γ射线辐照协同肉桂油对水产品腐败菌细胞质膜损害机制的研究

Our research found that γ-irradiation could improve the antimicrobial activity of cinnamon oil, reduce the negative influence of cinnamon oil on the color and odor of food, and inhibit food lipid oxidation caused by irradiation. In order to make full use of the combined antimicrobial technology, we choose Shewanella putrefaciens and Pseudomonas fluorescens as the antimicrobial objectives to study the mechanisms of cinnamon oil combined with γ-irradiation to damage the cytoplasmic membrane of aquatic food spoilage bacteria. In this project, we used (1) transmission electron microscope and inverted microscope to observe the morphology and correlative parameters; (2) co-focus laser Raman microanalysis and fluorescence techniques to analyze the structure of membrane protein and the action sites of cinnamon oil on membrane protein; (3) phospholipid membrane model combined with X-ray, FTIR and NMR to assay changes of phospholipid in cytoplasmic membrane; (4) HPLC to analyze observe the pathway of cinnamon oil entering into the bacteria affected by γ-irradiation. In conclusion, we can verify the damage mechanism of cinnamon oil influenced by γ-irradiation and set up the antimicrobial models based on the cytoplasmic membrane. It will provide a theoretical basis for the application of antimicrobial technology of plant essential oils combined irradiation, and it will play an important role in developing novel antimicrobial technologies and improving food safety.

我们研究发现γ射线辐照可显著增强肉桂油对水产品腐败菌的抑制作用，减少肉桂油使用所产生的不良色泽和气味，并使辐照产生的脂肪氧化得到有效控制。为使该协同抗菌技术更好的应用于水产品，项目以腐败希瓦氏菌和荧光假单胞菌为目标菌，利用（1）透射电镜和倒置电镜观察协同作用对细胞形态参数及细胞膜动力学的影响；（2）激光共焦拉曼显微光谱和荧光分析技术分析肉桂油在膜蛋白上的作用位点及协同处理对膜蛋白构象的影响；（3）X-射线衍射、FTIR、NMR分析协同处理对细胞膜磷脂的作用效果；（4）HPLC法测定肉桂油在细胞中的分布；我们试图从协同作用对细胞质膜的损伤方面来探明γ射线辐照协同肉桂油协同抗菌作用机理，并构建其协同抗菌机理模型。该研究将为探索精油-辐照协同抗菌技术在食品中的应用提供理论依据，对开发复合防腐技术，提高食品的安全性具有重要意义。

水产品蛋白质含量丰富、组织质地脆弱，极易受微生物作用腐败变质。腐败希瓦氏菌（Shewanella putrefaciens）腐败活性较强，是冷藏腐败水产品特定腐败菌。寻求安全有效抑制水产品中特定腐败菌生长，保证水产品品质的新技术和新方法，是当前水产品保鲜行业研究的重点，具有重要的经济和社会意义。本文分析了γ射线和肉桂精油联合作用对S. putrefaciens 细胞活性的抑制和对细胞膜的作用效果，观察了肉桂精油主成分肉桂醛在S. putrefaciens 胞内外的迁移和变化规律，探究了γ射线和肉桂精油联合作用对S. putrefaciens 的作用机制，同时论文研究了肉桂精油、γ射线和两者联合作用对接种S. putrefaciens 黑鱼微生物的抑制和品质的保持作用。肉桂精油与辐照联合作用下，辐照S. putrefaciens 的D10随着肉桂精油浓度的增加而减少，S. putrefaciens 对辐照的敏感度（RIS）随肉桂精油浓度的增加而上升。辐照和肉桂精油联合作用对S. putrefaciens的抑制比其单独作用效果好。辐照和肉桂精油联合对S. putrefaciens 细胞形态、胞内ATP、胞内pH、膜蛋白以及膜脂肪酸等均具有显著破坏作用。联合作用处理S. putrefaciens 的膜蛋白40 kD亚基减少，18 kD亚基增加，且使S. putrefaciens 主要膜脂肪酸C14:0，C16:0，C16:1，C17:1，C18:1显著减少，其机理可能在于辐照增加了肉桂精油对S. putrefaciens细胞膜的破坏，从而导致其死亡。精油和辐照联合作用下桂皮醛在S. putrefaciens 胞内外的迁移变化表明：肉桂醛与S. putrefaciens细胞膜发生作用，在胞外转化为肉桂醇，而肉桂醛抑制了S. putrefaciens 的生长。肉桂醛的抗菌作用主要发生在细胞膜上。此外，增加了肉桂精油和辐照联合作用的应用验证，联合使用可有效抑制水产品S. putrefaciens 的生长，保持品质，延长货架期。