《食品科学》：广东省食品质量安全重点实验室钟青萍教授等：植物乳植杆菌Z139提取物对两种食源性致病菌单菌和混菌的抗生物被膜作用

大肠杆菌（Escherichia coli）是一种兼性厌氧的革兰氏阴性菌，具有较强的灵活性和适应能力，广泛存在于环境以及人类和动物的肠道中。致病性大肠杆菌可引起肠道、泌尿道等感染，如膀胱炎、尿道炎、腹泻、败血症等，还可感染奶牛导致乳房炎，并引起一系列食品安全和健康隐患。金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）是一种能够分泌凝固酶的革兰氏阳性球菌，是常见的病原微生物，在自然界中广泛分布。在食品加工和贮存过程中，该菌经常导致食品污染，食用其污染的食物会导致食源性疾病。大肠杆菌和金黄色葡萄球菌易在设备或食物表面，特别是在潮湿的表面上积累，形成生物被膜。生物被膜是由微生物细胞自身分泌的胞外多糖、纤维蛋白等物质构成的聚合结构，其细胞间相互连接或附着在基质表面，能够抵抗化学和生物威胁，如抗生素暴露、宿主免疫系统防御以及其他物种的入侵和捕食，增加了菌株的致病性和抗逆性，对人体健康和食品安全都构成了极大的威胁。

生物被膜通常由多种微生物形成，混合细菌生物被膜在实际环境中比单细菌生物被膜更常见。相较于浮游细胞和单一菌种生物被膜，混合生物被膜中的不同微生物种群可通过相互协作、交换基因等机制实现相互作用，使其对抗生素治疗、氧化应激和营养饥饿具有更强的抵抗力。混合生物被膜可引起持续感染、水污染及食品腐败，其中大约60%～80%的微生物感染与混合生物被膜有关。混合生物被膜因其复杂的结构、独特的形成过程、多样的微生物相互作用模式，在许多领域产生广泛影响，现已成为微生物学研究中的重要方向。深入探究混合生物被膜的形成并对其进行防控，对于解决食品安全问题和保障健康具有重要意义。

乳酸菌是公认安全（GRAS）的益生菌，具有安全性、高效性和稳定性等特点，被广泛应用于食品领域。乳酸菌以产乳酸为特征，在代谢过程中还会产生乙酸、CO2、乙醇、苯乳酸或特定蛋白等抗菌化合物，具备作为食品抗菌剂的能力。Masebe等评估了3种乳杆菌（嗜酸乳杆菌La14 150B、植物乳植杆菌B411和鼠李糖乳酪杆菌ATCC-53103）的无细胞上清液（CFS）对单核细胞增生李斯特菌在PVC和不锈钢上形成的生物被膜的抑制作用。结果显示CFS可降低该菌株的生物被膜形成能力，并能破坏已预先形成的生物被膜完整性，且使其关键毒力调控基因prfA的表达水平显著下调，该基因编码的蛋白能间接影响生物被膜的形成与结构稳定。Merino等研究了凯菲里香菇杆菌83113、8321菌株和植物乳植杆菌83114的CFS对肠炎沙门氏菌CIDCA 115生物被膜形成的影响，结果显示乳酸菌CFS可减少该菌生物被膜形成并改变其结构。上述研究多以乳酸菌CFS为研究对象，虽证实了其对生物被膜的调控作用，但CFS成分复杂，抗菌活性成分可能浓度较低，限制了其作用效能。本研究团队前期以乙酸乙酯萃取乳酸菌活性物质，探究粪肠球菌Z096提取物（Z096-E）对副溶血弧菌生物被膜的抑制作用发现：Z096-E可降低副溶血弧菌浮游及生物被膜态细胞数量，干扰其在载体表面的黏附，显著抑制该菌生物被膜的形成，也可有效清除成熟生物被膜。同时，Z096-E对副溶血弧菌的群集泳动能力、细胞表面疏水性与自聚性，以及胞外多糖和蛋白的合成均有抑制作用。此外，本团队前期研究表明植物乳植杆菌Z139对多种常见的食源性致病菌具有较好的抑菌作用，其中的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌在肉类及制品、乳制品等食物以及食品加工环境常可被同时检出，因此，广东省食品质量安全重点实验室的郭媛媛、李婷、钟青萍*等人制备植物乳植杆菌Z139的乙酸乙酯提取物，探究其对金黄色葡萄球菌与大肠杆菌的单菌和混菌生物被膜的影响，旨在为拓宽乳酸菌在食品工业中的应用提供参考，助力防控食源性致病菌混合生物被膜污染和保障食品安全。

