《食品科学》：南昌大学罗舜菁教授等：阿魏酸和树脂酚甲酸协同抑菌效果及机理

大肠杆菌是一种广泛分布的革兰氏阴性、兼性厌氧的食源性致病菌，摄入会引起腹泻和呼吸道肺炎等疾病，其在食品中的检测限受到GB 4789.3—2025《食品安全国家标准 食品微生物学检验 大肠菌群计数》严格限制。为了预防和控制食品中这类的微生物，在过去的几十年里化学合成防腐剂已被广泛应用于食品工业 中。近年来，探索新型且安全的天然抗菌剂以延长食品保质期成为研究热点。

多酚作为一类从植物中提取的次级代谢物，在天然抗菌领域应用潜力巨大。没食子酸、原儿茶酸和绿原酸等常见多酚已在食品保藏中发挥重要作用。 这类化合物具有一定的抗菌能力，对人体还具有一定健康益处。阿魏酸（ferulic acid，FA）是一种广泛存在于米糠、绿茶和咖啡豆中的肉桂酸类酚酸，其对细菌的抗菌特性已得到学界的广泛认可，不仅可有效破坏坂崎克罗诺杆菌这类细菌的细胞膜完整性，并诱导其形态发生改变，还能抑制禾谷鞭刀菌这类真菌菌丝体生长、孢子萌发。树脂酚甲酸（RA）是一种苯甲酸类酚酸，具有广谱抗菌潜力。在抗真菌方面，Jaiswal等通过计算机模拟与体外实验相结合的方法证实了RA有效性；而在抗细菌方面，RA表现更为突出，Ngurah等发现，它对大肠杆菌和溶藻弧菌的抑制效果优于阿莫西林。上述研究结果表明，FA和RA具有良好的抗菌能力，但天然抑菌剂单独使用时往往用量较大，而通过协同作用复配使用，可在提升抑菌活性的同时降低总用量。

多酚的抗菌活性受结构构型、双键及羟基数量、亲脂性、pH值等多种因素影响。协同作用通过不同机制攻击细菌，不仅能增强抗菌效果，还能降低耐药性风险。多酚的结构多样性为其协同抗菌效应提供了理论基础。FA和RA作为两种具有不同化学结构和生物活性的酚酸类化合物，它们的联合使用可能通过破坏细胞膜的完整性、影响细胞内酶的活性以及干扰细菌的代谢过程等多种途径实现协同抑菌的效果。然而，目前关于FA与RA协同抑菌的系统研究尚鲜见报道。因此，深入研究FA和RA的协同抑菌效果及其作用方式，对于开发新型、安全、高效的天然抗菌剂具有重要的理论意义和应用价值。

基于此，南昌大学食品科学与资源挖掘全国重点实验室的付荣耀、黄澳和罗舜菁*等人以最小抑菌浓度（MIC）和分数抑制浓度指数（FICI），筛选出具有协同作用的多酚组合，并探究组合多酚的协同抑制作用，运用抑菌动力曲线对协同效应做进一步验证。此外，通过电子显微镜、荧光显微镜、荧光探针和结晶紫染料等手段分析组合多酚对细菌表面形态、细胞膜通透性、胞内信号和生物膜形成抑制的影响，以揭示FA和RA的协同抑制方式。

1 MIC的测定及联合抑菌效果

细菌MIC和FICI是评价抗菌活性的关键指标。9 种常见多酚对大肠杆菌的MIC如表1所示，其MIC在0.5～1.5 mg/mL之间，其抑菌效果比较如下：RA（0.5 mg/mL）＞水杨酸（0.55 mg/mL）＞对香豆酸（0.8 mg/mL）＞香草酸（0.9 mg/mL）＞丁香酸、咖啡酸、FA（均为1.1 mg/mL）＞没食子酸（1.5 mg/mL）。这些多酚均具有抑菌活性，但效果差异显著。其中，RA效果最强（MIC＝0.5 mg/mL），而没食子酸效果最弱（MIC＝1.5 mg/mL）。这与文献报道的多酚对白色念珠菌的抗菌活性表现出一定的相似性。

棋盘法通常用于评估两种物质的协同作用。此外，FICI能够揭示成对组合之间相互作用的性质。9 种多酚FICI如表2所示，在36 个多酚组合中，只有1 种组合（FA和RA）表现出协同作用（FICI≤0.5），15 种多酚组合显示出相加作用（0.5＜FICI≤1），20 种多酚组合表现为无相关作用（1＜FICI≤4），没有多酚组合显示出拮抗作用（FICI＞4）。

