《Food Control》：Bacteriophage biocontrol for fresh produce safety: mechanisms, delivery systems, and material-based applications
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摘要新鲜农产品极易受到微生物污染，而传统去污方法在复杂表面的 efficacy 往往有限，且可能损害产品质量。基于噬菌体和噬菌体酶的抗菌剂提供了选择性的病原体控制，但其实际应用受到环境敏感性、持久性有限和递送效率不高的限制。本综述从材料和过程工程的角度考察了用于新鲜农产品安全
摘要
新鲜农产品极易受到微生物污染，而传统去污方法在复杂表面的 efficacy 往往有限，且可能损害产品质量。基于噬菌体和噬菌体酶的抗菌剂提供了选择性的病原体控制，但其实际应用受到环境敏感性、持久性有限和递送效率不高的限制。本综述从材料和过程工程的角度考察了用于新鲜农产品安全的噬菌体及噬菌体酶基抗菌系统。分析了喷雾、浸泡和表面涂层等施用策略，并讨论了工艺参数和定量性能评估。重点放在了材料赋能的方法上，包括固定化、纳米及生物基复合材料、包埋系统以及可食用或包装集成载体，强调了材料特性如何影响农产品表面的稳定性、控释和抗菌 efficacy。新兴的系统级工具，包括生物传感器和建模辅助性能预测，作为互补设计策略被讨论。综述最后讨论了与材料相容性、可扩展性和法规考量相关的关键挑战。通过整合机制约束与材料和过程工程原则，本综述为合理设计可扩展的用于新鲜农产品安全的噬菌体基抗菌系统提供了框架。
引言
新鲜农产品是健康饮食中不可或缺的组成部分，但在采收、加工和分销过程中仍然极易受到微生物污染（Gobin 等人，2018； Machado-Moreira 等人，2019）。高含水量、复杂的表面形态和极少的加工处理共同创造了有利于病原体生存和持久的条件，导致反复发生食品安全事件和巨大的经济损失（Arthur 等人，2025； Bhilwadikar 等人，2019）。这些特征对微生物控制构成了持续挑战，并凸显了对既能在异质农产品表面有效又与质量保持相容的抗菌策略的需求。
传统去污方法，包括清洗、化学消毒剂和热处理，往往无法完全控制表面粘附或内部化的微生物（Bhilwadikar 等人，2019）。物理清洗受限于渗透性差和去除效率低，而常用的化学消毒剂，如氯，可能会产生有害的消毒副产物，引发监管和消费者担忧（De Corato, 2020）。热处理可以有效减少微生物负荷，但通常会损害感官属性和营养价值。替代化学试剂，包括有机酸和精油，已显示出抗菌潜力（Shankar 等人，2024）；然而，其应用需要严格的浓度控制，以避免对农产品质量产生不利影响。这些局限性促使开发选择性、非破坏性和可扩展的新鲜农产品安全抗菌技术。
噬菌体是专门感染并裂解细菌的病毒，为病原体控制提供了生物学上精确的策略（Cheng 等人，2014； H. Zhang 等人，2026）。由于具有高度特异性、对共生微生物群落干扰最小以及与新鲜农产品基质相容，基于噬菌体和噬菌体酶的抗菌剂作为传统化学消毒剂的替代品引起了越来越多的关注（Rindhe 等人，2024； Sillankorva 等人，2012）。然而，虽然在受控实验室条件下的生物效力已得到广泛证明，但在实际加工环境中的转化仍然具有挑战性：在农产品表面的持久性有限、分布不均匀以及在真实加工条件下的性能差异。这些挑战将主要瓶颈从抗菌效力转移到了系统设计上，其中递送方法、配方策略和材料界面起着决定性作用。
材料科学和过程工程的最新进展为解决这些约束提供了新的机会。包括固定化、包埋、纳米及生物基复合系统以及可食用或包装集成载体在内的材料赋能策略，在增强噬菌体稳定性、调节释放行为以及改善复杂农产品表面的抗菌性能方面显示出相当大的前景。例如，一种 Avi-tag 导向的组装方法实现了金纳米颗粒在噬菌体衣壳蛋白上的位点特异性偶联，产生了一种结构明确的噬菌体金纳米探针，具有改进的稳定性和光学可寻址性，用于细菌检测（P. Li 等人，2024）。在另一项研究中，将噬菌体内溶酶衍生的细胞壁结合域共价固定化到磁性珠上，构建了一种选择性捕获界面，促进了从复杂基质中有效富集和分离Bacillus thuringiensis（Peng 等人，2025）。与此同时，生物传感器平台和建模辅助性能预测等新兴工具为合理系统设计和工艺优化提供了互补支持（Q. Zhang 等人，2024； M. Zhao 等人，2025）。
