含丁子香酚的γ-环糊精金属-有机框架对肠球菌酪胺积累的影响及机制

《Food Bioscience》：Effects and mechanisms of eugenol-loaded γ-cyclodextrin metal–organic framework on tyramine accumulation by enterococci

　　

摘要

本研究旨在评估负载丁香酚的γ-环糊精金属有机框架（Eug@CD-MOF）对产生酪胺的粪肠球菌E9和屎肠球菌E17的抑制效果，并阐明其降低酪胺含量的作用机制。该材料是通过浸渍法制备的，研究人员对其结构、释放特性及稳定性进行了分析。此外，还研究了Eug@CD-MOF对这两种细菌的抗菌作用及降酪胺能力。通过逆转录定量聚合酶链反应检测了与酪氨酸脱羧相关的基因表达变化。研究结果表明，在最低抑菌浓度下，Eug@CD-MOF可使E9中的酪胺积累量减少92.05%，E17中的减少86.18%（p<0.05）。该材料不仅能抑制细菌生长并减少生物膜相关的生物量，还能破坏细胞完整性，导致细胞形态改变，同时增强与活性氧相关的荧光强度。此外，Eug@CD-MOF还能显著下调tyrDC和tyrP基因的表达（p<0.05）。总体而言，这些发现表明Eug@CD-MOF可通过抑制细菌生长以及阻止酪氨酸脱羧相关的转录作用，有效降低酪胺积累，为其在发酵食品中控制酪胺含量应用提供了依据。

引言

酪胺是一种在发酵食品及高蛋白食品中需重点关注的生物胺，过量摄入可能引发头痛、高血压、心悸等不良反应，尤其是对于单胺氧化酶活性较低或对生物胺敏感度较高的人群（EFSA生物危害评估小组，2011；Silla Santos，1996）。在食品体系中，酪胺主要由微生物的酪氨酸脱羧作用产生，其积累程度受前体物质含量、菌株组成、细菌生长情况、脱羧酶活性、pH值以及加工或储存条件的影响（Gao等人，2023；Gardini等人，2016；Linares等人，2012）。由于这些因素相互关联，仅通过降低整体微生物负荷难以有效控制酪胺含量。因此，更有效的策略应是抑制产酪胺细菌的生长，同时削弱其与酪氨酸脱羧相关的代谢活动。

粪肠球菌和屎肠球菌常见于发酵食品中，且具有活跃的酪氨酸脱羧系统（Bargossi、Gardini等人，2015；Park等人，2020）。在肠球菌中，酪胺的形成主要依赖于tyrDC介导的酪氨酸脱羧作用以及tyrP参与的酪氨酸与酪胺之间的转化，而tyrS和nhaC等基因则分别负责酪氨酰-tRNA的合成以及离子或pH值平衡功能（Bargossi、Tabanelli等人，2015；Connil等人，2002；Linares等人，2009；Perez等人，2015）。酪氨酸脱羧相关基因的转录以及产酪胺能力会随细胞外pH值和酪氨酸浓度的变化而改变，这使得酪胺积累与细菌生长及环境压力之间存在关联（Linares等人，2009；Perez等人，2015）。此外，不同来源的肠球菌具有不同的生物膜形成能力，包括从传统奶酪及其他食品中分离出的菌株（Serrano等人，2024；Wang等人，2024）。这种特性有助于细菌在食品相关环境中持续存在。因此，要有效控制酪胺含量，就需要同时关注产酪胺肠球菌的存活能力及其酪氨酸脱羧活性。

丁香油中的主要酚类成分丁香酚能够破坏细菌细胞膜的完整性，促使细胞内物质泄漏，同时还会增强与活性氧相关的荧光强度（Das等人，2016；Jeyakumar & Lawrence，2021）。它还能降低多种食品相关细菌的生物膜形成能力（Balasubramanian等人，2023）。不过，由于其易挥发、水溶性低，且在储存或长时间培养过程中稳定性较差，限制了其直接应用（Celebioglu等人，2018；El-Saber Batiha等人，2020）。