2 抑菌动力学分析

FA与RA单独或联合作用对大肠杆菌生长曲线的影响结果如图1所示。与KB组相比，单独使用1/4 MIC和1/2 MIC的FA或RA处理时，大肠杆菌在2 h后迅速生长，在5 h后生长放缓，表明此浓度下两种多酚对大肠杆菌的生长有一定抑制作用。当FA和RA均以1/4 MIC联合处理以及MIC单一处理时，在整个培养周期内OD600 nm均维持在极低水平，大肠杆菌的生长被完全抑。这一结果进一步证实了FA和RA在低浓度下即可通过协同作用发挥强效抑菌效果。

3 对细胞膜电位的影响

膜电位是生物细胞膜内外的电位差，保持正常膜电位对于ATP的产生和细胞功能维持具有重要意义。DiSC3(5)能进入正常细胞的内质膜并自发猝灭，当细胞膜发生去极化时，DiSC3(5)将从细胞膜中释放出来，导致荧光信号强度增加，当细胞膜超极化时，DiSC3(5)将更多地进入细胞质基并发生荧光猝灭，导致荧光信号强度降低。因此，可以通过检测DiSC3(5)的荧光强度分析FA和RA对跨膜电位的影响。如图2所示，与KB组相比，在单独使用1/4 MIC的FA处理时，荧光强度提升，表明细胞膜发生去极化；在单独使用1/4 MIC的RA处理时，荧光强度下降，表明细胞膜发生超极化。当FA和RA以1/4 MIC联合处理时，荧光强度明显增强，说明联合处理使细胞膜去极化从而释放更多DiSC3(5)，接近高浓度（MIC）单独处理，表明FA和RA对膜电位消散表现出协同作用。据报道，FA能够使福氏志贺氏菌发生去极化，本研究中发现了FA和RA对大肠杆菌细胞膜具有去极化能力，同时两者的去极化能力表现出协同作用。

4 对细胞膜完整性的影响

4.1 内外膜通透性

荧光探针NPN和PI分别能够评估FA和RA对细菌外膜和内膜的影响。如图3所示，在单独使用1/4 MIC的FA或RA处理时，NPN和PI的荧光强度与KB组相近，表明此浓度下两种多酚对大肠杆菌的内外膜通透性无破坏作用。当FA和RA以1/4 MIC浓度联合使用时，NPN和PI的荧光强度明显增强，接近高浓度（MIC）单独处理。这一现象表明FA和RA都可以增加膜通透性，并且它们的组合对膜通透性的增加表现出协同作用，这与已有研究报道的多酚类物质能有效破坏革兰氏阴性菌细胞外膜的结论相符。

4.2 对细胞膜完整性和超微结构的影响

DMAO能够穿透所有细胞膜并与DNA结合发出绿色荧光，而PI只能对细胞膜受损的细胞进行染色并发出红色荧光。因此，通过DMAO和PI荧光探针的双重染色研究FA和RA处理后大肠杆菌的细胞膜完整性。如图4所示，空白组的细胞发出绿色荧光，表明细胞膜保持完整。用1/4 MIC FA或1/4 MIC RA单独处理的细胞显示出少量黄色和绝大部分绿色荧光，表明膜完整性发生轻微破坏。相比之下，经1/4 MIC FA+1/4 MIC RA处理的细胞则发出明显红色荧光，与单一MIC FA和MIC RA相当，表明膜完整性受到严重破坏。上述结果表明，FA和RA可以协同破坏膜完整性，导致必需物质运输受到干扰，并最终导致大肠杆菌凋亡。FA等多酚具有通过改变膜电位从而破坏细胞膜的机制，上文中膜电位实验发现多酚联用能使细胞膜发生去极化，这可能是FA与RA使大肠杆菌细胞膜破损的机制。

随后通过扫描电子显微镜能够观察到大肠杆菌的超微结构。如图5所示，未经处理的大肠杆菌细胞表面光滑，保持完整的杆状形态。1/4 MIC FA或1/4 MIC RA单独处理后的细胞轻微变形，但经1/4 MIC FA+1/4 MIC RA处理的细胞则表现出严重凹陷与破坏，与单一MIC FA和MIC RA处理相当。这些结果表明FA和RA可以破坏大肠杆菌的超微结构，结构损伤程度与其浓度呈正相关。此外，与单一处理相比，1/4 MIC FA与1/4 MIC RA联合处理对大肠杆菌细胞形态的破坏更为显著，表明二者在损伤细胞形态方面具有协同效应。这与扫描电镜与荧光显微镜的观察结果相互印证，共同证实了FA和RA对细胞膜结构具有协同破坏作用。

