摘要：細菌粘附在食品或食品接觸表面并形成生物被膜可能導(dǎo)致設(shè)備損壞、食品變質(zhì)甚至人類疾病。混合菌生物被膜作為細菌在食品工業(yè)中的主要存在形式，與單菌生物被膜相比，對消毒劑和抗菌素往往具有更強的抗性。然而，混合菌生物被膜的形成與種間相互作用十分復(fù)雜，其在食品工業(yè)中的潛在作用仍有待探索。在這篇綜述中，我們總結(jié)了混合菌生物被膜的形成和種間相互作用以及近年來的新型控制策略，并對未來食品工業(yè)中混合菌生物被膜的污染防控進行了展望。本文旨在為混合菌生物被膜在食品工業(yè)中的深入研究以及制定高效的新型控制策略提供理論依據(jù)和參考，以期更好地保障食品安全與公眾健康。

　　關(guān)鍵詞：混合菌生物被膜;形成過程;相互作用;新型控制策略;食品安全

　　在自然環(huán)境和食品工業(yè)中，大多數(shù)細菌主要是以生物被膜的形式存在。生物被膜是一種復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的細菌聚集體，包裹在自產(chǎn)的水合胞外聚合物(extracellularpolymericsubstance,EPS)中，包括多糖、蛋白質(zhì)、核酸和脂質(zhì)等[1,2]。由于生物被膜中細胞的生理變化與EPS介導(dǎo)的保護屏障，生物被膜對外界極端環(huán)境壓力的抵抗力比浮游態(tài)細菌高1000倍以上。此外，生物被膜能夠粘附在各種生物或非生物表面，從而給食品工業(yè)帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[4]。

　　近年來，生物被膜已成為全球性的公共衛(wèi)生問題，每年花費數(shù)十億美元來解決生物被膜引起的食品污染、設(shè)備損壞和人類疾病等問題[5]。事實上，包含多種細菌的混合菌生物被膜才是生物被膜的主導(dǎo)形式。然而，現(xiàn)階段大多數(shù)研究都集中在對單菌生物被膜的探索，這些研究并不能準(zhǔn)確反應(yīng)生物被膜的真實情況。與單菌生物被膜相比，混合菌生物被膜中的不同細菌之間具有更加復(fù)雜的相互作用，從而影響生物被膜的結(jié)構(gòu)、發(fā)展和功能[6]。因此，明確混合菌生物被膜的形成與種間相互作用有利于制定防控生物被膜污染的新型策略，對保障食品安全與公眾健康具有十分重要的現(xiàn)實意義。

　　近年來，國內(nèi)外研究開始聚焦混合菌生物被膜新型控制策略的開發(fā)，這些新型策略是消除食品工業(yè)中有害菌的污染、維護食品健康可持續(xù)發(fā)展的有力手段，然而卻缺少相關(guān)文獻對這方面進行系統(tǒng)的綜述。因此，本文首先概述了混合菌生物被膜的形成與相互作用，還介紹了近年來食品工業(yè)中控制混合菌生物被膜污染的一些新型策略，最后對混合菌生物被膜防控在食品工業(yè)中的發(fā)展進行了展望。本文旨在為食品工業(yè)中混合菌生物被膜的深入研究與制定有效的生物被膜新型控制策略提供新的見解和思路，以期更好地保障食品安全與公眾健康。

　　1食品工業(yè)中混合菌生物被膜的形成

　　食品工業(yè)中的有害菌能夠在食品或食品接觸表面形成生物被膜，從而危害食品安全與公眾健康。例如，大腸桿菌O157:H7是一種常見的食源性致病菌，可在蔬菜的毛孔和莖葉表面形成生物被膜[7]。Silagyi等[8]還發(fā)現(xiàn)大腸桿菌O157:H7能在家禽、肉類和即食熟食表面形成生物被膜。

