在经过超声波辅助温和热处理并添加营养物质的煮熟鸡肉中，产气荚膜梭菌超休眠孢子的生长动态

《Ultrasonics Sonochemistry》：Growth dynamics of Clostridium perfringens superdormant spores in cooked ground chicken by ultrasound-assisted mild heat treatment with nutrient

产气荚膜梭菌（C. perfringens）通过热休克（75℃/20min）、超声波辅助热处理（55℃/20W/mL/60min）及营养刺激（50mM AK）协同作用，显著提升孢子发芽效率（≈3.8 log?? CFU/mL），但仍有部分超级休眠孢子（SD，≈3.2 log?? CFU/mL）存活。流式细胞术和相差显微镜证实SD孢子存在亚群分化，其生长动力学通过Gompertz模型和平方根模型精准描述，显示μ_max降低17%-51%且延滞期延长，使鸡肉制品保质期延长34%-72%。研究验证了超声波与营养协同刺激的增效机制及SD孢子风险评估模型。

　　这项研究围绕着一种新的策略，旨在通过温和加热、超声波处理以及营养刺激相结合的方式，提高**肉毒梭菌**（*Clostridium perfringens*）孢子的萌发效率并实现其有效灭活。研究中发现，通过特定的处理条件，大多数孢子能够在萌发后被灭活，但仍有一部分“超眠”（superdormant, SD）孢子未被完全消灭。这些SD孢子虽然数量较少，但它们在特定条件下仍具有生长潜力，这为食品安全带来了潜在风险。研究通过流式细胞术和相差显微镜观察到孢子群体的异质性，并进一步识别出SD孢子的特性，从而为优化控制策略提供了重要依据。

**肉毒梭菌**是一种常见的致病菌，主要存在于烹饪后的肉类制品中，是引发食物中毒的重要病原体之一。其孢子具有极强的耐热性，通常需要在高温下才能被有效灭活。然而，孢子的耐热性也使得其在食品加工过程中成为难以控制的隐患。因此，研究如何在不破坏食品品质的前提下，提高孢子的萌发率并实现有效灭活，成为食品安全领域的重要课题。

本研究提出了一种新的方法，即通过**超声波辅助温和加热与营养刺激相结合**的方式，来促进孢子的萌发并随后进行灭活。实验结果显示，当孢子首先在75℃下进行热休克（heat shock, HS）处理20分钟，随后在55℃、20 W/mL的条件下进行温和热超声波处理（mild heat ultrasound, mHT-US），最后在80℃下进行高温灭活（heat treatment, HT）时，能够显著提高孢子的萌发效率。具体而言，在最优处理条件下，大约3.8 log₁₀ CFU/mL的孢子被成功萌发并灭活，但仍有约3.2 log₁₀ CFU/mL的SD孢子存活下来。这一发现表明，虽然该处理方式在一定程度上提高了孢子的萌发效率，但仍存在一定的局限性，需要进一步优化以实现更高的灭活率。

为了更深入地了解这些SD孢子的特性，研究还采用了流式细胞术对孢子群体进行分析。结果显示，孢子在不同处理阶段表现出明显的异质性，分为四个不同的亚群：R1（SD孢子）、R2（完全萌发的孢子）、R3（中间状态的孢子）和R4（膜损伤或灭活的孢子）。其中，R1孢子在处理后仍然保持较高的存活率，这表明它们具有更强的耐受性和较低的代谢活性。这种异质性不仅影响孢子的萌发效率，还可能影响其在不同温度条件下的生长行为。例如，SD孢子在生长过程中表现出较低的最大比生长速率（μ_max）和较长的滞后期（λ），这意味着它们在特定温度条件下需要更长的时间才能开始繁殖。

进一步的实验分析表明，SD孢子的生长曲线可以被**修正的Gompertz模型**（modified Gompertz model, GOM）和**平方根模型**（square-root model）准确描述。其中，平方根模型在预测SD孢子的生长行为方面表现更优，尤其是在较低温度条件下，其拟合度（R²）和误差（RMSE）均优于指数模型。这一结果为食品工业中对孢子生长的预测提供了可靠的模型支持，有助于制定更精确的食品安全控制措施。

此外，研究还探讨了SD孢子在不同温度下的生长特性。例如，在20℃、25℃、30℃、36℃和45℃条件下，SD孢子的生长速率和滞后期均显著低于正常孢子（D spores）。特别是在45℃的条件下，SD孢子的估计货架期（shelf-life）达到4.38小时，接近美国农业部食品安全与检验服务局（USDA-FSIS）规定的控制标准（≤1 log₁₀ CFU/g）。这表明，即使SD孢子的代谢活性较低，它们仍然可能在不当的温度控制下达到危险水平，从而引发食品安全问题。

为了减少这种风险，研究提出了一系列有效的控制策略。例如，快速冷却技术（如真空冷却与臭氧再加压）可以有效抑制孢子的繁殖，使其数量保持在安全范围内。此外，使用清洁标签酸化剂（如柠檬酸）可以在不破坏食品原有品质的前提下，延长冷却时间，从而进一步降低SD孢子的生长风险。这些方法为食品工业提供了新的思路，有助于在不使用传统高温灭菌方式的情况下，实现对孢子的有效控制。

值得注意的是，研究还发现，SD孢子的萌发和生长行为受到多种因素的影响，包括温度、营养刺激以及超声波处理的强度和时间。例如，在HS和mHT-US的协同作用下，孢子的萌发过程被显著加速，而超声波处理则可能通过破坏孢子膜结构，促进营养物质的渗透。然而，某些孢子仍然能够抵抗这些处理，表现出更高的耐热性和耐压性。这种现象可能是由于孢子内部结构的差异，或者某些孢子具有更强的生理适应能力，使得它们在处理后仍能维持一定的生存能力。

在实际应用中，这种“萌发-灭活”策略的优势在于其对食品质量的保护。相比于传统的高温灭菌方法，该策略能够更温和地处理食品，从而减少对营养成分和感官特性的破坏。此外，通过在萌发阶段引入营养刺激，可以更有效地激活孢子，使其在后续的高温处理中更容易被灭活。这种策略不仅提高了孢子的萌发效率，还为食品加工过程中微生物的控制提供了新的方向。

然而，该策略仍存在一些挑战。例如，SD孢子的存在可能会导致食品在储存过程中出现不可预测的微生物增长，尤其是在温度控制不当的情况下。因此，研究建议在食品加工和储存过程中，应结合多种控制手段，如快速冷却、物理屏障和化学抑制剂，以确保孢子不会在食品中形成威胁。同时，建立更加精确的预测模型，有助于在不同储存条件下评估孢子的生长风险，从而制定更科学的控制方案。

总的来说，这项研究通过整合温和加热、超声波处理和营养刺激，为控制肉毒梭菌孢子提供了一种新的策略。研究不仅揭示了SD孢子的特性，还通过数学模型对其生长行为进行了量化分析，为食品安全管理提供了理论依据和技术支持。未来的研究可以进一步探索不同处理条件对孢子的影响，以及如何在实际食品生产中优化这些条件，以达到最佳的孢子控制效果。此外，研究还可以拓展到其他致病菌的孢子控制，为食品工业提供更全面的解决方案。