《Food Research International》：Oxidative mechanism of dielectric barrier discharge plasma on
Bacillus cereus biofilm and its impact on the quality of dried cantaloupe
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•DBD在180 s内将B. cereus生物膜减少了6.27 log CFU/g。•DBD诱导生物膜细胞内产生氧化应激。•RONS诱导的脂质过氧化降解了结构脂质和信号脂质。•DBD可灭活哈密瓜干生产过程中形成的生物膜。引言蜡样芽孢杆菌（B. cereus）是一种常见的食源性
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DBD在180 s内将B. cereus生物膜减少了6.27 log CFU/g。
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DBD诱导生物膜细胞内产生氧化应激。
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RONS诱导的脂质过氧化降解了结构脂质和信号脂质。
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DBD可灭活哈密瓜干生产过程中形成的生物膜。
引言
蜡样芽孢杆菌（B. cereus）是一种常见的食源性病原体，可产生呕吐毒素和腹泻毒素。它是一种革兰氏阳性、兼性厌氧、产孢细菌（Modugno等，2019）。据报道，B. cereus是第二大食源性疾病致病菌。2022年奥地利曾报告一例急性肝衰竭病例，由Schreiber等（2021）记录。患者食用的油炸饭团中检测到B. cereus，数量为6.9 log CFU/g。由B. cereus引起的食源性疾病通常表现为腹痛、腹泻、恶心和呕吐（Han等，2024）。B. cereus可黏附于各种表面并形成生物膜（Fei等，2021）。生物膜是由微生物及其胞外聚合物（EPS）组成的结构化群落，黏附于生物或非生物表面。B. cereus生物膜对碱性、干燥和高温等恶劣环境具有强耐受性。常规的消毒和清洁程序无法去除这些生物膜，从而增强了B. cereus的存活能力（Navaneethan & Effarizah，2021）。Byun等（2024）从鲜切生菜生产链中分离出131株B. cereus生物膜形成菌株。研究发现，这些菌株能在30 °C下形成强黏附性生物膜，表明生物膜细胞与基底之间具有较强的黏附力。Abdelaziz等（2024）证实了B. cereus在各种食品中的高污染率，揭示了其菌株的高遗传多样性及广泛的多药耐药性，强调了其对食品安全和公共卫生的严重威胁。常见的食品灭菌热处理方法包括巴氏杀菌、超高温灭菌（UHT）和高温短时灭菌（HTST）。然而，这类高温处理会破坏食品中的热敏性营养素，产生不良的"蒸煮味"，并导致色泽和风味劣变。此外，化学灭菌剂的使用也引发了关于残留物的担忧，这与现代消费者对"绿色"和天然食品的偏好相冲突。因此，开发新型非热方法来靶向去除食品接触表面和食品基质上的生物膜，同时保持产品质量，是刻不容缓的任务。
等离子体被认为是物质的第四态，含有自由电子、离子、紫外光子和激发原子的混合物（Alaguthevar等，2024）。非热加工技术引起了广泛的研究兴趣，其中介质阻挡放电等离子体（DBD）被认为是最有前景的技术之一。其放电系统主要由气体混合室、等离子体发生室和气体循环模块组成。放电间隙采用熔融石英、氧化铝、云母和陶瓷等介质材料进行隔离。放电系统中有两个金属电极（一个为通电电极，一个为接地电极）。当电压足够高时，气体被电离并产生放电。在放电过程中，等离子体产生大量活性氧和活性氮物种（RONS），这是其灭菌效果的主要来源。DBD等离子体能在常温常压下在大面积区域稳定产生等离子体。此外，该技术能以较低能耗快速高效地对食品表面进行灭菌，具有成本效益优势（Nasiru等，2021）。目前，DBD等离子体已应用于多种食品基质中的微生物灭活，包括生鲜产品、干制品和液体。Wei等（2024）利用DBD等离子体处理干椰枣表面，以消除黑曲霉孢子。在70 kV下暴露15 min后，孢子数量减少了4.87至2.67 log CFU/g。孢子膜完整性受损，导致胞内物质释放。Cheng等（2023）利用DBD等离子体（80 kV，60 s）处理枸杞表面，使真菌和细菌数量分别减少了1.02和0.69 log CFU/g。此外，在枸杞储存期间，Cladosporium、Filobasidium、Aureobasidium和Rhizopus的相对丰度显著降低，从而延长了保质期。Czapka等（2018）利用DBD处理金黄色葡萄球菌生物膜。随着处理时间的延长，细菌数量减少了2.77 log CFU/mL。Jia等（2026）采用600 W的CP处理220 s，使单核细胞增生李斯特菌生物膜数量减少了2.50 log CFU/cm2。等离子体灭菌机制的复杂性主要源于其强氧化性活性物种对生物膜基质及膜内关键生物大分子施加的非特异性氧化攻击。该过程具有双重效应，包括破坏物理屏障和抑制生化代谢。