　　此外，單增李斯特菌[9]、副溶血性弧菌[10]與沙門氏菌[11]也是食品工業(yè)中常見病原菌，已被證明可以在三文魚、牡蠣和金槍魚等海產(chǎn)品表面形成生物被膜。另一方面，腐敗微生物引起的污染也是食品工業(yè)中面臨的重要挑戰(zhàn)。假單胞菌、希瓦氏菌與沙雷氏菌等優(yōu)勢腐敗菌極易在食品或食品接觸表面形成生物被膜[12]。實際上，混合菌生物被膜才是自然界和食品工業(yè)中的主要存在形式。因此，了解混合菌生物被膜的形成有利于闡明細菌生物被膜間的相互作用機制，從而更好地應(yīng)對其帶來的潛在風(fēng)險。

　　1.1混合菌生物被膜的形成過程

　　混合菌生物被膜代表著緊密聚集在EPS內(nèi)多種細菌的復(fù)雜關(guān)聯(lián)，其生長發(fā)育過程受到一系列物理、化學(xué)和生物過程的調(diào)控[1]。與單菌生物被膜相比，混合菌生物被膜形成的機制與相互作用更為復(fù)雜，但其形成過程與單菌生物被膜基本相同，主要經(jīng)歷了三個連續(xù)過程[13]：(1)粘附階段;(2)成熟階段;(3)分散階段。在第一個階段，浮游細胞在接觸表面附近移動，通過物理作用力或細菌附著物(例如鞭毛或菌毛)粘附到接觸表面。表面特性、溫度和壓力等不同因素可極大地調(diào)節(jié)細菌的粘附過程。

　　細菌粘附到接觸表面相關(guān)的作用力包括范德華力、空間相互作用和靜電相互作用等。如果接觸表面有利于細菌成熟發(fā)展便會由初級粘附階段轉(zhuǎn)變到次級粘附階段。當(dāng)吸引力大于排斥力時，一些可逆附著的細胞開始保持固定并變得不可逆附著。據(jù)報道，鞭毛或菌毛等附著物克服細胞和表面間的雙重排斥力，鞏固了細菌與接觸表面之間的相互作用[14]。當(dāng)細菌粘附在非極性疏水表面時，細胞表面疏水性在生物被膜形成的過程中起到關(guān)鍵性作用。這是因為接觸表面與細菌間的疏水相互作用降低了彼此間的排斥力。總之，在生物被膜形成發(fā)展的第一個階段，微生物細胞與接觸表面初步結(jié)合，然后通過相互作用力加強細菌細胞對表面的粘附。

　　生物被膜形成過程的第二個階段是成熟。在這個階段，不同微生物細胞間通過產(chǎn)生自誘導(dǎo)信號分子進行交流，從而啟動生物被膜特異性相關(guān)基因的表達。此外，細菌開始分泌EPS基質(zhì)來構(gòu)建生物被膜的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。EPS中的胞外多糖促進細胞間的黏附和吸引，進而形成致密的生物被膜屏障;胞外蛋白可以增強EPS框架的穩(wěn)定性[5];而胞外DNA則發(fā)揮著細胞之間形成復(fù)雜生物被膜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵連接器與通訊媒介的重要功能15]。

　　隨后，微菌落的大小與厚度不斷增加，進而提供了生物被膜細胞內(nèi)部發(fā)展的空間與環(huán)境。簡而言之，在這個階段，生物被膜通過操縱其結(jié)構(gòu)、生理和新陳代謝去適應(yīng)外部條件從而形成成熟生物被膜。最后一個階段是生物被膜的分解。在這個階段，生物被膜細菌群落開始產(chǎn)生多種裂解酶，這些酶靶向破壞EPS并降低其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而釋放出生物被膜內(nèi)部的細菌重新轉(zhuǎn)變?yōu)楦∮螒B(tài)細胞。

　　例如，熒光假單胞菌與銅綠假單胞菌釋放海藻酸鹽裂解酶;大腸桿菌釋放乙酰肝素多糖裂解酶;馬鏈球菌產(chǎn)生用于分解生物被膜基質(zhì)的透明質(zhì)酸酶[16]。細菌還可以通過上調(diào)鞭毛蛋白基因的表達，增強其自身的泳動性，使得細菌有利于轉(zhuǎn)移到新的粘附位點。此外，生物被膜也可以通過物理機制主動分離，例如脫落和侵蝕[17]。總之，混合菌生物被膜的形成是一個復(fù)雜的連續(xù)過程，理解混合菌生物被膜的形成有助于探究混合菌生物被膜間的相互作用機制，進而為開發(fā)新型控制策略提供新的見解和思路。

