等离子体活化乳酸靶向灭活小龙虾腐败菌芽孢的机制及其在保鲜中的应用研究

本研究针对小龙虾等轻加工食品中腐败菌芽孢耐受性强、难以杀灭的行业难题，创新性地将等离子体活化技术(Plasma-activated lactic acid, PALA)应用于乳酸改性处理。研究发现1% PALA即可达到1.5%普通乳酸(LA)的杀菌效果，通过破坏蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)孢子内膜(IM)结构、抑制SpoVA蛋白功能，有效阻断孢子萌发途径。该技术显著延长熟制小龙虾货架期，为食品微生物安全控制提供了新方案。

　　

在轻加工水产品领域，熟制小龙虾(Procambarus clarkii)因其独特风味备受消费者青睐，但其中存在的特定腐败菌(SSB)芽孢却成为食品安全的隐形杀手。这些芽孢对常规加工处理具有极强的抵抗能力，就像穿着多层防护服的"超级士兵"，能够耐受高温、酸性和辐射等多种恶劣环境。传统杀菌方法往往需要较高浓度化学试剂或剧烈物理条件，不仅影响食品品质，还可能产生有害残留。如何在不影响食品品质的前提下有效杀灭这些顽固的芽孢，成为食品工业亟待突破的技术瓶颈。

针对这一难题，江苏省农业科学院农产品加工研究所的王青、孙荣雪、姜宁等科研团队在《International Journal of Food Microbiology》发表了一项创新性研究，他们巧妙地将等离子体技术与天然有机酸相结合，开发出等离子体活化乳酸(PALA)新技术，为破解芽孢耐受难题提供了新思路。

研究人员采用等离子体活化装置对乳酸溶液进行改性处理，通过比较PALA与普通乳酸(LA)对蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)孢子的杀灭效果，结合微观结构观察、内容物泄漏检测、孢子萌发实验以及酶处理验证等多重技术手段，系统阐明了PALA的抗菌机制。研究特别关注了孢子内膜(IM)结构和功能的变化，以及关键蛋白SpoVA的功能状态。

2.1 PALA显著增强乳酸的抗菌效果

研究发现等离子体活化处理显著提升了乳酸的抗菌效能，仅需1%浓度的PALA就能达到1.5%普通LA的孢子灭活效果，效率提升达50%。这种增效作用为降低食品加工中有机酸的使用量提供了可能，有助于减少酸味过重对产品风味的影响。

2.2 PALA破坏孢子内膜导致内容物泄漏

通过微观结构观察发现，PALA处理后的孢子出现明显的结构损伤，特别是内膜(IM)完整性遭到破坏。内容物泄漏实验证实，孢子内部的核心物质包括关键的二吡啶甲酸钙(Ca-DPA)复合物大量外流，这种"泄洪式"的泄漏直接导致孢子失去生存能力。

2.3 PALA抑制孢子萌发关键蛋白功能

深入研究揭示，PALA处理严重干扰了孢子内膜上的SpoVA蛋白功能，这些蛋白如同控制孢子"苏醒"的开关，负责调控萌发过程。实验显示经PALA处理的孢子萌发能力显著降低，就像被按下了"永久休眠"按钮，无法恢复正常生长状态。

2.4 PALA造成不可逆的孢子损伤

研究通过 lysozyme（溶菌酶）和Ca-DPA处理验证发现，经PALA灭活的孢子无法恢复活力，且存活孢子中未检测到突变株。这表明PALA造成的损伤是致命且不可逆的，同时不会诱导产生耐药性突变，避免了"适者生存"的进化风险。

2.5 PALA有效延长小龙虾货架期

在实际应用层面，PALA处理显著延长了熟制小龙虾的保质期，同时很好地保持了产品品质。这为小龙虾等水产品的微生物安全控制提供了切实可行的技术方案，具有直接的产业化应用前景。

该研究首次系统阐明了等离子体活化乳酸对蜡样芽孢杆菌孢子的灭活机制，突破性地发现其作用靶点集中于孢子内膜结构及SpoVA蛋白功能。这种"精准打击"策略不同于传统杀菌方法的"广谱轰炸"，不仅效率更高，而且更具针对性，避免了过度加工对食品品质的破坏。研究结果从分子层面到实际应用形成了完整证据链，为开发新型食品杀菌技术提供了理论依据和技术支撑。

更重要的是，这项研究开创了等离子体活化技术与天然抗菌剂结合的新范式，为食品加工领域提供了"绿色、高效、安全"的杀菌解决方案。随着消费者对食品添加剂敏感度的提高和清洁标签需求的增长，这种基于物理改性而非化学添加的技术路径，符合现代食品工业的发展趋势，在肉类、水产、果蔬等各类食品保鲜领域都具有广阔的应用前景。该技术不仅适用于小龙虾产品，也可推广到其他轻加工食品的微生物安全控制，为保障食品安全、减少食品浪费提供了新的技术武器。