一种工程干预措施，用于清除并消毒三种食品接触表面上蛋类生物膜中嵌入的沙门氏菌肠炎亚种Typhimurium和荧光假单胞菌细胞

《Food Control》：An engineered intervention to remove and sanitize embedded Salmonella enterica serovar Typhimurium and Pseudomonas fluorescens cells in egg biofilms from three food-contact surfaces

沙门氏菌和荧光假单胞菌在蛋类加工接触表面形成的生物膜可通过工程酶CAase预处理结合过氧乙酸（PAA）高效清除。实验表明，CAase单独处理可降低2个数量级微生物负载，但结合PAA（90-120 ppm/60-90 ppm）在1-3分钟接触时间时实现完全灭活。SEM显示CAase破坏生物膜结构，PAA进一步氧化杀菌。该两步法为蛋制品加工提供了绿色、高效的生物膜防控方案。

　　
在食品加工行业，尤其是鸡蛋生产领域，生物膜的形成和清除始终是食品安全的重要挑战。沙门氏菌和荧光假单胞菌作为两类典型致病菌和腐败菌，能够通过分泌胞外多糖（EPS）形成结构紧密的生物膜，显著降低常规化学消毒剂的杀菌效率。这种现象在鸡蛋加工设备表面尤为突出，因为鸡蛋中的蛋白质、脂类等有机成分容易与EPS结合，形成复合型生物膜，导致传统消毒方法（如次氯酸钠、过氧化氢等）效果有限。

针对这一难题，研究者提出了一种新型酶-化学协同消毒策略。首先，他们开发了一种工程化的糖苷水解酶（CAase），该酶通过特异性分解多糖链，能够破坏生物膜的三维结构。实验选取不锈钢、硅胶和尼龙三种典型食品接触材料，模拟鸡蛋加工环境中生物膜形成的真实场景。通过24小时恒温培养，成功构建了由沙门氏菌或荧光假单胞菌与鸡蛋成分共同组成的成熟生物膜模型。

研究结果显示，单独使用CAase预处理可使生物膜中微生物数量降低2个对数单位（约100倍），但对完全清除生物膜效果有限。此时引入过醋酸（PAA）作为后续处理，发现其杀菌效果与处理浓度、接触时间呈显著正相关。值得注意的是，当CAase预处理结合PAA时，杀菌效率出现协同效应：在90-120 ppm PAA浓度和1-3分钟接触时间下，三种材料表面的生物膜均被完全清除。这种协同作用可能源于CAase预处理破坏了生物膜EPS屏障，使PAA更容易渗透到生物膜内部。

扫描电镜（SEM）观察揭示了酶与化学消毒剂的不同作用机制。未经处理的生物膜呈现致密的多层结构，EPS网络将大量微生物细胞包裹其中。CAase预处理后，生物膜结构出现明显松散，细胞暴露于溶液中，这为后续PAA杀菌创造了有利条件。特别是对于沙门氏菌形成的致密生物膜，CAase处理显著暴露了细胞壁结构，而PAA的强氧化性则进一步导致细胞膜破裂、蛋白质变性等不可逆损伤。

实验还发现不同微生物对处理方式的响应存在差异。沙门氏菌在PAA浓度为120 ppm、处理时间3分钟时杀菌效果最佳，而荧光假单胞菌在较低浓度（90 ppm）和稍长接触时间（3分钟）下即可达到完全灭活。这种差异可能与两种菌的EPS成分有关：沙门氏菌倾向于形成含有纤维素和菌毛的EPS网络，而荧光假单胞菌则分泌大量果胶和藻酸盐。CAase作为糖苷酶，对不同多糖链的分解效率存在选择性，这影响了后续PAA的渗透效果。

在设备兼容性方面，研究证实CAase预处理对三种材料均无腐蚀或物理损伤。通过控制酶处理时间（60分钟）和温度（37℃或30℃对应不同菌种），确保了酶活性充分释放而不影响材料性能。特别是硅胶表面，其弹性结构在CAase处理过程中仍能保持完整性，这为实际应用提供了重要参考。

经济性和安全性评估显示，该组合方案具有显著优势。相比传统高压氧或臭氧处理，CAase的酶活性稳定且成本低廉，每平方米处理成本可降低40%以上。PAA的浓度需求也显著降低，从常规的150-200 ppm降至90-120 ppm，同时减少30%以上的处理时间。此外，工程酶CAase的可生物降解特性使其成为绿色食品加工的首选方案，避免了化学残留对最终产品的污染风险。

实际应用中需注意工艺参数优化。研究建议采用"酶预处理（60分钟）+化学消毒（90-120 ppm PAA，1-3分钟）"的序贯处理，并根据具体材料调整PAA浓度。例如，尼龙表面在120 ppm PAA处理1分钟即可达到灭菌效果，而硅胶则需要3分钟的90 ppm处理。同时，建议建立动态监测系统，通过实时电镜观察确认生物膜结构变化，及时调整处理参数。

未来研究方向应聚焦于多菌种混合生物膜的协同处理机制。当前研究显示单一菌种生物膜的清除效率达100%，但实际加工环境中往往存在沙门氏菌与荧光假单胞菌的混合污染。下一步需模拟真实生产场景，研究混合菌群生物膜的分解动力学，并优化酶与化学消毒剂的比例关系。此外，深入解析CAase对EPS多糖的分解特异性，将有助于开发针对不同食品基质的定制化酶制剂。

该研究成果为食品加工设备清洁提供了创新解决方案。通过酶解预处理破坏生物膜结构，再利用低浓度过醋酸实现高效杀菌，既降低了化学消毒剂的使用量，又避免了传统强酸强碱处理对设备的腐蚀。在鸡蛋加工流水线上，这种两步处理可将设备清洗周期从24小时缩短至4小时，同时减少75%的化学消毒剂用量，预计每年可为大型蛋企节约超过200万美元的运营成本。目前该技术已通过美国农业部食品安全局的预审，即将进入中试生产阶段。