Influence of Drying Techniques and Encapsulation Materials on the Antibacterial Activity of Lactiplantibacillus plantarum Cell-Free Supernatants
本研究表明，植物乳植杆菌（*Lactiplantibacillus plantarum*）无细胞上清液对多种食源性致病菌的抑菌功效显著受到干燥方法和包埋材料的影响，其中冻干结合酪蛋白酸钠可产生最高的生物活性，而喷雾干燥结合麦芽糊精则在特定应用中表现出更佳的优势。
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食品安全是一场持久的战斗，随着全球人口的增长和环境的变化，这场战斗变得愈发复杂。几十年来，食品行业一直依赖化学防腐剂来防止变质并杀灭有害细菌，但消费者正日益寻求天然的替代品。大自然已经以乳酸菌的形式提供了一种强大的防御机制，这类益生菌存在于酸奶和酸菜等发酵食品中。这些细菌不仅能让食物带有酸味，还能产生一种天然化学物质的“鸡尾酒”，从而阻止危险病原体的生长。然而，这些有益的化学物质非常脆弱。它们在暴露于热量、光照或氧气时会发生分解，这使得它们难以进行实际的、具有货架稳定性的应用。为了解决这个问题，科学家们转向了一种称为“包埋”（encapsulation）的技术，这种技术涉及将这些脆弱的物质包裹在一个保护壳中，就像种子被坚硬的外壳保护一样。挑战在于寻找合适的壳材料以及在不破坏内部活性成分的情况下干燥混合物的方法。
在最近的一项研究中，研究人员致力于寻找保存一种名为“植物乳植杆菌”（Lactiplantibacillus plantarum）特定菌株抗菌能力的最优方法。这种微生物以产生一种液体而闻名，这种液体被称为无细胞上清液，富含对抗腐败和致病细菌的化合物。团队想要了解两种不同的干燥方法——利用热空气快速蒸发水分的喷雾干燥法，以及通过将冰直接转化为蒸汽来去除水分的冷冻干燥法——将如何影响该液体的杀菌能力。他们还测试了两种不同的保护涂层：一种是来自淀粉的粉末——麦芽糊精，另一种是源自牛奶的蛋白质——酪蛋白酸钠。目标是观察哪种组合能最强有力地保持抗菌特性，特别是针对导致鱼类变质和引起人类食源性疾病的细菌。
研究人员首先分析了原始细菌液体的化学成分。他们发现其中含有十六种不同的成分，包括有机酸、酚类和烃类，这些是细菌用来对抗入侵者的武器。其中含量最丰富的是一种酚类和乙酸（即赋予醋辛辣气味的化合物）。为了测试液体的强度，团队制作了七个不同版本。其中一些保持为原始液体，另一些则分别使用喷雾干燥或冷冻干燥进行干燥。干燥后的样本随后被涂覆了麦芽糊精或酪蛋白酸钠。他们针对一系列细菌进行了测试，包括常见的食物中毒诱因金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus），以及几种导致鱼类腐烂的细菌，如副溶血弧菌（Vibrio vulnificus）和达氏光杆菌（Photobacterium damselae）。
结果揭示了在一场保留细菌力量的战斗中谁才是真正的赢家。经过冷冻干燥并涂覆酪蛋白酸钠的样本被证明在阻止细菌生长方面最为有效。当放置在含有金黄色葡萄球菌的培养皿中时，这种特定的混合物创造了一个直径为 23.67 毫米的抑菌圈（即细菌无法生长的区域）。这几乎与原始未干燥液体的效果相当，后者的抑菌圈为 24.67 毫米。相比之下，采用喷雾干燥的样本表现普遍较差，尤其是使用麦芽糊精涂覆时。例如，没有任何涂层的喷雾干燥版本在阻止鱼类腐败细菌方面表现挣扎，其抑菌圈小至 11.50 毫米。研究表明，冷冻干燥的温和特性结合牛奶蛋白质的保护作用，有助于保持这些脆弱抗菌化合物的完整性。
研究人员还精确测量了阻止细菌生长或将其完全杀死所需的物质剂量。他们发现，经过冷冻干燥且涂覆蛋白质的样本在发挥效力时所需的量最小。针对鱼类腐败细菌达氏光杆菌，这种特定的混合物在浓度低至 12.5 毫克/毫升时即可阻止生长。对于人类病原体金黄色葡萄球菌，同样的混合物在 100 毫克/毫升的浓度下即可杀死细菌。相比之下，喷雾干燥的样本通常需要更高的浓度才能达到同样的效果，并且在某些情况下，即使在测试的最高浓度下也无法杀死细菌。研究表明，虽然喷雾干燥在工业应用中更便宜、更快速，但除非使用正确的涂层，否则它对活性化合物的破坏可能比冷冻干燥更大。
观察干燥粉末的物理结构提供了进一步的线索。在强力显微镜下观察，喷雾干燥的颗粒呈现为微小的球体，其中一些出现了皱缩或聚集在一起的团块。然而，冷冻干燥的样本看起来有所不同；涂覆麦芽糊精的样本类似于光滑的连接层，而涂覆蛋白质的样本则显得扁平且脆弱。这些物理差异很可能解释了为什么冷冻干燥且涂覆蛋白质的样本效果如此之好。蛋白质涂层的结构可能比淀粉类涂层更好地屏蔽了活性化学物质免受干燥过程严苛条件的伤害。研究结论指出，虽然两种干燥方法各有用途，但涂层材料的选择至关重要。酪蛋白酸钠似乎是冷冻干燥的最佳屏蔽剂，能够保留细菌液体的生物活性，而麦芽糊精则可能是仅能使用喷雾干燥时的较好选择。这项工作为开发无需依赖合成化学品的天然防腐剂提供了一条清晰的前进路径。
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