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蓝莓和葡萄易受青霉感染导致腐烂和经济损失，本研究开发HJ-B8@Nata-Zein NPs@Amy-Fe2?复合涂层，通过Bacillus amyloliquefaciens HJ-B8的挥发性有机物及直接拮抗作用，与natamycin协同抑制青霉，纳米技术增强稳定性及靶向性，有效降低果实腐烂率并保持营养。
Jia Hu|Wen-Wen Zhou
浙江大学生物系统工程与食品科学学院，浙江省农业食品资源与高值利用重点实验室，中国浙江省杭州市310058
摘要
蓝莓和葡萄在采前、运输和采后阶段极易受到真菌感染，导致巨大的经济损失。传统的控制方法通常需要较高的设备成本，并且会促使抗药性病原体的出现。最近，挥发性有机化合物（VOCs）的抗菌潜力作为可持续的替代方案受到了越来越多的关注。Bacillus amyloliquefaciens HJ-B8被成功筛选出，因为它具有直接接触抑制和通过挥发物介导的抑制Penicillium expansum的双重功能。分析了HJ-B8产生的VOCs，发现其具有复杂的成分，这些成分可能对其抗菌效果有所贡献。还研究了纳他霉素（Nata）与HJ-B8菌株之间的相互作用，结果显示两者在抑制真菌方面具有协同效应。通过将HJ-B8与载有纳他霉素的玉米醇溶蛋白纳米颗粒（HJ-B8@Nata-Zein NPs@Amy-Fe2?）结合，开发了一种新型抗菌涂层系统，以改善蓝莓和葡萄的保存效果。该涂层的抗菌活性在体外和体内环境中都得到了评估。进一步通过测定颗粒大小、ζ电位、包封效率及光稳定性来表征该涂层，并评估了其抗菌效果。体内实验表明，该涂层有效降低了处理过的蓝莓和葡萄的腐烂率、重量损失、可溶性固形物含量和花青素水平。此外，扫描电子显微镜（SEM）观察显示，该涂层改善了果实表面和果肉的完整性。这为使用协同抗菌涂层系统进行果实采后保存开辟了新的可能性，并为相关应用提供了理论基础。
引言
蓝莓和葡萄因其富含生物活性化合物（如花青素、黄酮类和维生素）而受到全球重视，这些化合物赋予了它们抗氧化、抗炎和心脏保护的特性（Rivera等，2021；Torres-Palazzolo等，2024）。然而，它们较高的水分含量和脆弱的表皮结构使得它们在采后容易受到损伤和微生物侵袭，从而导致快速变质和经济损失（Torres-Palazzolo等，2024；Zhang等，2023）。在导致采后腐烂的主要病原体中，Penicillium expansum等真菌种类尤其具有破坏性（Li等，2025；Lorenzini等，2016；Wu等，2024）。P. expansum不仅会引起果实腐烂，还会产生有害的霉菌毒素patulin（Chen等，2021；Zhou等，2023）。
尽管传统的化学杀菌剂效果显著，但由于毒性和环境问题，其使用受到越来越多的限制（Kim等，2024；Tang等，2025）。因此，生物控制剂（BCAs）和天然抗菌剂作为可持续替代品受到了关注。纳他霉素（Nata）是一种由Streptomyces菌株产生的多烯大环内酯类抗生素，通过与真菌膜中的麦角甾醇结合来发挥广谱抗菌作用，从而抑制孢子萌发和菌丝生长（Dalhoff, Levy, 2015）。然而，纳他霉素对光降解和氧化的敏感性限制了其实际应用。
微生物产生的挥发性有机化合物（VOCs）已成为合成化学杀菌剂的有希望的替代品。许多研究探讨了微生物产生的抗菌VOCs；例如，Song等（2024）发现Bacillus aryabhattai AYG1023产生的VOCs显著抑制了黄冠梨中P. expansum的生长，而Li等（2024）报告称Streptomyces corchorusii CG-G2产生的VOCs（包括甲基2-甲基丁酸酯、己烯腈和甲基2-乙基己酸酯）有效抑制了草莓中的Colletotrichum gloeosporioides。然而，微生物制剂作为果实表面抗菌处理的实际应用仍受到存活时间短和抗菌效果随时间下降等挑战的制约。为了解决这些问题，开发了包封技术以提高抗菌剂的稳定性和释放效率。玉米醇溶蛋白是一种从玉米中提取的蛋白质，可以形成纳米颗粒（NPs），保护像纳他霉素这样的易降解化合物免受紫外线降解，同时实现可控释放（Lin等，2020；Rasteh等，2024；Ren等，2025）。
