碳酸氢钠溶液
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氯化钠结合碳酸氢钠溶液产生的电解水对肉汤培养基和虾中李斯特菌的影响
Food Control
使用有效的消毒剂是控制微生物污染的最常用方法。与传统的消毒方法相比，电解水的应用具有多个优势。除了使用氯化钠（NaCl）作为电解质生产电解水之外，最近研究发现， 许多无机盐和有机盐可以用来搭配氯化钠提高电解效率。其中，被用作食品添加剂的碳酸氢钠（NaHCO3）具有高离子迁移率，因此可以作为有效的电解质。此外，电解NaHCO3溶液可以产生作为强力消毒剂的过氧碳酸盐及其衍生物，通过将NaCl与NaHCO3结合作为电解质可以直接电解产生接近中性的电解水，而且NaHCO3的加入可增强生成电解水中的羟基自由基的生成，产生更好的抑菌效果。
之前的研究主要集中在所产生电解水的物理特性和体外消毒效果，在电解前后添加NaHCO3的抑菌效果尚不清楚，而且对此种电解水在肉汤培养基和实际食物体系中的抗菌机理的研究较为有限。
新加坡国立大学的Hongshun Yang团队近期在食品期刊《Food Control》上报道了电解前后加入碳酸氢钠产生电解水的抑菌效果，并且比较了此种电解水在体外和体内的杀菌机理的区别，为更好的控制水产品中的病原菌提供了宝贵的理论依据。
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成果介绍研究方法
通过小型的电解水设备生产出不同种类的电解水。测定其在杀菌过程中的活性氧，ATP的浓度和菌体的形态变化，并通过基于核磁共振的代谢组学进一步研究在肉汤培养基和虾上的李斯特菌对不同种类电解水的代谢响应，对两者的代谢途径的改变进行比较。（BE：电解前加入NaHCO3生产的电解水；AE：电解后加入NaHCO3生产的电解水）
研究结果
对杀菌过程中细菌胞内活性自由氧和ATP浓度的分析表明，不同电解水处理均导致了胞内活性自由氧的增加和ATP浓度的降低，当电解水的有效氯浓度达到8 mg/L时, BE组导致细胞内产生的活性氧浓度显著高于AE组 。这可能是因为电解NaHCO3过程中产生的其它抑菌物质发挥作用达到了更好的杀菌效果。电解水导致的细菌胞内的活性氧浓度增加导致了低的ATP浓度， 这是由于电解水可以增强细菌细胞的通透性，进一步导致细胞内ATP的渗漏。
基于NMR的代谢组学被用来深入阐明在肉汤培养基和虾中不同电解水的抗菌机理。与AE处理相比，BE处理组中脯氨酸，酪氨酸，苏氨酸，丙氨酸和半胱氨酸等几种氨基酸的含量显著降低，这表明BE处理影响了更多的对外界氧化压力敏感的氨基酸生物合成途径 。同时BE处理组中还观察到GABA和谷氨酸水平的升高， 当受到外界的氧化压力时，GABA在抗氧化防御中起作用。GABA的合成是由谷氨酸中的谷氨酸脱羧酶催化，表明在BE处理期间更多的谷氨酸产生用于合成GABA。
对电解水在肉汤培养基和虾上的不同抗菌机理分析表明， BE处理组会影响肉汤培养基中李斯特菌的更多的氨基酸代谢途径，同时，只有在培养基中的李斯特菌的氨基糖和核苷酸糖代谢和嘌呤代谢被BE处理影响 。在BE处理过程中，参与氨基糖和核苷酸糖代谢的G-1-P，F-6-P和果糖等代谢物和参与嘌呤代谢的ATP，AMP和腺苷的浓度减少，这是因为 TSB和虾之间的成分差异， 虾肉中具有高浓度的蛋白质，可被李斯特菌利用降解为可用来做碳源和能量的氨基酸，当虾上的李斯特菌被BE组处理时，虾肉可提供更多的氨基酸来应对这种外来的氧化压力，因此可为TCA循环提供碳骨架的碳水化合物的利用减少。
同时与对照组相比，仅在BE处理后的虾上的李斯特菌的代谢物中发现了GABA和谷氨酸的积累，谷氨酸是与许多压力相关的代谢产物（包括GABA和腐胺）的前体 。同时李斯特菌可依赖于GABA分流途径利用精氨酸作为细菌的氮源， GABA分流途径也可以作为产生琥珀酸的替代途径，以补偿电解水导致的TCA循环的紊乱。因此在虾上的李斯特菌没有观察到琥珀酸水平的显着变化。
研究结论
电解前添加NaHCO3生产的电解水对肉汤和虾上的李斯特菌均具有更好的消毒效果。基于NMR的代谢组学进一步证明了NaHCO3电解产生的电解水可以让李斯特菌产生更多的氧化应激，导致明显的代谢变化，主要改变氨基酸代谢和能量代谢。此外由于虾和肉汤培养基中的营养成分的区别，在肉汤和虾中李斯特菌的代谢反应存在一些差异。BE处理对虾造成的氨基酸途径和糖代谢较少，这是由于李斯特菌对蛋白质的降解所致。在虾上的李斯特菌代谢物中观察到了GABA和谷氨酸的积累， 补偿了由电解水引起的TCA循环的改变，表明虾上的李斯特菌比肉汤培养基中的耐受性更强。
创新性/应用前景1.该研究探讨了在电解过程中加入NaHCO3对其在体内和体外消毒的影响。
2.揭示了加入NaHCO3电解生成的电解水对李斯特菌抑菌机理的差异。
3.在代谢水平上揭示了虾中的微生物比肉汤培养基中的微生物耐受性更强的机理。
4.为开发新型的消毒装置以及为水产品的消毒提供理论基础。
参考文献
https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2021.108134
专 家 简 介
通讯作者：杨宏顺，博士，新加坡国立大学食品科学与工程系副教授、博士生导师；兼任苏州工业园新国大研究院高级研究员。2005年上海交通大学制冷与低温工程博士，2012年明尼苏达大学食品科学博士；2006-2008年和2013年分别于美国奥本大学和马里兰大学从事博士后研究。2013年助理教授入职新加坡国立大学并于2020年晋升副教授并获终身教席。目前担任LWT-Food Science and Technology编辑 ，Journal of Food Science副编辑，International Journal of Agricultural and Biological Engineering 分区编辑，Separations等杂志编委。研究方向是食品加工、安全工程和组学研究，获2018和 2019年度Publons同行评审奖。2020年度年度美国食品科技学会（IFT）水产品组’Outstanding Volunteer Award’。2019和2020年度IFT水产食品分会研究生竞赛评委会主席， 2020-2021年度IFT水产食品分会候任主席。主持百事全球营养基金、新加坡国家研究基金、金龙鱼营养与安全基金等，发表SCI论文140多篇，其中ESI高被引15篇。
学校主页：https://www.fst.nus.edu.sg/our_people/faculty-members/yang-hongshun/
研究组网站http://nusfood.wixsite.com/yanghs
Email: fstynghs@nus.edu.sg
撰稿人：何芸，博士生。现就读于新加坡国立大学食品科学与工程系。主要研究领域包括开发生产电解水的便携式装备以及其在水产品保鲜上的应用，组学技术在与水产相关食源性病原菌研究中的应用等。
编辑：陈敏/ 主编：刘畅/ 学术顾问：寇兴然
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