哈密瓜属于甜瓜属（Cucumis）（葫芦科），是中国新疆重要的原生经济作物。这种水果以其独特的香甜、脆爽和清新的口感而闻名。它营养丰富，香气浓郁，被誉为"中国第一哈密瓜"，深受消费者喜爱（Aierken等，2011）。哈密瓜含有多种生物活性化合物，包括黄酮类化合物、酚类化合物、抗坏血酸、β-胡萝卜素和矿物质（Sun等，2024）。它具有助消化、利尿和驱虫等健康功效（Xu等，2024）。鲜哈密瓜因含水量高而易腐烂，这限制了其保质期，并在运输过程中容易受到机械损伤。由于需要在保持营养价值的前提下延长保质期，对哈密瓜干产品的需求正在增加。初步研究发现，B. cereus是自产哈密瓜干中主要的腐败菌之一（图S1）。Yoon等（2025）从多种生鲜农产品中分离出48株B. cereus，包括黄瓜、长叶生菜、番茄和芝麻叶等，其中16株被鉴定为强生物膜阳性菌株。Ghourchian等（2018）对德黑兰140份干蔬菜样本的调查揭示了31.4%的污染率。在一项涵盖250种食品（包括谷物、乳制品、干蔬菜、草药和香料）的更广泛研究中，90.4%（226/250）的样本对推定B. cereus呈阳性。值得注意的是，77%的分离菌株在4 °C下可生长，23.2%的菌株携带呕吐毒素基因（Jovanovic等，2022）。Liu、Sun等（2023）发现，利用APPJ处理黑胡椒表面20 min后，B. cereus孢子数量减少了超过2 log CFU/g。据Shirani等（2020）报道，利用CP处理杏仁20 min可使总菌数减少2.95 log CFU/g，霉菌和酵母菌减少1.81 log CFU/g，金黄色葡萄球菌减少2.72 log CFU/g，表明等离子体技术对干果蔬产品上的微生物有效。除灭菌效果外，等离子体处理还对食品质量特性产生积极影响。Liu等（2025）发现，DBD等离子体处理鲜切芒果能显著降低褐变程度和微生物生长。在胡萝卜、萝卜、无花果和干桃等产品中，延长CP处理时间对大肠杆菌O157:H7、屎肠球菌和黑曲霉表现出显著的杀菌协同效应（Yarabbi等，2023）。因此，有必要进一步明确DBD预处理是否能在保持干哈密瓜食用质量的同时有效消除其表面的B. cereus。
本研究包括两部分。第一部分考察了DBD诱导B. cereus生物膜损伤的机制，通过评估细胞氧化损伤的生物标志物和脂质种类的变化，阐明DBD胁迫下B. cereus的氧化损伤过程。第二部分通过分析色泽、水分含量、褐变指数、抗氧化化合物和主要挥发性化合物来评估DBD处理对自然干燥哈密瓜片质量的影响。本研究旨在阐明等离子体如何诱导B. cereus生物膜的氧化损伤，并探索其在干果蔬产品中的潜在应用。
章节摘要
B. cereus菌株制备与生物膜形成
B. cereus（ATCC 10987，青岛海博生物技术有限公司）以甘油冻存方式保存。将冻存菌液活化后，在50 mL BHI培养基中于30 °C、180 rpm条件下培养12 h（HZQ-F160A，上海一恒科学仪器有限公司），获得108-109 CFU/mL的初始菌液。将该菌液加入含4.9 mL无菌LB培养基的12孔细胞培养板中，并将载玻片（18 × 18 mm）竖直放置于
主要RONS组分
在等离子体灭菌机制中，ROS和RNS被认为起主导作用，臭氧、过氧化物、羟基自由基、亚硝酸盐和二氧化氮是空气等离子体中常见的实例（Anuntagool等，2023）。臭氧被认为是一种长寿活性物种，是空气等离子体中产生的主要抗菌剂。如图3A所示，随着处理时间的延长，琼脂的深蓝色逐渐褪色，表明臭氧逐渐积累并
结论
本研究探索了DBD等离子体诱导B. cereus生物膜氧化损伤的机制，并评估了其对干哈密瓜质量的影响。结果表明，DBD处理破坏了细胞结构并诱导了胞内氧化应激。此外，DBD等离子体处理显著改变了B. cereus的脂质代谢特征，导致膜脂质GP和GL的丰度降低。质量评估表明，2 min的DBD处理能有效
CRediT作者贡献声明
吴晓兰：撰写–初稿、软件、正式分析、数据整理。赵宏图：可视化、方法论、数据整理。王少琦：软件、方法论。杜刘春：方法论。冯卓山：监督、资源支持。王护胡：监督、资源支持。刘雅娜：撰写–审阅与编辑、项目管理、经费获取。
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的可能影响本论文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究由国家自然科学基金委员会（编号：32460617）和新疆特色果蔬绿色低碳加工技术体系创新团队（编号：2023TSYCTD0005）资助。
吴晓兰|赵宏图|王少琦|杜刘春|冯卓山|王护胡|刘雅娜
