细菌-微塑料互作影响食品工业常规消毒方法消毒效率

《Frontiers in Nutrition》：Bacterial-microplastic interaction can affect disinfection efficiency of methods routinely used in the food industry

　　

过去十年中，环境中微塑料（microplastics, MNPs）的高丰度及其潜在危害日益成为研究热点。迄今微塑料研究主要集中于水体系、污水与土壤，其被描述为微生物生长与传播的附加界面及载体。研究人员假设，微塑料通过影响常规消毒效果，在临床或食品生产环境中辅助细菌存活。为验证该假设，研究人员将两种典型食源性病原体——单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）与大肠埃希菌（Escherichia coli）——置于微塑料存在下，分别暴露于物理（热处理与紫外（ultraviolet, UV）辐射）与化学（乳酸与苯扎氯铵（benzalkonium chloride））消毒方法。设置两组实验并与对照组比较：一组为与微塑料共孵育过夜的细菌，另一组为消毒前短暂混合微塑料的细菌。研究涵盖两类不同尺寸微塑料：1–5 μm热固性氨基甲醛聚合物（thermoset amino-formaldehyde polymer, TAFP）与425–500 μm聚乙烯（polyethylene, PE）。消毒效率以暴露于物理与化学消毒剂10、30或60 min及UV 60 min后细菌计数的log10减少值判定。结果表明，微塑料虽不屏蔽细菌抵御热冲击，但可在苯扎氯铵存在及UV照射下支持其存活。具体而言，TAFP似通过吸收或反应抵消苯扎氯铵效应；而两类微塑料均似形成物理屏障抵御UV。该研究指出评估消毒方法效率时须将微塑料纳入考量。

研究背景与立项依据

过去数十年，微塑料（micro- and nanoplastics, MNPs）在自然环境与城市系统中持续累积，已成为食品生产链条中不可忽视的新兴污染物。现有文献多聚焦MNPs在水处理、污水与土壤中的分布，及其作为病原微生物附着界面（“plastisphere”塑料圈）和传输载体的角色。然而，在食品工业与临床场景的常规表面消毒环节，MNPs是否干扰热力、化学与紫外（UV）等消毒手段的杀灭效率，尚缺乏直接实验证据。考虑到食品加工机械磨损、包装材料脱落及空气沉降均可使PE、PP、PET等聚合物微粒进入产线，若MNPs通过吸附消毒剂或屏蔽辐射降低消毒效力，将削弱HACCP体系对食源性病原体如单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）与大肠埃希菌（Escherichia coli）的管控。为此，研究人员设计对照实验，量化MNPs在热、化学、UV三类消毒中的干预效应，论文发表于《Frontiers in Nutrition》。

主要技术方法概述

研究人员选用425–500 μm聚乙烯（PE）与1–5 μm热固性氨基甲醛聚合物（TAFP）两类微塑料，以1%（w/v）高浓度悬液模拟重度污染场景；菌株为E. coli MG 1655与L. monocytogenes EGDe，设过夜共孵育（Group 1，模拟塑料圈生物膜）与消毒前短暂混合（Group 2）两种污染模式，并以无MNPs培养为对照。热灭活采用60 °C水浴10–60 min；化学灭活选用0.001%苯扎氯铵与1.5%乳酸，作用后离心取沉淀重悬涂板；UV灭活将10倍稀释菌液滴于金属片晾干，以254 nm UV照射60 min后玻璃珠涡旋洗脱。活菌计数经PBS系列稀释涂布TSA+Y平板，log₁₀(CFU/mL)计算减少值；部分实验对苯扎氯铵-TAFP共孵滤液做后继杀菌验证；形貌观察用扫描电镜（scanning electron microscopy, SEM）喷金二次电子成像；统计采用Kruskal–Wallis、Dunn事后检验及Wilcoxon秩和检验（Bonferroni校正）。

研究结果

3.1 微塑料存在不降低热消毒效率

60 °C处理60 min内，对照组两株菌均达约4 log₁₀减少；PE或TAFP存在下，Group 1与Group 2的灭活曲线与对照重叠，仅L. monocytogenes在30 min时Group 1与对照差异显著（p=0.014），但结合10 min无差异及样本量，研究人员判定热传导未被MNPs阻断，微塑料不提供热保护。

3.2 化学灭活

1.5%乳酸对两株菌60 min内均>4 log₁₀减少，MNPs无干扰。0.001%苯扎氯铵对L. monocytogenes无效应差异；但对E. coli，TAFP存在时Group 2在10 min与30 min存活显著高于对照（p=0.04），PE则无影响。进一步将苯扎氯铵与TAFP预孵60 min后过0.20 μm滤膜，滤液对E. coli杀灭力丧失，证明TAFP通过吸附或化学反应消耗苯扎氯铵活性成分，而非物理遮挡。

3.3 PE与TAFP对UV光提供保护

254 nm UV照射60 min，无MNPs对照中E. coli减少4.7–7.3 log₁₀，L. monocytogenes减少2.3–7.3 log₁₀；加入PE或TAFP后，两株菌Group 1与Group 2的UV灭活大幅削弱，E. coli存留近乎未变。表明MNPs在干燥表面形成遮光屏障，使附着或邻近细菌规避UV直接损伤，该屏蔽效应依赖聚合物类型与菌种。

讨论与结论翻译

微塑料在环境与食品生产中的丰度上升已成共识，既往研究侧重直接健康风险及MNPs作生物膜载体。本研究首次提供实验证据：高浓度MNPs直接削弱食品工业常规表面消毒效力——UV消毒效率下降，热力灭活不受影响，化学消毒中因生物杀灭剂与MNP吸附致特定类别受损，菌种差异亦有贡献。研究凸显需拓展至更多聚合物类型、尺寸、浓度、形状及强生物膜形成菌、不同消毒剂与场景（饮用水、表面、医疗）的评估；MNPs对微生物的屏蔽效应提示，微塑料污染与消毒程序须在食品及医疗等严控卫生领域一并审视。未来须在环境相关浓度下复验上述概念，并解析消毒剂效能变化幅度与机制，以完备日常风险研判。