经伽马射线辐照处理的假单胞菌（Pseudomonas syringae）共生体作为新型生物防腐剂：对碎牛肉品质及冷冻储存的影响

《Food Research International》：Gamma-irradiated Pseudomonas syringae parabiotics as novel biopreservatives: Effects on quality and freezing of ground beef

本研究首次评估了γ射线处理的假单胞菌syringae亚致死细胞（PBTs）对冷冻牛肉抗冻性能、微生物质量和肌原纤维结构的影响。实验表明，PBTs-5（2×10^5/g）显著降低冰晶形成时间，减少氧化产物生成，维持蛋白质结构完整性，抑制微生物增殖，有效延缓冷冻损伤并提升肉品品质。

　　

胡什曼德·沙拉菲（Houshmand Sharafi）| 梅赫兰·莫拉迪（Mehran Moradi）| 梅赫迪·尼库（Mehdi Nikoo）| 刘少全（Shao-Quan Liu）

伊朗乌尔米亚大学兽医学院食品卫生与质量控制系

摘要

丁香假单胞菌（Pseudomonas syringae）的副生物制剂（PBTs）是一种潜在的新型且安全的食品功能添加剂。然而，其在冷冻碎牛肉中的应用尚未得到研究。本研究首次评估了经伽马射线辐照处理的PBTs（浓度为2×10³至2×10⁶个失活细胞/克）对碎牛肉在冷冻储存过程中的冷冻行为、理化参数、微生物质量及微观结构完整性的影响。在-18°C下储存90天后，含有2×10⁵个失活细胞/克的PBTs-5处理组的碎牛肉显示出纤维间间隙减小，肌原纤维蛋白（MP）表面更加光滑，平均粗糙度和均方根粗糙度分别降低了48.98纳米和61.32纳米。同时，其ζ电位（-36.63 mV）也低于对照组（-26.25 mV）。PBTs和活细胞（作为对照组）均能保护肌原纤维蛋白免受氧化，减少羰基化合物的形成，并保持总巯基含量。浓度为2×10⁶个失活细胞/克的PBTs-6处理组与PBTs-5处理组的冻结转变时间分别缩短了57分钟和65分钟，冻结时间也分别缩短了183分钟和182分钟。微生物数量的波动可能与PBTs的抗菌活性及其加速冷冻速率的共同作用有关。这些结果表明，将PBTs添加到碎牛肉中可能是一种有效策略，既能减少冷冻引起的损伤，又能提升其整体品质。

引言

冷冻是延长肉类及其制品保质期的关键方法（Al-dalali等人，2022年）。然而，在冷冻过程中，肌肉组织内外水分的相变（PT）会导致大冰晶的形成，从而在肉组织内部和表面产生微裂纹（Du等人，2022年）。不饱和脂质与氧化催化剂（如肌红蛋白和铁）之间的相互作用会加速品质恶化（Domínguez等人，2019年）。因此，肉类的感官特性、颜色、持水能力（WHC）和质地可能会受到负面影响（Rehman等人，2024年）。

脂质的氧化在肉质恶化中起关键作用。氧化反应会改变肉类的质地和感官特性，并显著降低其品质。通常，无氧和无脂自由基会通过产生胆固醇氧化产物和丙二醛（一种三碳醛）来引发脂质氧化（Du等人，2022年）。此外，蛋白质氧化会降低氨基酸的溶解度并形成氨基酸衍生物，从而降低蛋白质的消化率，同时影响凝胶形成能力、持水能力和感官评分，导致变质、异味和质地变化。除了氧化作用外，冷冻过程中对食品基质的损伤还源于冰晶的生长，可以通过调节冰点（FP）和使用肽、糖类及冰核细菌（INB）等生物制剂来抑制再结晶来缓解这种损伤（Jia等人，2022年）。

透明黄单胞菌（Xanthomonas translucens）、聚球杆菌（Pantoea agglomerans）、荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）、绿黄假单胞菌（P. viridiflava）和丁香假单胞菌（P. syringae）均表现出显著的冰核形成能力（Lindow，2023年）。其中，丁香假单胞菌被认为是最有效的冰核细菌之一。先前的研究表明，将活的丁香假单胞菌引入海洋产品系统和食品模型中可以加速冷冻过程，降低过冷度，减少脂质和蛋白质的氧化，并保持肌原纤维结构（Fathi等人，2025年；Li等人，1997年；Saki等人，2023年；Zhang等人，2010年）。尽管使用活的丁香假单胞菌具有诸多优势，但将其添加到食品中可能存在一些缺点，尤其是在高脂蛋白食品中，因为这些细菌可能会释放脂肪分解酶和蛋白酶，甚至可能在解冻后继续发挥作用。此外，使用大鼠模型进行的体内研究表明，长期使用活的有益细菌可能对健康产生负面影响，如增加心血管疾病风险、糖尿病和消化系统炎症（Hradicka等人，2023年）。关于使用活的有益细菌的另一个担忧是它们可能将抗菌抗性基因传递给人体肠道中的共生菌，导致菌血症和其他感染（Sharafi & Ebrahimi Tirtashi，2025年；Tian等人，2025年）。