　　1.2混合菌生物被膜形成的影響因素

　　混合菌生物被膜的形成受到接觸表面的特性、食品基質(zhì)成分、外在環(huán)境條件與細菌自身特性等多種因素制約。接觸材料表面的特性包括疏水性、接觸角、粗糙度與靜電作用力等，這些參數(shù)往往共同作用并最終決定生物被膜的形成。然而，這些參數(shù)的具體作用在不同的實驗條件下差異很大。

　　例如，Guo等[18]研究了副溶血性弧菌48h后在不銹鋼、聚苯乙烯與玻璃上生物被膜的形成情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生物被膜的形成能力依次是玻璃聚苯乙烯不銹鋼。而Yan等[19]卻發(fā)現(xiàn)腐敗希瓦氏菌在以上三種粘附表面生物被膜的形成能力依次是聚苯乙烯不銹鋼玻璃。一些研究表明細菌傾向于粘附在粗糙度更大的接觸表面[20]，而有研究卻發(fā)現(xiàn)粗糙度與細菌附著之間并沒有直接關(guān)聯(lián)[21]。同樣地，盡管一些研究證明親水性的表面比疏水性表面更容易促進細菌粘附[21]，但一些測試疏水性效果的研究中卻得到完全相反的結(jié)果。

　　此外，食品加工過程中最常見的接觸材料是304不銹鋼，因為其具有較好的耐腐蝕、耐高溫、易于清潔且價格低廉的特性而被廣泛使用。然而，隨著使用時間的延長，不銹鋼表面容易出現(xiàn)裂縫或裂紋，反倒成為細菌生物被膜的庇護所。實驗結(jié)論的差異性可能是由于條件和細菌菌株的不同，也可能是多種因素共同制約的影響。食品基質(zhì)也是影響生物被膜形成的關(guān)鍵因素之一。

　　例如鮭魚含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物，有利于微生物的生長和繁殖，進而促進單增李斯特菌與熒光假單胞菌混合生物被膜在其表面定殖[22]。牛奶中的乳糖通過激活Lux介導(dǎo)的群體感應(yīng)(quorumsensing,QS)系統(tǒng)促進細胞間的粘附，進而增強枯草芽孢桿菌生物被膜的形成。此外，牛奶中較高濃度的Ga2+與Mg2+也能促進嗜熱菌屬生物被膜的形成。

　　另一方面，不同食品基質(zhì)中形成混合菌生物被膜的微生物也有所差異。金黃色葡萄球菌也被稱作“嗜肉菌”，極易作為優(yōu)勢菌在高蛋白乳制品與肉制品表面形成混合菌生物被膜;單增李斯特菌與腐敗希瓦氏菌是冷鏈?zhǔn)称芳庸せ騼Υ孢^程中最常見的“嗜冷菌”，能夠在設(shè)備或冷藏食品表面形成生物被膜粘附數(shù)月甚至長達數(shù)年，進而導(dǎo)致交叉污染和食品腐敗變質(zhì);果蔬加工中的主要污染源是由多種真菌和細菌形成的混合生物被膜[23]。

　　因此，食品基質(zhì)是探究混合菌生物被膜形成必不可少的影響因素。外在環(huán)境條件包括溫度、pH值、營養(yǎng)條件與氧氣等也在生物被膜的形成過程中發(fā)揮著重要的作用。Pang等[2研究發(fā)現(xiàn)與4℃相比，15℃下單增李斯特菌與鮭魚表面本地微生物形成的混合菌生物被膜更致密。另外該團隊還發(fā)現(xiàn)混合菌生物被膜在鮭魚汁中的形成能力顯著強于胰蛋白酶大豆肉湯培養(yǎng)基。最近有研究探究了環(huán)境條件和營養(yǎng)條件(pH值、溫度、營養(yǎng)物)對單菌和混合菌生物被膜生長的影響[24]。結(jié)果表明，混合菌生物被膜生長的最佳pH值為，酸性或堿性條件都會顯著抑制其生長。

