介质阻挡放电冷等离子体对黄曲霉孢子的灭活：动力学、生理特性及蛋白质组分析

《Food Research International》：Inactivation of Aspergillus flavus spores by dielectric barrier discharge cold plasma: Kinetics, physiological properties and proteomic analysis

　　

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  根据威布尔+尾部模型，DBD-CP能够有效灭活黄曲霉孢子。
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  DBD-CP可破坏细胞的细胞壁和膜结构完整性。
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  DBD-CP会扰乱细胞内的氧化还原平衡，进而破坏细胞中的生物大分子蛋白质。
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  蛋白质组学分析揭示了黄曲霉孢子对DBD-CP的应激反应机制。

引言

黄曲霉通过无性孢子传播，在环境中广泛存在，极易污染食品及其原料。由于其致病性以及能产生剧毒的次级代谢产物黄曲霉素，会对人类和动物的健康构成威胁（Qiu等，2023）。这种有害真菌是引发曲霉病的第二大病原体，会导致癌症、呼吸道感染以及免疫力下降（Pan等，2023）。此外，先前的研究也表明，黄曲霉素的含量与黄曲霉的生长情况高度相关（Zhao等，2024）。因此，控制真菌比控制黄曲霉素更为有效且安全。为减少黄曲霉污染，人们已经研究了多种方法，主要包括化学杀菌剂、微生物、辐照和热处理等（Marshall等，2020；Pan等，2023；Sharma等，2021）。不过，这些方法大多存在一些缺陷，比如会留下化学残留、易产生抗性菌株，且效果和实用性较差（Wang等，2022；Zhao等，2023）。所以，亟需开发更多创新的去污技术，以有效灭活食品和环境中的黄曲霉。

作为一项新兴的消毒技术，冷等离子体因其高效、低成本、环保以及对食品质量影响小等优点，受到了人们在微生物灭活领域的极大关注（Cheng等，2020；Zhao等，2023）。有研究表明，冷等离子体能够有效灭活单核细胞增生李斯特菌、金黄色葡萄球菌、禾谷镰刀菌和酿酒酵母等微生物（Qian等，2022；Sheng等，2023；Wang等，2022；Xu等，2021）。在冷等离子体处理过程中，会产生多种活性氧和氮物种，这些物质通常被认为是导致微生物灭活的主要原因（Zhao等，2023）。这类活性物质会促使细胞内活性氧积累，进而损害DNA和蛋白质等细胞内物质（Zou & Cheng，2024）。蛋白质作为细胞内各种生理过程的必需成分，对于维持细胞的正常生理功能至关重要（Wang等，2023）。然而，目前大多数研究主要聚焦于不同活性氧氮物种、细胞形态损伤以及细胞死亡机制在冷等离子体灭活真菌过程中的作用（Wang等，2022；Xu等，2020），关于冷等离子体产生的活性物质如何影响细胞蛋白质的研究则相对较少。

此外，当真菌面临氧化压力时，它们通常会启动多种应对机制来抵抗细胞被灭活。高渗透压甘油途径作为一种信号转导途径，在应对外部氧化应激中起着关键作用（Xia等，2024）。当细胞内的生物大分子受到损伤时，用于维持细胞稳态的防御系统也会被激活，比如SOS修复系统和泛素-蛋白酶体系统，这两个系统对于抵抗细胞灭活非常重要（Cheng等，2020；Papaevgeniou & Chondrogianni，2014）。蛋白质组学分析是一种有效的工具，可用于揭示微生物对环境压力的响应机制（Li等，2020）。Hu等通过蛋白质组学分析发现，破坏抗氧化防御机制和糖酵解途径可能是紫苏精油具有抗真菌作用的主要原因（Hu等，2022）。不过，此前关于冷等离子体灭活真菌的研究大多只关注表型变化，缺乏系统的蛋白质组学分析，无法全面了解真菌在面对冷等离子体应力时的整体分子调控网络（Molina-Hernandez等，2022；Xu等，2020）。因此，通过蛋白质组学分析深入研究真菌的应激反应，对于进一步阐明冷等离子体的灭活机制具有重要意义。

在本研究中，研究人员采用了介质阻挡放电冷等离子体系统，系统地研究了该技术对黄曲霉孢子的灭活效果及机制。研究目标包括：（a）利用动力学模型评估DBD-CP对黄曲霉孢子的灭活效果；（b）通过分析细胞壁和膜的结构损伤、细胞氧化还原平衡以及细胞蛋白质的损伤情况，从细胞层面探究DBD-CP的灭活机制；（c）通过蛋白质组学分析，从分子层面深入研究DBD-CP对黄曲霉孢子的响应机制。本研究通过生理学和分子生物学分析，全面探讨了DBD-CP对黄曲霉孢子的灭活机制，为在食品和环境领域应用DBD-CP进行黄曲霉去污提供了理论依据。

章节摘要

DBD-CP系统与处理条件

图1A展示了所使用的DBD-CP系统（来自中国Corona Lab）。简而言之，该系统主要由两个电极、一个电压调节器以及一个高频交流电源组成。电极表面覆盖有石英材料，用以形成介质阻挡层。在本研究中，DBD-CP的放电功率分别为10、20、40和80瓦特，处理时间分别为5、10、20和40秒。

真菌样本的制备与微生物学分析

本研究所使用的黄曲霉（CGMCC 3.6304）菌株在28摄氏度下培养了7天，之后

DBD-CP产生的活性物种特征

图1B显示了不同放电功率（10–80瓦特）下等离子体中激发活性物种的峰值强度变化情况。研究结果表明，放电功率与激发活性物种的强度呈正相关。光谱中以氮第二正离子谱系（N₂ (C–B)，波长包括315、336、353、357、370、375、380、394、399和405纳米）、氮第一负离子谱系（N₂⁺ (B-X)，波长包括391和426纳米）以及氮第一正离子谱系（N₂ (B-A)）为主

结论

本研究探讨了DBD-CP对黄曲霉孢子的灭活效果及机制。由于DBD-CP系统在空气中工作，会在气相中产生多种活性氧氮物种，这些物种能够根据威布尔+尾部模型有效灭活黄曲霉孢子。研究人员进一步通过结合生理学检测结果和蛋白质组学分析，研究了DBD-CP灭活黄曲霉孢子的机制。研究结果表明，DBD-CP能够破坏细胞的细胞壁和膜结构

作者贡献说明

赵璐玲：负责原文撰写——初稿撰写、方法设计、实验开展以及数据整理工作。盛晓伟：负责原文撰写——审阅与编辑工作，以及方法设计工作。严文静：负责方法设计工作。张浩：负责研究指导工作。张建豪：负责资金筹集工作。钱静：负责方法设计工作。王锦：负责原文撰写——审阅与编辑工作。

利益冲突声明

所有作者声明自己不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益关系或个人关系。

致谢

本研究得到了以下机构的支持：江西省自然科学基金（编号：20262BAC200048）、南昌师范学院2026年度科研项目（编号：26XJZR06）、南昌师范学院博士科研启动基金（编号：NSBSJJ2025051）、中国博士后科学基金（编号：GZC20251967）、江苏省优秀博士后人才资助计划（编号：2025ZB833）、广东省重点研发计划（编号：2023B0202020002）以及南昌师范学院的其它支持。

Luling Zhao|Xiaowei Sheng|Wenjing Yan|Hao Zhang|Jianhao Zhang|Jing Qian|Jin Wang