利用微酸性电解水和紫外线联合处理蛋壳上的金黄色葡萄球菌：影响因素、作用机制分析及穿透风险评估

《Food Control》：Inactivation of Staphylococcus aureus on eggshells by combined slightly acidic electrolyzed water and UV: Influence factors, mechanistic insights, and penetration risk evaluation

本研究评估了SAEW联合UV对悬浮液和蛋壳表面金黄色葡萄球菌的灭活效果及机制，发现协同作用显著增强灭活（悬浮液5.85log10 CFU/mL，蛋壳2.57log10 CFU/g），主要归因于UV诱导HOCl光解产生羟基自由基（•OH），导致膜损伤和代谢紊乱，但蛋壳cuticle的破坏可能增加二次污染风险，需进一步优化。

　　

作者名单：臧一天、臧瑶、冯英杰、涂明明、朱浩杰、韩佳红、宾珊、李彦娇、赵向辉、丁能水、吴国云

中国江西省南昌市江西农业大学动物健康与安全重点实验室，邮编330045

摘要

本研究评估了微酸性电解水（SAEW）与紫外线（UV）联合使用对悬浮液中的金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）及蛋壳表面的杀菌效果及其潜在机制。与单独使用SAEW或UV相比，SAEW-UV组合处理在悬浮液中的杀菌效果显著更高（5.85 log₁₀ CFU/mL，P < 0.05），在蛋壳表面的杀菌效果也更高（2.57 log₁₀ CFU/g，P < 0.05）。机制研究表明，UV诱导的HOCl光解产生了羟基自由基（•OH），从而促进了膜损伤和氧化应激。非靶向代谢组学分析进一步揭示了显著的代谢紊乱，尤其是在氨基酸、辅酶A（CoA）和低碳代谢方面。抑制•OH会降低杀菌效果（P < 0.05），这证实了其关键作用。此外，有机物的存在也降低了消毒效果（P < 0.05）。同时，蛋壳角质层的完整性受到损害，表现为ΔE值降低，细菌渗透率从3.33%增加到36.67%（P < 0.05）。SAEW-UV作为一种改进的消毒策略显示出良好的潜力，但需要进一步优化以解决角质层损伤和对有机物敏感的问题。

引言

鸡蛋是全球消费最广泛的动物源性食品之一，在家庭饮食、食品服务和食品加工业中扮演着重要角色。尽管蛋壳表面有一层天然角质层提供了一定程度的保护，但其多孔且粗糙的特性使其在生产、分选、运输和储存过程中极易受到微生物污染。在各种微生物污染物中，金黄色葡萄球菌（S. aureus）是一种常见的机会性病原体，近年来在蛋壳上的检出率有所上升——范围从5%到15%，某些地区甚至更高（Zhang, Wang等人，2023年）。这种细菌具有很强的环境适应性，并能在蛋壳表面形成生物膜，从而增强其对不利条件的抵抗力（Ran等人，2025年）。一旦侵入蛋壳膜，它可能会产生耐热性肠毒素，这些毒素难以通过常规烹饪方法消除，从而带来严重的食源性疾病风险（Bose等人，2025年；Zhang, Wang等人，2023年）。

在实际应用中，常用的消毒方法包括基于氯的处理、乙醇擦拭和紫外线（UV）照射等，但这些方法对S. aureus等顽固病原体效果有限，如杀菌效果不佳、会产生化学残留物以及操作要求严格等。因此，开发一种更有效、安全且环保的消毒方法对于确保鸡蛋安全至关重要。微酸性电解水（SAEW）因其强氧化能力、低毒性和环保特性而受到关注。SAEW通常通过电解稀释后的盐水或盐酸制备，pH值介于5.5到6.5之间。次氯酸（HOCl）是其主要活性成分（Liu等人，2022年），具有广谱抗菌作用。然而，有机物的存在会显著降低其杀菌效果（Zang等人，2019年），因此人们对其与其他消毒技术结合使用以提升整体效果表现出浓厚兴趣（Li等人，2022年）。

近期研究表明，将SAEW与UV照射结合使用可以增强杀菌效果。例如，Zhang, Zang等人（2023年）报告称，使用70 mg/L有效氯浓度（ACC）的SAEW和254 nm波长、10.2 mW/cm²强度的UV处理可在70秒内将S. aureus的数量减少6.7个对数单位，显著优于单独使用任何一种方法。这种增强效果可能是由于UV诱导的HOCl光解产生了高氧化性的活性氧物种（ROS），如羟基自由基（•OH），这些物质会促进细菌细胞中的脂质过氧化和核酸损伤（Yuan等人，2023年）。然而，•OH在提高细胞内ROS水平方面的确切作用及其对细菌代谢途径的潜在影响仍需进一步研究。