5 对细胞内活性氧的影响

DCFH-DA本身无荧光，能自由穿过细胞膜，进入细胞后被酯酶水解生成不能通过细胞膜的DCFH，使探针装载到细胞内。细胞内活性氧可氧化无荧光的DCFH生成有荧光的DCF，因此，可通过检测DCF荧光强度判断细胞活性氧水平。如图6所示，不同处理组荧光强度依次为KB＞1/4 MIC RA＞MIC RA＞1/4 MIC FA＞1/4 MIC FA+1/4 MIC RA＞MIC FA，表明多酚均能降低大肠杆菌活性氧含量，这可能是多酚破坏细胞结构与其清除活性氧能力共同作用的结果，且FA的抗氧化性能明显优于RA，同时FA与RA在降低胞内活性氧含量上表现出相加作用。该结果与先前关于多酚类物质具有良好抗氧化性的报道一致。

6 对生物膜形成的影响

生物被膜在细菌的适应性生长以及对杀菌药物耐药性发展过程中起关键作用。本实验通过结晶紫法分析FA和RA对细菌生物被膜的抑制效果，结果如图7所示。与KB组相比，单一使用1/4 MIC RA或1/4 MIC FA对大肠杆菌生物膜形成并无抑制作用，只有高浓度（MIC）才表现出对生物膜形成的抑制作用，该结果与先前关于FA抑制大肠杆菌生物膜形成的报道一致。当FA和RA联合使用时，两者在较低浓度下即表现出对生物膜形成的良好抑制效果。对于FA和RA在低浓度单一使用表现出对生物膜形成的促进作用，一方面可能是其带来的抗菌压力使大肠杆菌生物膜增加，另一方面，低浓度多酚可能降低细胞活性氧水平，促进生长和生物膜形成，这种现象在山苍子精油对鲍氏不动杆菌的生物膜形成研究中也有过报道。

7 结 论

本研究从9 种多酚、36 种组合中筛选出对大肠杆菌具有协同抗菌作用的FA和RA组合。研究了FA与RA的协同抑菌机制，其协同机制可能涉及3 个方面：1）两者联用能显著增强细胞膜的去极化程度并降低跨膜电势，提高内外膜的通透性，协同破坏膜完整性及菌体形态；2）协同大幅降低胞内活性氧水平干扰氧化还原信号；3）通过抑制生物膜的形成协同产生抑菌作用。其中起决定性作用的机制在于对大肠杆菌膜结构的破坏。

FA作为典型的肉桂酸衍生物，其结构中的疏水性芳香环和侧链能较易插入细胞膜的脂质双层，从而扰动膜的有序排列。而作为苯甲酸类衍生物的RA，则可能通过直接作用于膜功能蛋白（如通道蛋白或受体蛋白）从而干扰其结构与活性。二者联用可同时从脂质成分与蛋白质功能两方面对大肠杆菌细胞膜施加作用，最终导致膜结构稳定性下降与功能完整性丧失。

本研究系统揭示了FA与RA的协同抑菌机制，可为天然防腐剂的理性设计提供新思路。本研究侧重于体外机制初探，后续可进一步开展以下工作：在食品基质中验证其防腐效果；通过转录组学或蛋白质组学深入解析协同作用的分子网络；评估其对其他食源性致病菌的抑菌谱及安全性。

作者简介

第一作者：

付荣耀，南昌大学食品科学与工程专业研究生。本科和研究生都就读于南昌大学食品学院，研究生课题围绕多酚抑菌展开研究。

引文格式：

付荣耀, 黄澳, 叶江平, 等. 阿魏酸和树脂酚甲酸协同抑菌效果及机理[J]. 食品科学, 2026, 47(12): 13-20. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251230-267.

FU Rongyao, HUANG Ao, YE Jiangping, et al. Synergistic antibacterial effect and mechanism of ferulic acid and 2,4-dihydroxybenzoic acid[J]. Food Science, 2026, 47(12): 13-20. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251230-267.

实习编辑：普怡然；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

北京食品科学研究院、中国食品杂志社和全国糖酒会组委会将于2026年10月15-17日在江苏省南京市南京国际博览中心举办第115届全国糖酒会食品科技成果交流会。食品科技成果交流会期间举办食品科技成果展，本届科技成果展以我国当前食品产业科技需求为导向，重点邀请“十四五”以来获得国家和省部级重要科研项目支持产出的食品科技新成果、新技术、新产品参展，并针对企业技术需要开展精准对接服务。扫描下方二维码即可申请展位。

为进一步促进动物源食品科学理论的完善与创新，加速科研成果向实际生产力的转化，助力产业实现高质量、可持续发展，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、中国食品杂志社与海南大学、海南热带海洋学院、江西农业大学共同举办的“2026年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”，将于2026年11月14-15日（11月13日报到）在中国 海南 海口召开。

长按或微信扫码进行注册

会议招商招展

联系人：杨红；电话：010-83152138；手机：13522179918（微信同号）