一种光诱导抗菌类淀粉样蛋白涂层用于减少食源性病原体交叉污染

《Food Research International》：A photoinduced antimicrobial amyloid-like protein coating for reducing foodborne pathogen cross-contamination

　　

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  开发了一种基于淀粉样样蛋白的光活性涂层用于食品接触不锈钢表面，获得PAP-SS。
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  PAP-SS在UVA和D65驱动下表现出对食源性病原体的高效光动力灭活效果。
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  PAP-SS有效减少了真实食品表面的细菌交叉污染。

引言

食源性病原体污染对公共卫生构成重大威胁。根据世界卫生组织（WHO）的数据，食用受污染食品每年导致约6亿例食源性疾病和42万人死亡，其中细菌性病原体约占疾病的60%和死亡的65%（DeFlorio等，2021；世界卫生组织，2015）。受污染的食品接触表面是食品生产链多个阶段中病原体传播的关键载体（Kusumaningrum等，2003）。因此，为典型的食品接触表面赋予强大的抗菌性能可能是一种减轻交叉污染风险并确保食品安全的有前景的策略。

304不锈钢（SS）是最广泛使用的食品接触材料之一（Rossi等，2024）。已有大量研究致力于赋予不锈钢表面抗菌功能。例如，在冶金加工过程中将铜和银掺入不锈钢中，可以通过持续但缓慢释放Cu⁺/Cu²⁺和Ag⁺离子来提供抗菌活性（Yang等，2026；Zhao等，2022）。或者，可通过化学蚀刻将活性羟基（OH）引入不锈钢表面，从而实现抗菌剂（如壳聚糖和离子液体）的共价固定（Awad等，2018；Ko等，2012；Pang等，2015）。这些表面结合的抗菌剂直接与细菌细胞相互作用，从而赋予快速高效的抗菌活性。然而，由于活性抗菌基团的不可逆化学消耗，其抗菌效率逐渐降低，限制了针对病原体的长期表面保护（Li, Ru等，2025；Li, Zhou等，2025）。

光动力灭活（PDI）是一种新兴的持续抗菌策略，依赖于光敏剂在特定波长照射下持续产生生物杀灭性活性氧（ROS）（Wang等，2021；Zhang等，2019）。水溶性维生素K₃衍生物甲萘醌亚硫酸氢钠（MSB）在低能量光照射（如UVA和可见光）下表现出有前景的抗菌活性（Sheng等，2020；Zhang等，2021）。然而，由于缺乏化学反应活性官能团，MSB难以直接共价接枝到不锈钢表面。受贻贝启发的化合物（如聚多巴胺和单宁酸）具有优异的界面粘附性，能够实现抗菌剂在材料表面的多样固定，从而实现抗菌表面功能化（Wang & Liu，2024；Xie等，2024）。然而，将光敏剂与这些粘合化合物结合可能会因后者颜色深而引入光竞争，从而降低光敏剂的激发效率并损害PDI性能（Li等，2024；Lin等，2016）。

淀粉样样蛋白因其普遍的界面粘附特性而受到广泛关注（Hu等，2020）。与通常导致纤维形成的经典淀粉样蛋白组装不同，淀粉样样蛋白在气/水界面和固/液界面组装成具有短程有序交叉β-折叠结构的大规模二维（2D）薄膜（Liu等，2021）。淀粉样样蛋白薄膜通常暴露出丰富的官能团，包括SH、OH、NH₂、COOH、芳环和烷基，以及固有的纳米级表面粗糙度（Gu等，2018）。这些特征共同为金属-S配位、氢键、静电作用和疏水作用与各种底物的结合提供了多个位点，从而在界面形成牢固稳定的蛋白质涂层（Han等，2023）。结合其固有的透明性和生物安全性，淀粉样样蛋白被认为是固定光敏剂以在不锈钢表面构建持续抗菌功能层的有前景的平台（Feng等，2025）。

在此，本工作提出了一种新设计策略，将MSB介导的光动力活性与BSA界面诱导的淀粉样样组装相结合，在食品级304不锈钢表面构建耐用的光活性涂层，实现食品安全应用的持久抗菌性能。所得的不锈钢上的光活性淀粉样样蛋白层（简称PAP-SS）具有涂层粘附性好、生物相容性良好、热稳定性增强和亲水性等优点。此外，PAP-SS在UVA和模拟日光（D65）照射下持续产生生物杀灭性ROS，其中羟基自由基（OH•）对杀菌效果贡献最大。凭借高光诱导抗菌效率（>99.9999%）和可再生的抗菌活性，PAP-SS有效减少了真实食品产品中病原菌的交叉污染。

章节摘要

材料

牛血清白蛋白（BSA）、邻苯二甲酸氢钾、四水合钼酸铵、Luria-Bertani（LB）肉汤、LB琼脂、胰蛋白大豆肉汤和胰蛋白大豆琼脂（TSA）购自上海胡仕化学试剂与分析仪器公司。三（2-羧乙基）磷酰氢氯化物（TCEP）购自北京沃凯生物技术有限公司。甲萘醌亚硫酸氢钠（MSB）、戊二醛（GA）和硫黄素T（ThT）购自上海阿达玛斯试剂有限公司。

形态与结构表征

如图1a所示，BSA的淀粉样样聚集由TCEP引发，TCEP特异性地展开蛋白质中的SS键（Diaz & Missirlis，2023）。展开的BSA发生结构去稳定和错误折叠，伴随从天然α-螺旋向β-折叠的转变，形成淀粉样样结构（Liu等，2021）。这些中间体随后自组装成寡聚纳米颗粒并在固-液界面聚集，产生淀粉样样蛋白

结论

在本工作中，我们将光敏剂MSB与经历界面诱导淀粉样样组装的BSA蛋白相结合，在本质上化学惰性的不锈钢底物上制备了光活性淀粉样样蛋白（PAP）层。在D65照射下，所得PAP-SS持续高效地产生多种活性氧，其中OH•、H₂O₂和¹O₂的产生速率分别为4.2 μg/cm²/h、5.3 μg/cm²/h和4.8 μg/cm²/h。这种强大的ROS产生能力使PAP-SS

CRediT作者贡献声明

郑昊：撰写——初稿、方法学、调查研究、数据整理、概念构思。田秋萍：可视化、方法学、调查研究、数据整理。查理·李：可视化、数据整理、概念构思。王祥：方法学、调查研究、数据整理。李卓司：可视化、资金获取、数据整理。董青丽：指导、数据整理。马越：撰写——审阅与编辑、指导、资金获取、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能会影响本文报告的工作。

致谢

本工作得到以下项目的资金支持：上海市农业科技创新计划（T2025307）；国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点项目（项目编号：2024YFE0102600）；国家自然科学基金委员会（32202205）。

郑昊|田秋萍|查理·李|王祥|李卓司|董青丽|马越