1 Z139提取物对单菌和混菌的MIC

乳酸菌细菌素的抗菌谱存在显著的局限性，其抗菌活性主要针对革兰氏阳性菌，这种靶向性特征在一定程度上制约了其产业化开发与实际应用。随着研究的持续深入与拓展，越来越多的学者已陆续筛选出具备广谱抗菌活性的肽类物质，这类物质对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均展现出优异的抑制与杀灭效能。本研究中，如图1所示，当Z139提取物质量浓度为3.2 mg/mL时，大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和混菌均不生长，说明Z139提取物对单菌、混菌的MIC为3.2 mg/mL。类似研究中，Huang Xiaohui等研究表明乳酸菌CFS对金黄色葡萄球菌的MIC为31.25 mg/mL，对大肠杆菌的MIC为15.63 mg/mL，显著高于本研究中Z139提取物的MIC，可见Z139提取物的抗菌作用更强，具有良好的应用潜力。

2 Z139提取物对单菌和混菌生物被膜形成的影响

本研究考察亚抑菌浓度的Z139提取物对单菌和混菌生物被膜形成的影响，由图2可知，培养48 h时，在质量浓度为1/2 MIC（1.6 mg/mL）条件下，Z139提取物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌生物被膜抑制率分别为57.90%和52.70%；培养24 h时，抑制率分别为51.36%和49.70%。黄晓英研究发现乳酸菌粗提物HS011在处理48 h时对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌生物被膜的抑制率为27.3%。本研究中Z139提取物对金黄色葡萄球菌生物被膜的抑制率高于其结果，且对大肠杆菌生物被膜具有抑制作用。在1/2 MIC条件下培养48 h时，Z139提取物对混菌生物被膜的抑制率为40.77%；在24 h时的抑制率为50.94%，稍高于48 h时的抑制率。生物被膜的形成是一个动态过程，通常经历可逆附着、不可逆附着、生物膜成熟（成熟I和成熟II），最后分散。48 h后是生物被膜的成熟阶段，该阶段具有更厚、更复杂的生物被膜结构，这可能会影响Z139提取物的扩散和渗透。对两种单菌抑制率的差异可能是由于大肠杆菌为革兰氏阴性菌，外膜通透性较高，更易受Z139提取物的作用；金黄色葡萄球菌为革兰氏阳性菌，细胞壁肽聚糖层厚，影响Z139提取物的作用效果。Z139提取物对混菌抑制率较单菌更低，可能是两菌存在协同作用，分泌的胞外基质交联形成防护层。

3 Z139提取物对单菌和混菌成熟生物被膜的清除作用

本研究考察了Z139提取物处理24 h与48 h时对单菌和混菌的成熟生物被膜的清除效果，结果如图3所示，Z139提取物在12.8 mg/mL质量浓度下处理48 h时，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌成熟生物被膜清除率分别为75.26%、65.55%，对两种菌成熟混合生物被膜的清除率为65.56%。相似地，Wei Jinyuan等研究发现，植物乳植杆菌Z102乙酸乙酯提取物对单核细胞增生李斯特菌的生物被膜有良好的清除效果，质量浓度为1.6 mg/mL的提取物在48 h时的生物被膜清除率为56.38%。此外，本研究结果显示Z139提取物处理24 h时生物被膜的清除率明显低于48 h时的清除率，可能是由于成熟生物被膜的胞外基质保护使得抗菌物质发挥作用的时效延长。

4 Z139提取物对单菌和混菌细胞膜通透性的影响

β-D-半乳糖苷酶存在于细胞内部，正常情况下，它在胞内稳定存在，一旦细胞内膜的渗透性达到特定阈值，会导致胞内的β-D-半乳糖苷酶跨越细胞膜，向细胞外渗透，ONPG作为β-D-半乳糖苷酶的作用底物，两者相遇后，ONPG水解生成半乳糖和黄色的邻-硝基苯酚，在405～420 nm波长的紫外光照射下，能够吸收光子能量，具有明显的紫外吸收现象。如图4所示，不同质量浓度Z139提取物作用于菌后，反映细胞内容物泄漏程度的OD405 nm随着提取物质量浓度的升高而增加，表明Z139提取物可破坏细胞膜完整性，且质量浓度越高，细胞膜通透性越大，细胞内容物泄漏越明显。

5 Z139提取物对单菌和混菌核酸泄漏的影响

当细胞完整性被破坏时，离子首先流出，然后是核酸和蛋白质等大分子物质。因此，通过测定在260 nm与280 nm波长处的光密度确定细胞中核酸和蛋白质等胞内物质的泄漏情况。Long Men和朱亚珠等研究发现，对沙门氏菌、单核细胞增生李斯特菌进行消毒处理会破坏两菌细胞膜，导致核酸、蛋白质泄漏。如图5所示，随着时间延长，各处理组的OD280 nm、OD260 nm呈上升趋势，说明Z139提取物对细菌核酸泄漏的影响是一个随时间发展的过程，且质量浓度越高，核酸光密度上升越明显，尤其在6 h后更加明显，说明随着质量浓度的升高及时间的延长，Z139提取物对细胞膜的破坏性更大。