从应用角度来看，已有研究初步评估了SAEW-UV组合在鸡蛋消毒中的应用效果。Bing等人（2019年）报告称，使用20 mg/L SAEW-UV处理4分钟后，清洁蛋壳上的沙门氏菌（Salmonella enteritidis）数量减少了6.54个对数单位；在含有粪便的情况下，30 mg/L SAEW-UV处理可减少3.02个对数单位。Sheng等人（2020年）发现，该组合可以减少微生物并延缓储存过程中的品质下降。然而，目前尚无全面研究评估SAEW-UV对含有有机物的蛋壳上S. aureus的杀菌效果。另一方面，某些消毒剂可能会损害蛋壳角质层，削弱保护屏障，增加微生物入侵的风险。Yuan等人（2022年）指出，SAEW虽然能减少表面细菌，但可能会削弱膜结构，使细菌的二次入侵风险增加36.7%（P < 0.05）。因此，有必要研究SAEW-UV是否会对角质层造成损害并促进S. aureus的再次污染。

总之，本研究旨在系统探讨SAEW-UV在灭活蛋壳表面S. aureus方面的效果及其潜在机制。具体目标如下：（1）评估SAEW-UV对S. aureus悬浮液的杀菌效果，并分析有效氯（ACC）、有机物干扰和温度的影响；（2）通过ROS检测、羟基自由基清除实验和非靶向代谢组学方法探索潜在机制；（3）在不同条件下评估SAEW-UV对蛋壳上S. aureus的杀菌效果；（4）利用扫描电子显微镜（SEM）和染色技术检测蛋壳角质层的结构变化；（5）验证角质层损伤是否增加了S. aureus的渗透和再感染风险。

SAEW的制备

SAEW使用电解装置（V9，中山Lady Li电气有限公司，广东）制备。将2.0 L蒸馏水（DW）、1.0 g NaCl和0.2 mL浓盐酸混合后进行电解1.5小时，初始pH值为7.42，有效氯（ACC）浓度为130 mg/L。

随后使用0.1 mol/L NaOH或HCl调节pH值至6.0 ± 0.1，再用无菌蒸馏水稀释至目标ACC浓度：10 mg/L、20 mg/L和30 mg/L用于蛋壳消毒；10 mg/L、40 mg/L、70 mg/L和100 mg/L用于细菌消毒。

SAEW-UV与单独处理的杀菌效果比较

如图2A所示，在实验条件下（90秒，70 mg/L ACC），所有处理方法均降低了S. aureus的存活率，杀菌效果如下：SAEW-UV组合（5.85 log₁₀ CFU/mL）> 单独使用SAEW（4.31 log₁₀ CFU/mL）> 单独使用UV（0.53 log₁₀ CFU/mL；P < 0.05）。这表明SAEW-UV组合的杀菌效果优于单独使用任何一种方法。此外，单独使用UV的效果有限，因为253.7 nm波长的UV会导致DNA损伤（形成胸腺嘧啶二聚体），且杀菌效果受穿透深度和剂量的限制。

结论

本研究证明，在优化条件下（30 mg/L ACC，30秒，50°C），SAEW-UV处理对S. aureus的杀菌效果显著增强，悬浮液中的细菌数量减少了5.85个对数单位，蛋壳表面的细菌数量减少了2.57个对数单位。这种增强效果可能是由于UV诱导的HOCl光解产生了•OH，导致细胞内ROS积累，进而引起膜氧化损伤和氧化还原失衡。

作者贡献声明

臧一天：撰写 – 审稿与编辑、原始稿撰写、方法学设计、资金申请、概念构思。臧瑶：撰写 – 审稿与编辑、验证。冯英杰：实验研究、数据分析。涂明明：数据分析。朱浩杰：实验研究、数据分析。韩佳红：实验研究。宾珊：监督工作、数据管理。李彦娇：验证工作、数据管理。赵向辉：资源协调。丁能水：数据分析。吴国云：验证工作。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢国家自然科学基金（项目编号：32460860）和江西省自然科学基金（项目编号：20252BAC250070）的财政支持。