞毒性测试

MTT实验表明，在0.125 mg/mL的使用浓度下，Sur/Ag@ZIF-8对HepG2细胞的存活率无显著影响，显示出良好的生物相容性。

3.7. Sur/Ag@ZIF-8的急性毒性试验

小鼠急性毒性试验进一步证实，以高达1 mg/kg的剂量灌胃Sur/Ag@ZIF-14天后，小鼠的血液学指标、肝肾功能指标及组织病理学均未出现异常变化，表明该材料在实验条件下无急性毒性。

本研究成功开发了一种新型纳米抗菌剂Sur/Ag@ZIF-8，通过表面活性素、锌离子和银离子的协同抗菌机制，有效抑制了水产品中的特定腐败菌，延长了金枪鱼的保鲜期。该研究不仅为水产品保鲜提供了创新解决方案，也拓展了金属有机框架材料在食品工业中的应用前景。通过克服游离脂肽易失活、利用率低等问题，Sur/Ag@ZIF-8展现了纳米技术在食品保鲜领域的巨大潜力，为开发高效、安全的食品保鲜剂提供了新思路。