6 Z139提取物对单菌和混菌的胞外多糖的影响

在生物被膜体系中，细菌通常会合成一种或多种多糖类物质，这些多糖形成水合性支架结构，不仅对生物被膜的整体架构起到稳定与加固作用，还参与介导细胞间及细胞与附着表面的相互作用，同时为细菌提供屏障保护，以抵御杀菌剂和抗菌剂的作用。叶国良等研究发现，Z097-E对单核细胞增生李斯特菌胞外多糖具有较好抑制作用，在1.6 mg/mL条件下，对胞外多糖的抑制率为67.51%。本研究中当Z139提取物质量浓度为1.6 mg/mL时，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的单菌和混菌的胞外多糖抑制率分别为67.54%、69.89%、67.22%（图6），说明其能够有效影响生物被膜胞外多糖的合成，从而抑制食源性致病菌生物被膜的形成。

7 Z139提取物对生物被膜中细菌变化的影响

绿色荧光代表活菌，红色荧光代表死菌，荧光强度越高，对应活菌或死菌的数量越多，图7A1～A3绿色荧光逐渐减弱，图7B1～B3红色荧光逐渐增强，说明随着Z139提取物质量浓度增加，混合生物被膜中的活菌数量减少，死菌数量增加，质量浓度升高对混菌的杀伤作用增强。

讨论与结论

目前，乳酸菌乙酸乙酯提取物的抗单菌生物被膜作用已得到一些研究证实。例如，上官文丹等发现，戊糖乳杆菌DF9的乙酸乙酯提取物可作为群体感应抑制剂，降低副溶血弧菌的群体感应信号分子AI-2活性，抑制其鞭毛、菌毛表面黏附能力，并抑制其胞外多糖的合成，进而抑制副溶血弧菌生物被膜的形成；叶国良等研究报道戊糖乳杆菌Z097乙酸乙酯提取物可干扰单核细胞增生李斯特菌的群体感应系统，抑制胞外多糖和胞外蛋白的合成，对其生物被膜具有抑制和清除作用。但是在实际生产加工中，食品和食品加工接触表面形成的生物被膜大多是由多种细菌组成的混合生物被膜，针对这类混合生物被膜体系抗菌与抗生物被膜机制的探索仍较有限，因此需要更加关注混合生物被膜抗性增强后的食品安全风险评估和控制。

本研究以大肠杆菌、金黄色葡萄球菌单菌及混菌体系为研究对象，探究植物乳植杆菌Z139乙酸乙酯提取物的抑菌效果，明确其在混菌场景下的抗菌与抗生物被膜作用。结果表明，植物乳植杆菌Z139提取物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌单种和混合菌的MIC均为3.2 mg/mL。Z139提取物在亚抑菌浓度下对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的单种和混合生物被膜的形成具有较好的抑制作用，可抑制胞外多糖的产生，能破坏细胞膜促使胞内物质的泄漏，并且对成熟生物被膜具有清除作用。倒置荧光显微镜观察到随着Z139提取物质量浓度的增加，生物被膜中死菌数明显增加，活菌数量减少，说明Z139提取物可破坏混合生物被膜的结构，使大量菌体凋亡。本研究的创新点和现实意义在于证实了植物乳植杆菌提取物对两种常见的不同类型食源性致病菌混合污染场景的适用性。但大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的混合生物被膜特有的异质基质如何影响乳酸菌提取物的渗透作用还有后续结合群体感应信号分子检测、基质合成基因等生物被膜相关基因的表达分析以及超微结构观察等手段进一步探究。

综上所述，本研究表明植物乳植杆菌Z139提取物对两种菌的单种及混合菌均展现出显著的抑制效果，对革兰氏阳性菌和阴性菌皆具有抗生物被膜潜力。本研究结果可为将Z139提取物开发为天然、高效的新型抗混合生物被膜生物制剂奠定基础，在食品安全和医疗等领域均具有潜在的应用价值。

引文格式：

郭媛媛, 李婷, 植键莹, 等. 植物乳植杆菌Z139提取物对两种食源性致病菌单菌和混菌的抗生物被膜作用[J]. 食品科学, 2026, 47(6): 167-174. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250826-180.

GUO Yuanyuan, LI Ting, ZHI Jianying, et al. Anti-biofilm effects of Lactiplantibacillus plantarum Z139 extract on single and mixed cultures of two foodborne pathogens[J]. Food Science, 2026, 47(6): 167-174. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250826-180.

实习编辑：王雨婷；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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