　　此外，生物被膜最佳生長溫度在25~35℃之間，營養(yǎng)物濃度升高反而導(dǎo)致生物被膜的減少。細菌自身特性也是影響生物被膜形成的主要因素之一。不同種屬類型的細菌，甚至是同種細菌之間生物被膜的形成能力差異很大。因為不同微生物之間具有菌株異質(zhì)性，例如細胞疏水性、細菌附屬物(菌毛與鞭毛)、細胞膜成分(脂多糖與蛋白質(zhì))以及分泌EPS的能力。Liu等[25]發(fā)現(xiàn)與無鞭毛的硫還原地桿菌相比，有鞭毛的菌株能夠增加生物被膜內(nèi)的電子擴散速率，進而增強生物被膜的形成能力。

　　Tan等[5]研究了副溶血性弧菌與腐敗希瓦氏菌單菌和雙菌生物被膜的動態(tài)形成過程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)腐敗希瓦氏菌具有更多的呼吸代謝系統(tǒng)，能夠產(chǎn)生大量的EPS進而促進生物被膜生物量的增加。不同血清型和基因型菌株之間生物被膜形成能力也具有顯著差異，這表明遺傳背景也是影響生物被膜的重要因素之一[26]。此外，在混合菌生物被膜中，不同細菌群落間往往伴隨著復(fù)雜的相互作用，進而影響彼此生物被膜的形成(這將在“混合菌生物被膜間的相互作用”一節(jié)中詳細討論)。

　　總之，混合菌生物被膜的形成不是某種單一因素作用的結(jié)果，而是受到多種因素的共同調(diào)控。明確混合菌生物被膜形成的影響因素有助于從源頭阻斷生物被膜形成，從而降低其在食品工業(yè)中帶來的風(fēng)險。混合菌生物被膜間的相互作用混合菌生物被膜中不同微生物群落間往往伴隨著復(fù)雜強烈的相互作用，進而影響著生物被膜的結(jié)構(gòu)、發(fā)展和功能[27]。這些相互作用可以是競爭或者協(xié)同的。探究混合菌生物被膜間的相互作用有助于靶向制定更有效的抗菌策略來控制生物被膜的形成。

　　2.1競爭性相互作用

　　競爭性相互作用是指混合菌生物被膜中不同的微生物群落對有限的養(yǎng)料、生存空間和重要的代謝分子(如螯合劑、表面粘附素、多糖、信號分子和消化酶)等公共資源進行爭奪或者通過分泌抑制其它群落生長的化合物的一種作用方式[28]。在混合菌生物被膜中，一些細菌群落之間具有相同或相似的代謝需求，其中競爭性細菌通過積極消耗公共資源或產(chǎn)生抑菌物(細菌素、酶、過氧化氫和有機酸等)來降低其它菌株的適應(yīng)性。例如，Pang等[29]研究發(fā)現(xiàn)，新鮮鮭魚徑流液中的本地微生物與單增李斯特菌爭奪混合生物被膜中的營養(yǎng)物質(zhì)導(dǎo)致單增李斯特菌的細胞數(shù)量顯著減少。假交替單胞菌屬常是混合菌生物被膜中的優(yōu)勢競爭者，因為它能夠產(chǎn)生一種抗菌蛋白(AlpP)殺滅競爭者中的敏感菌株[30]。

　　細菌粘附是另外一種競爭方式，它有利于細菌細胞與非粘附細胞競爭。據(jù)報道，霍亂弧菌的EPS產(chǎn)生的細胞具有高粘附性，在混合菌生物被膜中形成團簇并強制去除非EPS產(chǎn)生的細胞[31]。運動性也是混合菌生物被膜中重要的競爭手段，它通常可以增強細菌對養(yǎng)分的利用率，幫助破壞其它細菌形成的生物被膜。許多細菌通過VI型分泌系統(tǒng)(T6SS)競爭排除其它細菌群落。與單菌生物被膜相比，銅綠假單胞菌的T6SS和Psl胞外多糖在18種菌株的生物被膜群落中被高度誘導(dǎo)，使得其在混合菌生物被膜中比其它細菌更具有生長和適應(yīng)性優(yōu)勢[32]。