副生物制剂（PBTs）是一种新型且安全的细胞制剂，属于生物制剂家族的新成员，在食品科学等领域有广泛的应用。PBTs是由有益微生物通过高压灭菌、辐照、高压处理或超声波处理等方法制成的失活细胞，可以是完整的细胞形式，也可以是破碎的细胞形式（Hosseini等人，2025年；Sharafi等人，2024年）。这些制剂含有细胞表面蛋白、甘露聚糖及其衍生物、脂壁多糖、表面附属结构（鞭毛、菌毛、纤毛）、吡咯衍生物和N-乙酰葡萄糖胺（Divsalar等人，2025年；Nataraj等人，2020年）。丁香假单胞菌的冰核形成和抗菌活性等功能主要归因于其热敏感的外膜蛋白，这些蛋白在辐照后仍能保持完整（Daily等人，2022年；Soveizi等人，2023年），这使得该技术成为制备丁香假单胞菌 PBTs的最佳方法。

冷冻过程的效果受到冰晶形成的限制，冰晶的形成会损伤肌肉纤维，加速蛋白质变性的速度，并增加冷冻储存期间的氧化降解速率。目前减少冷冻引起的品质损失的方法效果有限，因为它们受到成本、法规和效果等方面的限制，尤其是在高蛋白食品（如碎牛肉）中。尽管这些微生物已在农业和大气科学领域得到研究，但由于活微生物的安全性问题，其在食品工业中的直接应用仍受到限制。先前的研究探讨了活的丁香假单胞菌在冷冻条件下或冻融循环中对海洋产品的冰核形成作用（Fathi等人，2025年；Saki等人，2023年），但尚未有研究探讨来自丁香假单胞菌的PBTs对碎牛肉冷冻行为、氧化稳定性和肌原纤维蛋白完整性的影响。为应对这些挑战，本研究引入了经伽马射线辐照处理的丁香假单胞菌副生物制剂，作为一种新的、生物安全性更高的冰核形成系统，用于冷冻碎牛肉。这项研究代表了从基于活菌的微生物干预向基于结构和功能的生物保存方法的转变，从机制上将冷冻动态与蛋白质完整性和氧化调节联系起来。

化学试剂

硫代巴比妥酸（TBA）和2,4-二硝基苯肼（DNPH）分别从Quelab公司（加拿大蒙特利尔）和Sinopharm公司（中国上海）购买。三氯乙酸（TCA）、丁基化羟基甲苯（BHT）、磷酸二氢钠（NaH₂PO₄）、氯化钠（NaCl）、氯化镁（MgCl₂）、乙二胺四乙酸（EDTA）、盐酸胍（CH?N?Cl）、磷酸二氢钾（KH₂PO₄）、5,5'-二硫代（2-硝基苯甲酸）（DTNB）等试剂也用于实验。

冷冻曲线的评估

图1A展示了添加了丁香假单胞菌 PBTs的碎牛肉样品的冷冻曲线。对照组的冰点（FP）为-0.2°C，而添加了PBTs的样品的冰点范围为-0.3至-1°C（图1B）。其中，PBTs-5组的冰点为-0.9°C，略高于PBTs-3组（-1°C）和PBTs-2组（-1°C）。

在冰晶形成达到最高水平期间，肉类的状态会发生变化。

结论

将丁香假单胞菌的副生物制剂（PBTs）添加到碎牛肉中显著改善了冷冻参数，包括缩短了冻结转变时间（PT）和总冻结时间，以及pH值、TBA值和TVB-N值的改善。添加了2×10⁵个失活细胞/克的PBTs-5处理的碎牛肉质地更好，纤维间间隙更小，肌原纤维蛋白结构也更完整。此外，PBTs-5有效减少了冷冻储存过程中的脂质和蛋白质氧化。

作者贡献声明

胡什曼德·沙拉菲（Houshmand Sharafi）：负责撰写初稿和实验研究。梅赫兰·莫拉迪（Mehran Moradi）：负责审稿和编辑、数据分析以及概念框架的构建。梅赫迪·尼库（Mehdi Nikoo）：负责审稿和编辑、方法学设计、数据分析以及概念框架的构建。刘少全（Shao-Quan Liu）：负责审稿和编辑以及概念框架的构建。

未引用参考文献

Sharafi等人，2024年

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了伊朗国家科学基金会（INSF）项目编号4039533的支持。我们还要感谢伊朗乌尔米亚大学兽医学院提供的财务援助。作者使用了Paperpal软件来提升文本的语言表达和可读性，并进行了自行审稿和编辑工作。