本综述从材料和工程角度批判性地考察了用于新鲜农产品安全的噬菌体和噬菌体酶基抗菌系统。与专注于详细的生物机制不同，本综述重点放在递送策略、材料集成、性能评估和可扩展性考量上。通过整合机制约束与材料和过程工程原则，本综述旨在为噬菌体基抗菌系统的合理设计和转化到实际新鲜农产品应用中提供结构化框架。
章节摘要
噬菌体及其酶的抗菌机制与前沿应用
噬菌体及其酶的抗菌活性为它们在新鲜农产品安全中的应用提供了功能基础。噬菌体通过宿主特异性感染和裂解实现细菌的靶向灭活，而噬菌体衍生的酶直接作用于细菌细胞结构，从而实现有效的病原体控制（L. Chen 等人，2024）。广泛的噬菌体和酶制剂已证明对主要食源性病原体有效，包括Escherichia coli，
递送方法与有效性评估
噬菌体和噬菌体衍生酶在新鲜农产品保鲜中的应用取决于有效的递送策略和稳健的性能评估。施用方法通常根据农产品特定的表面特性进行调整，如质地、疏水性和微观形貌，这些特性影响噬菌体的粘附和抗菌活性（Lee 等人，2023； Sharma 等人，2026）。将噬菌体处理与传统消毒剂或新兴保鲜技术结合可以产生
应用于新鲜农产品的新兴噬菌体技术
鉴于其高度目标特异性和强效抗菌活性，噬菌体及其酶是与生物传感器、计算建模和纳米技术等新兴技术平台整合的有希望的选择，以增强新鲜农产品系统中的安全监测和控制（Arthur 等人，2025； Bhowmik 等人，2025； Kumar 等人，2025）。这种跨学科整合预计将促进增强的病原体检测和合理设计
噬菌体应用于新鲜农产品的局限性
尽管大量研究强调了噬菌体及其酶在减少新鲜农产品微生物风险方面的强大潜力，但在现实条件下遇到的几个关键挑战限制了它们的广泛实际应用。本综述旨在综合当前发现，并从三个主要角度全面讨论关键障碍：噬菌体活性对变化环境因素的敏感性，受影响的抗菌性能变异性
结论
本综述将当前证据综合为用于新鲜农产品上食源性病原体噬菌体和酶控制的工程框架。现有证据支持三个关键设计原则。首先，递送方法应根据农产品表面特性进行选择，因为喷雾、浸泡、涂层和包装集成适用于不同的表面几何形状和加工条件。其次，载体材料的选择应平衡噬菌体
CRediT 作者贡献声明
Yiming Luo：写作 – 原稿，形式分析，构思。Lin Chen：写作 – 审阅与编辑，监督指导，资金获取，构思。Shanshan Liu：写作 – 审阅与编辑，构思。Xue Zhao：写作 – 审阅与编辑，构思。Fuyingjue Xiong：写作 – 审阅与编辑，构思。Wei Han Foo：写作 – 审阅与编辑，构思
未引用参考文献
Chen 等人，2024; Ma 等人，2025; Van Nassau 等人，2017; Zhang 等人，2023.
资助
本工作由新加坡 NMRC OF-YIRG 项目 (04MNP004440C110)，新加坡 CDA 催化剂计划 (04SBP001621C110)，新加坡 MOE 一级资助 (04MNP003962C110)，以及新加坡 MOE AcRF 一级种子资助计划 (04MNP003731C110) 支持。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有任何已知的竞争财务利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文报告的工作。
Yiming Luo|Xue Zhao|Shanshan Liu|Wei Han Foo|Fuyingjue Xiong|Lin Chen
化学、化学工程与生物技术学院，南洋理工大学，新加坡 637459, 新加坡