基于这些问题，本研究开发了一种多功能涂层系统HJ-B8@Nata-Zein NPs@Amy-Fe2?，该系统结合了B. amyloliquefaciens HJ-B8进行生物控制、纳他霉素进行化学抑制以及玉米醇溶蛋白纳米颗粒增强稳定性和果实表面附着力。其目标是：（1）保护纳他霉素免受降解；（2）维持HJ-B8的活性；（3）纳他霉素和HJ-B8之间的协同作用显著；（4）通过直接接触拮抗和VOCs释放提供双重屏障对抗P. expansum。我们的结果表明，这种复合涂层显著降低了蓝莓和葡萄的病害发生率，同时保持了营养价值，为可持续的采后管理提供了可扩展的解决方案。
材料
Bacillus amyloliquefaciens HJ-B8（CGMCC编号29965）和Penicillium expansum菌株由我们的实验室提供；玉米醇溶蛋白（水分≤8%，Biobomei）；纳他霉素（纯度≥98%，HEOWNS）；七水合硫酸铁（纯度≥99%，Aladdin）；淀粉糊精（Amy，Macklin）；海藻酸钠（Sa，纯度≥90%，Macklin）；羧甲基壳聚糖（CMCS，Aladdin）；壳聚糖（CS，Aladdin）；甲喹诺（≥99%，Aladdin）；苯乙基酒精（≥98%，Aladdin）；β-离子酮（≥97%，Aladdin）；Carveol（≥98%，Solarbio）；Luria-Bertani（LB）培养基，
Bacillus对P. expansum生长的双重抑制机制
通过直接接触和挥发物介导的方式评估了HJ-B8菌株的抗菌活性。HJ-B8菌株表现出最佳的挥发物介导的抗菌效果（抑制率为60.47±1.85%），以及显著的直接接触抑制作用（图S2A），证实了其作为生物控制剂的潜力，因此被选为进一步研究的对象。
系统发育分析显示，HJ-B8与Bacillus amyloliquefaciens类型具有最高的同源性
讨论
蓝莓和葡萄的采后腐烂导致严重的经济损失并降低营养价值，这对水果产业构成了重大挑战（Gong等，2025；Saito等，2021）。在本研究中，从微生物库中筛选出Bacillus amyloliquefaciens HJ-B8，因为它具有通过气体介导的抑制和直接接触拮抗P. expansum的双重功能，而P. expansum是关键的采后病原体。该菌株通过分子生物学测序被鉴定出来
结论
本研究从微生物库中成功鉴定出Bacillus amyloliquefaciens HJ-B8，因为它能够通过挥发物介导和直接接触拮抗两种机制抑制Penicillium expansum。分别测定了HJ-B8和纳他霉素的抗菌活性，并在体外条件下通过棋盘实验定量确认了它们的协同作用，这一发现通过体内果实保护实验得到了进一步验证。此外，还开发了一种多功能
CRediT作者贡献声明
Wen-Wen Zhou：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源获取、概念构思。
Jia Hu：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、方法学设计、实验研究、数据分析、概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本工作得到了浙江省自然科学基金（项目编号：LTGN23C200014）和国家重点研发计划（项目编号：2023YFF1103501）的支持。