　　細菌獲得競爭優(yōu)勢的另一個重要策略是通過快速占據(jù)可用的粘附位點來避免其它菌株的定殖粘附，稱為“表面覆蓋”。Chen等[33]通過熒光原位雜交技術(shù)對副溶血性弧菌與單增李斯特菌混合生物被膜的空間分布進行定位。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，單增李斯特菌位于副溶血性弧菌的下方，并占據(jù)了大部分的接觸表面，這導(dǎo)致副溶血性弧菌的生物量與代謝活力顯著下降。此外，銅綠假單胞菌迅速蔓延到接觸表面并通過聚集和運動來防止根癌農(nóng)桿菌的粘附，而銅綠假單胞菌flgK運動缺陷基因突變體則無法在混合菌生物被膜中排除根癌農(nóng)桿菌[34]。

　　2.2協(xié)同性相互作用

　　當(dāng)混合菌生物被膜體系中所有微生物群落因其它微生物存在而以某種方式受益時，細菌間的作用方式稱之為協(xié)同性相互作用(也稱共生性相互作用)[35]。協(xié)同性相互作用在混合菌生物被膜中非常普遍，通常會導(dǎo)致生物被膜形成的增加。Tan等[5]發(fā)現(xiàn)副溶血性弧菌與腐敗希瓦氏菌共培養(yǎng)時，混合生物被膜的生物量、活菌數(shù)與細胞活力顯著高于單菌生物被膜。

　　Chen等[36]也報道了在生肉加工環(huán)境中，金黃色葡萄球菌與產(chǎn)酸克雷伯菌雙菌生物被膜的形成能力顯著增強。甚至有一些細菌在單獨培養(yǎng)時不會形成生物被膜，但它們與其它種類的細菌共培養(yǎng)后卻開始形成生物被膜[37]。混合菌生物被膜協(xié)同作用的一種方式是細菌群落共同抵抗外界極端環(huán)境壓力。Piccardi等[38]通過使用數(shù)學(xué)模型等工具展示了四種細菌的混合生物被膜能夠降解金屬加工液、工業(yè)冷卻劑和潤滑劑等有毒化合物，其中每種菌株的解毒作用促進它們彼此的生存。另一種協(xié)同作用方式便是一種或幾種細菌分泌EPS基質(zhì)并被其它細菌群落積極利用。

　　細菌生物被膜中的EPS提供穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和群落生存的動態(tài)微環(huán)境，是抵御外界環(huán)境刺激的庇護所[1]。EPS賦予微生物群落間發(fā)生協(xié)同相互作用的基礎(chǔ)，包括物理(粘附力、機械穩(wěn)定性、保護性)、化學(xué)(pH值、氧氣、無機離子、代謝物、信號分子)和毒力特性(抵抗殺菌劑和增加致病力)[1]。據(jù)報道，在銅綠假單胞菌與肺炎克雷伯菌形成的混合菌生物被膜中，通過分泌三種胞外多糖(海藻酸鹽、Psi和Pei)增強整個群落對外界環(huán)境的應(yīng)激能力[39]。

　　3混合菌生物被膜的新型控制策略

　　混合菌生物被膜是食品安全相關(guān)的一個重大問題，因此廣大學(xué)者對減少混合菌生物被膜在食品工業(yè)環(huán)境中的污染進行了廣泛的研究。控制混合菌生物被膜傳統(tǒng)的方法主要是熱殺菌(高壓蒸汽滅菌、微波加熱等)與化學(xué)消毒(氯、過氧化氫、過氧乙酸和抗生素等)。然而熱殺菌或化學(xué)消毒具有很大的弊端：破壞或改變食品原有品質(zhì)、對食品加工設(shè)備有腐蝕作用、使細菌產(chǎn)生耐藥性以及化學(xué)殘留容易對人體健康造成嚴(yán)重危害等[41]。因此，開發(fā)混合菌生物被膜新型控制策略顯得尤為重要。以下總結(jié)了一些近年來針對混合菌生物被膜的物理、化學(xué)和生物的綠色新型控制策略。

　　3.1物理方法

　　3.1.1光動力技術(shù)

　　光動力技術(shù)(photodynamictechnology,PDT)是近年來從臨床醫(yī)學(xué)開始應(yīng)用到食品工業(yè)上的新興抗菌策略[41]。在氧氣存在的條件下，光敏劑(photosensitizer,PS)被特定波長的光照射后其分子激發(fā)到高能量狀態(tài)，在返回基態(tài)的途中與鄰近分子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生高能量的分子，稱為活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)。ROS能氧化脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸等大分子結(jié)構(gòu)進而導(dǎo)致細胞死亡[41]。

