食品废弃物源微生物纤维素制备及其在拟除虫菊酯农药检测与生物活性评估中的应用研究

为解决农业和家庭用拟除虫菊酯类农药残留对环境和健康的威胁，研究人员利用果蔬废弃物微生物群落为接种体，通过Hestrin & Schramm（HS）和柠檬酸（CA）培养基发酵生产微生物纤维素（MC），并系统评估其结构特性、抗菌活性及电化学传感性能。研究发现CA培养基结合蔬菜废弃物接种体可获得最高MC产量（1.625±0.051 g/L），其多孔结构和抗氧化特性（CV检测阳极峰0.96 V/1.1 V）使其对E. coli抑制效果显著（抑菌圈4.08±0.193 cm2 ），并首次实现MC修饰玻碳电极对水体拟除虫菊酯农药的电化学检测。该研究为低成本、可持续的环境污染物监测提供了新策略。

　　

随着农药在农业生产和家庭消杀中的广泛应用，拟除虫菊酯类化合物如氯氰菊酯（cypermethrin）和炔咪菊酯（imiprothrin）通过水体残留引发严重的环境和健康问题。这类农药可导致DNA损伤、呼吸系统疾病甚至肿瘤发生，传统检测方法依赖昂贵仪器且流程复杂。与此同时，全球每年产生约13亿吨食品废弃物，其处理成为可持续发展的重要挑战。在此背景下，如何将废弃物资源化并用于环境治理，成为跨学科研究的焦点。

来自中国的研究团队创新性地将果蔬废弃物转化为高附加值材料，通过微生物发酵制备微生物纤维素（Microbial Cellulose, MC），并探索其在环境污染物检测和生物医学领域的应用潜力。该研究发表于《Food Chemistry Advances》，首次报道了以混合果蔬废弃物微生物群落为接种体，在柠檬酸（CA）培养基中高效生产MC（1.625 g/L），并通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）等技术系统表征其结构特性。研究发现MC具有优异的抗菌活性和电化学响应特性，成功构建了基于MC的拟除虫菊酯农药电化学传感器。

研究采用的关键技术包括：（1）从5天/21天自然腐烂的果蔬废弃物中提取微生物群落作为接种体；（2）通过HS和CA培养基静态发酵生产MC；（3）采用循环伏安法（Cyclic Voltammetry, CV）评估MC的抗氧化特性；（4）建立MC修饰电极对水体拟除虫菊酯农药的电化学检测方法。

3.1 微生物纤维素的生产优化
通过比较两种培养基发现，CA培养基结合蔬菜废弃物接种体的MC产量比传统HS培养基提高13.6%，且总碳水化合物含量达1.202 mg/mL。这种差异源于蔬菜废弃物微生物群落特有的纤维素合成基因表达优势。

3.4 结构表征揭示性能基础
FTIR光谱在3284 cm^-1
处显示典型羟基峰，证实纤维素结构完整性。XRD分析表明HS培养基产物结晶度（80.6%）高于CA培养基（70.76%），而SEM显示CA培养基产物具有更发达的多孔网络，使其持水率（WHC）达5.475%，较HS培养基提高3倍。这种高孔隙率为后续功能应用提供了理想载体。

3.5.1 显著抗菌活性
溶解于2N NaOH的MC对E. coli抑制效果最佳（抑菌圈4.08 cm²
），优于革兰氏阳性菌（Bacillus sp. 3.896 cm²
）。这种选择性抗菌机制可能源于MC纳米纤维对革兰氏阴性菌外膜的物理破坏作用。

3.5.2 电化学特性突破
CV检测显示MC在0.96 V和1.1 V处出现明显氧化峰，证实其抗氧化活性。当应用于农药检测时，MC修饰电极在0.5 V处出现特征峰，对800 μL农药样本响应灵敏度最高，检测限显著优于传统光谱法。

该研究实现了废弃物资源化与环境治理的双重突破：一方面将果蔬废弃物转化为高纯度MC（无需复杂纯化），另一方面开发出低成本、可实时监测的农药检测新方法。MC的多功能特性（抗菌、抗氧化、电化学活性）为其在伤口敷料、水处理膜等领域的应用奠定基础。研究团队特别指出，未来可通过基因工程改造废弃物源微生物群落，进一步提升MC产量和功能多样性，推动"绿色制造"理念在环境监测领域的实践。