《International Journal of Food Microbiology》：Synergistic antibacterial effects of zinc oxide with cinnamaldehyde or carvacrol against
Brochothrix thermosphacta and their application in chicken breast preservation
编辑推荐：
•发现ZnO与肉桂醛（Cin）或百里香酚（Car）对具有协同效应。•ZnO、Cin和Car对细胞壁/膜的完整性造成了严重损伤。•确认了协同效应背后的不同代谢途径。•ZnO-Cin协同作用主要干扰了氨基酸和芳香族化合物代谢。•ZnO-Car协同处理显示出核苷酸代谢的显著改变。引
- •
发现ZnO与肉桂醛（Cin）或百里香酚（Car）对具有协同效应。
- •
ZnO、Cin和Car对细胞壁/膜的完整性造成了严重损伤。
- •
确认了协同效应背后的不同代谢途径。
- •
ZnO-Cin协同作用主要干扰了氨基酸和芳香族化合物代谢。
- •
ZnO-Car协同处理显示出核苷酸代谢的显著改变。
引言
微生物污染是导致肉类和肉制品质量下降和经济损失的主要原因之一。在冷藏肉类的主要腐败微生物中，Brochothrix thermosphacta（B. thermosphacta）尤为值得关注，因为它在肉类中广泛存在，并能在冷藏和改质气氛储存条件下生长（Casaburi等，2014；Illikoud等，2019）。在储存过程中，其增殖可导致异味、黏液及其他不良感官变化的产生，从而降低肉制品的接受度并缩短保质期（Yang等，2025）。此外，B. thermosphacta还能耐受多种环境胁迫，并在食品接触表面形成生物膜，使其能够在加工环境中持续存在并导致反复污染（Gaillac等，2024）。这些特性使得B. thermosphacta成为研究控制肉类微生物腐败的理想目标。传统化学防腐剂在防止腐败方面可有效发挥作用，然而其过度使用已引发关于健康风险和抗性发展的担忧（Tian等，2025；Zhang等，2021）。例如，过量使用合成食品防腐剂（如苯甲酸钠）会对消费者带来额外风险（Akanni等，2020；Olofinnade等，2021）。因此，探索天然、安全且有效的抗菌替代方案至关重要。此外，结合多种抗菌剂的系统可能是一种有效的替代方案，因为它们可以提高抗菌效果，同时降低每种成分所需的浓度。
ZnO纳米粒子（ZnO NPs）因其广谱抗菌活性而在食品保鲜领域备受关注（Stankic等，2016）。美国食品药品监督管理局（FDA）将其归类为"一般认为安全"（GRAS）物质（Rout和Pradhan，2024）。其抗菌作用与细胞包被的损伤、Zn2+的释放、活性氧物种的积累以及胞内代谢的干扰有关（Karuppan Perumal等，2025）。Mohamed等（2023）证明ZnO纳米粒子通过破坏细胞完整性有效地抑制了代表性的食源性病原菌。类似地，Liu等（2025）报道了ZnO纳米粒子通过膜损伤及随后腐败微生物群的减少，对Shewanella putrefaciens表现出强效抗菌效果。然而，ZnO纳米粒子对B. thermosphacta的抗菌活性及其潜在细胞反应仍缺乏充分了解。
肉桂醛（Cin）是肉桂精油的主要芳香成分，以其强效抗菌活性著称，并已被用于食品相关领域（Wu和Kong，2026）。它也被FDA归类为GRAS物质（Belete等，2025）。其抗菌作用主要与细胞壁和细胞质膜的破坏、蛋白质合成的抑制以及能量和氨基酸代谢的干扰有关（Cheng等，2023；Shu等，2024）。百里香酚（Car）是存在于百里香和牛至中的酚类化合物，同样表现出广谱抗菌和抗氧化活性（Mahata等，2025）。由于其疏水性，Car可分配到细胞质膜中，增加膜通透性，并促进胞内成分的泄漏（M?czka等，2023）。先前的研究表明，将Car与含ZnO的材料联合使用可以增强对Escherichia coli、Staphylococcus aureus和Aspergillus niger的抗菌活性（Zheng等，2024）。尽管ZnO纳米粒子、Cin和Car各自都表现出可观的抗菌潜力，但它们对B. thermosphacta的单独和联合效果尚未进行系统比较。此外，虽然大多数研究集中在生长抑制和膜损伤上，但ZnO-Cin和ZnO-Car协同作用背后的代谢机制仍不清楚。
因此，本研究探讨了ZnO纳米粒子、肉桂醛和百里香酚对B. thermosphacta的单独及联合抗菌效果。通过最低抑菌浓度测定和棋盘法测定抗菌活性及各抗菌剂之间的相互作用。通过细胞形态分析、膜完整性检测、胞内酶活性测定和活性氧物种检测来表征其抗菌机制。进一步进行非靶向代谢组学分析，以揭示代谢紊乱并阐明ZnO-Cin和ZnO-Car的协同机制，并在新鲜鸡胸肉上进一步验证抗菌效果。研究结果有望为开发有效的ZnO-植物化学物质抗菌系统提供机制基础，以控制肉制品中的腐败微生物。
各节摘要
试剂
ZnO纳米粒子（99.9%金属基，30 ± 10 nm，Mw = 81.39）、肉桂醛（Cin，98%，Mw = 132.16）、百里香酚（Car，99%，Mw = 150.22）、丁香酚（Eug，99%，Mw = 164.2）、百里酚（Thy，99%，Mw = 150.22）购自上海麦克林生化科技有限公司（中国上海）。结晶紫购自上海罗农试剂有限公司（中国上海）。荧光素二乙酸酯购自上海阿拉丁生化科技有限公司（中国上海）。胰蛋白胨大豆琼脂培养基
抑菌圈分析
纸片扩散法是一种简单有效的方法，含有抗菌剂的纸片周围透明区域的直径可直观反映其抑制活性（Barnard，2019）。如图1a所示，在相同浓度和用量下，Cin和Car产生的抑菌圈最大，表明它们具有广谱抗菌活性以及对B. thermosphacta的显著活性（Kuang等，2011；Nostro和Papalia，2012）。其
结论
本研究探讨了ZnO纳米粒子、肉桂醛和百里香酚对B. thermosphacta的抗菌活性。结果表明，单独使用各抗菌剂主要通过损伤膜、氧化应激或干扰特定代谢过程发挥抗菌作用，而ZnO-Cin和ZnO-Car组合则通过互补和放大效应表现出显著协同效果。代谢组学分析揭示，ZnO-Cin协同作用主要干扰了产物的产生
CRediT作者贡献声明
邓高李：撰写——原稿，方法论，数据整理。陈飞：项目管理。贾飞：撰写——审稿与编辑。文荣新：撰写——审稿与编辑，方法论。孙承凤：调查研究，资金获取。俞倩倩：撰写——审稿与编辑，项目管理，概念设计。
致谢
本研究得到了中国山东省重点研发计划（项目编号 2023TZXD039）的资助。
作者感谢上海百谱生物科技公司的代谢组学分析服务。
邓高李|陈飞|贾飞|文荣新|孙承凤|俞倩倩