环糊精金属有机框架为天然活性物质的递送提供了新途径，因为它结合了有序的晶体结构、基于环糊精的主客体相互作用以及物质装载能力（Forgan等人，2012；Smaldone等人，2010）。基于CD-MOF的系统已被用于包封多酚类物质及天然抗菌剂，从而改善其在各类食品应用中的释放性能、储存稳定性或生物活性（Jiang等人，2022；Shen等人，2022）。近期研究还将这一技术应用于挥发性化合物及精油衍生的活性物质，包括丁香油和负载丁香酚的γ-环糊精MOF体系（Cai等人，2024；Wang等人，2023）。尽管CD-MOF已被用于包封丁香酚和精油，但能否通过持续释放丁香酚来有效控制产酪胺肠球菌，并影响tyrDC和tyrP基因的转录，目前仍不清楚。与以往主要研究载体性能或一般抗菌活性的丁香酚负载CD-MOF研究不同，本研究将载体递送性能与食品相关肠球菌的酪胺积累以及tyrDC/tyrP基因转录情况联系了起来。

本研究将丁香酚嵌入γ-CD-MOF中，旨在探究载体介导的递送方式是否能提高丁香酚的保留效率，并保持其对产酪胺肠球菌的抑制作用。随后，研究人员对所制备的Eug@CD-MOF的结构、装载性能、释放特性及稳定性进行了分析。接着，在粪肠球菌E9和屎肠球菌E17中测试了该材料对细菌生长、生物膜相关生物量以及酪胺积累的影响。为了解释细菌的反应，研究人员检测了细胞膜完整性的变化、与活性氧相关的荧光强度以及酪氨酸脱羧相关基因的转录情况，同时还通过分子对接技术分析了丁香酚与TyrDC之间的潜在相互作用。通过将载体性能与抗菌作用及酪胺控制效果相结合，本研究为开发更为有效的丁香酚递送策略以对抗产酪胺肠球菌提供了理论基础。

章节节选

材料、试剂及细菌菌株

本研究使用的主要化学物质包括浓度为99%、CAS编号为97-53-0的丁香酚，浓度为98%、CAS编号为17465-86-0的γ-环糊精，以及聚乙二醇20,000（CAS编号为25322-68-3），这些物质均购自中国上海的上海麦克林生化有限公司。氢氧化钾由中国天津的天津志远化学试剂有限公司提供，甲醇和无水乙醇则来自天津华宇精细化工有限公司。脑心浸液培养基则从

Eug@CD-MOF的结构特征与热行为

扫描电子显微镜观察显示，γ-环糊精、γ-CD-MOF以及Eug@CD-MOF在形态上存在明显差异（图1A–C）。天然的γ-环糊精呈现为表面粗糙的不规则块状或片状结构，而γ-CD-MOF则主要为边缘清晰的立方体晶体。这种形态特征与K+离子促使γ-环糊精组装成有序框架的结构一致（Forgan等人，2012；Smaldone等人，2010）。在负载丁香酚后，这些颗粒基本保持了立方体形状，不过出现了轻微的聚集现象，且

结论

通过浸渍法制备的Eug@CD-MOF不仅能够有效提高丁香酚的保留率，还能延缓其释放速度。该材料具备抑制产酪胺肠球菌生长的能力，同时可减少生物膜相关的生物量，并显著降低酪胺的积累水平。细胞对PI的吸收增加、细胞内物质泄漏以及细胞形态变形等现象表明细胞膜完整性已受到损害。而增强的与活性氧相关的荧光强度则进一步提示存在氧化应激反应

CRediT作者贡献说明

黄颖：数据整理、正式分析、实验研究、方法设计、初稿撰写、论文修订。 陆世玲：研究构思、资金筹集、方法设计、项目指导。

利益冲突声明

作者声明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

本研究得到了北屯经济技术开发区“发酵肉制品质量提升”团队人才引进与培养项目、新疆生产建设兵团重点科技计划（项目编号为2025AB011）以及中国国家自然科学基金（项目编号为32560610）的支持。

黄颖|陆世玲

中国新疆石河子大学食品科学学院肉类加工与质量控制实验室