基于二氧化硅固定化酚类化合物的婴儿配方奶粉非均匀复水安全风险控制研究

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Mitigating Cronobacter sakazakii safety risks associated with non-uniform reconstitution of infant formula using silica-immobilized phenolic compounds

本文针对婴儿配方奶粉(PIF)中阪崎克罗诺杆菌(Cronobacter sakazakii)的安全隐患，创新性地开发了百里香酚/香芹酚功能化二氧化硅颗粒抗菌系统。研究证实该体系在50-60°C温和热处理条件下可协同灭活病原菌，为解决家庭冲调温度不足导致的食品安全风险提供了新技术方案。

　　

在婴幼儿营养领域，粉末状婴儿配方奶粉(Powdered Infant Formula, PIF)因其便利性而被广泛使用，但其中潜藏的微生物安全隐患始终是行业关注的焦点。特别是阪崎克罗诺杆菌(Cronobacter sakazakii)这种食源性致病菌，对新生儿群体构成严重威胁，可能引发脑膜炎、坏死性小肠结肠炎和败血症等严重感染，死亡率高达40%-80%。尽管世界卫生组织(WHO)和联合国粮农组织(FAO)指南建议使用不低于70°C的水进行奶粉复水，以灭活潜在污染物，但实际家庭制备过程中存在显著变数——水温不足、粉水比例不准确、自动化冲调设备温度不达标等问题，导致复水不均匀，形成关键安全漏洞。

正是针对这一现实困境，由Oumaima Moumane和Héctor Gómez-Llorente等研究人员组成的团队开展了一项创新研究，旨在通过新型抗菌材料技术弥补现有安全体系的不足。该研究成果发表在《Innovative Food Science》期刊上，为婴幼儿食品安全保障提供了新思路。

研究人员采用曼尼希反应(Mannich reaction)将百里香酚(thymol)和香芹酚(carvacrol)共价固定于氨基化二氧化硅颗粒表面，构建了功能化抗菌材料。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、Zeta电位和元素分析等技术对材料进行系统表征，并采用微量肉汤稀释法测定最小抑菌浓度(MIC)。抗菌性能评估分别通过分散体系(直接添加)和填充床过滤两种应用形式进行，在磷酸盐缓冲液(PBS)和复原婴儿配方奶粉两种基质中测试对阪崎克罗诺杆菌的抑制作用。同时通过选择性培养基、细胞膜完整性检测和生长曲线分析等手段评估亚致死损伤情况。

3.1. MIC quantification of free EOCs

研究首先测定了游离精油成分(Essential Oil Components, EOCs)的最小抑菌浓度，发现百里香酚(0.312 mg/mL)和香芹酚(0.625 mg/mL)表现出最强抗菌活性，因此选择这两种化合物进行后续固定化研究。

3.2. Characterization of the antimicrobial particles

材料表征结果显示，功能化后的二氧化硅颗粒表面电荷由负变正，证实成功接枝氨基和酚类基团。百里香酚的固定化效率(16.42-18.67 mg EOC/g)高于香芹酚(11.97-13.69 mg EOC/g)，且大粒径颗粒(50-110 μm)的表面覆盖度更高。

3.3. Antibacterial activity of functionalized supports in PBS

在PBS体系中，功能化颗粒表现出浓度和温度依赖性抗菌效果。2×MIC浓度下，50°C处理3小时可实现近4 log₁₀的菌落减少。同时发现，随着温度和浓度升高，细菌从亚致死损伤状态转变为完全失活。

3.3.2. Use as processing aid in packed-bed filtration

填充床过滤实验中，14 cm床高在60°C条件下可实现>3 log₁₀(百里香酚)和>2 log₁₀(香芹酚)的菌落减少。这种短时间接触(13-40秒)的高效抗菌效果表明该体系在实际应用中具有良好潜力。

3.4. Effectiveness of SiO?-thy and SiO?-Car systems against C. sakazakii in infant formula

在复原婴儿配方奶粉这一复杂食品基质中，功能化颗粒仍保持显著抗菌活性，虽然效果较PBS体系有所减弱，但50°C条件下2×MIC浓度仍可实现3.0-3.6 log₁₀的菌落减少。填充床过滤形式在模拟实际应用场景下表现出色，特别是在较高温度(50-60°C)和较长床高(14 cm)条件下。

研究结论表明，二氧化硅固定化百里香酚和香芹酚颗粒作为一种新型抗菌系统，能够有效增强婴儿配方奶粉的微生物安全性。该技术充分利用了奶粉冲调过程中已有的温和热条件(50-60°C)，通过固定化精油成分与热处理的协同作用，显著提高了对阪崎克罗诺杆菌的灭活效果。尤为重要的是，这种填充床过滤式的应用方式易于集成到现有冲调流程中，为家庭和医疗机构提供了一种实用的附加安全屏障。

这项研究的创新之处在于将天然抗菌成分固定化技术应用于婴幼儿食品安全领域，既解决了游离精油成分易挥发、稳定性差、影响食品感官的问题，又通过材料设计实现了可控释放和靶向抗菌。该策略为应对婴儿配方奶粉冲调过程中的温度控制难题提供了创新解决方案，特别是在家庭制备环境无法严格遵循70°C冲调指南的情况下，能够有效降低微生物风险，为脆弱的新生儿群体提供额外保护。

研究还发现，功能化颗粒的抗菌机制不仅导致细菌直接死亡，还会引起亚致死损伤，延长滞后生长周期，进一步降低了病原菌复苏和增殖的可能性。这种多重抗菌机制与栅栏技术(hurdle technology)理念高度契合，通过温和热与天然抗菌剂的协同作用，构建了更可靠的食品安全保障体系。

总体而言，该研究开发的二氧化硅固定化酚类化合物抗菌系统，为解决婴儿配方奶粉中阪崎克罗诺杆菌的安全风险提供了有效且实用的技术途径，具有重要的理论创新价值和实际应用前景，为婴幼儿食品安全生产技术发展指明了新方向。