　　本課題組近年來對PDT滅活多種食源性致病菌與腐敗菌進行了廣泛深入的研究。目前已證明DT對副溶血性弧菌[10,42,43]、單增李斯特菌[9,44]、沙門氏菌[11]、腐敗希瓦氏菌[43]等多種有害菌的浮游菌和生物被膜均具有顯著的滅活效果。此外，多位研究者也證實了PDT清除混合菌生物被膜的高效性。例如，Banerjee等[45]發(fā)現(xiàn)核黃素介導(dǎo)的PDT對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌混合生物被膜有顯著地抗菌作用。Tan等[46]開發(fā)了一種PDT耦合弱堿性電解水高效清除混合菌生物被膜的新技術(shù)。在150μM光敏劑和4.56J/cm能量照射下，混合菌生物被膜的生物量、活菌數(shù)和細胞活力分別顯著降低72.4、3.51LogCFU/mL和85.7%。

　　此外，這項研究還發(fā)現(xiàn)該技術(shù)同樣能高效根除食品(魚鱗)或食品接觸表面(不銹鋼)上形成的混合菌生物被膜。PDT優(yōu)良的抗生物被膜功效使得其在食品保鮮、食品包裝、水體消毒等領(lǐng)域具有廣泛的生產(chǎn)應(yīng)用[47]。此外，PDT還具有裝置簡單、成本低、效率高等優(yōu)點，更重要的是這種非熱殺菌技術(shù)不會導(dǎo)致細菌產(chǎn)生耐藥性。然而，由于食品和食品加工環(huán)境的多樣性，PDT在實際應(yīng)用時其抗菌或保鮮功效可能會受到影響。因此，未來對PDT的研究應(yīng)該聚焦于開發(fā)或篩選更加高效的新型光敏劑以及進一步探究PDT對食品品質(zhì)與營養(yǎng)特性的影響，以便于PDT在食品工業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用。

　　3.1.2冷大氣等離子體

　　等離子體是自然界中物質(zhì)的四種基本狀態(tài)之一，主要包括分子、中性原子、帶電粒子、亞穩(wěn)態(tài)自由基和光子等活性成分[48]。冷大氣等離子體(coldatmosphericplasma,CAP)被認為是一種快速、環(huán)保、節(jié)能和多功能的抗菌技術(shù)，其中的活性成分能協(xié)同滅活多種微生物并破壞生物被膜中的EPS基質(zhì)[48]。近年來，CAP在食品工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的研究。CAP也已被證明是控制混合菌生物被膜的新型策略之一。

　　Patange等[49]表明，用高壓CAP處理非生物表面上單增李斯特菌和熒光假單胞菌混合生物被膜僅120s后，便無法檢測到存活細菌;而處理生菜上的混合菌生物被膜需要更長的時間，在120s的封閉處理后，單增李斯特菌與熒光假單胞菌分別減少了2.2與4.2LogCFU/mL。Govaert等[50]報道了CAP處理單增李斯特菌和鼠傷寒沙門氏菌混合生物被膜后，活菌數(shù)降低了1.52.5LogCFU/mL。CAP目前在食品領(lǐng)域的應(yīng)用大多是在實驗室條件下對食品或食品接觸表面的抗菌研究，這主要與其過高的成本和對食品品質(zhì)容易產(chǎn)生不利的影響有關(guān)。因此，未來的研究方向應(yīng)該是不斷優(yōu)化CAP抗生物被膜的工藝與降低成本，這將有助于CAP在食品工業(yè)上的進一步應(yīng)用。

　　3.1.3抗生物被膜材料

　　食品接觸表面的性質(zhì)決定了食品加工環(huán)境中生物被膜的形成與阻力。因此，通過改變接觸表面的理化性質(zhì)或?qū)�接觸表面進行改性可以從源頭解決生物被膜形成的污染。抗生物被膜材料是指通過改變材料表面理化性質(zhì)或在表面涂層加入抗菌劑來抑制生物被膜生長的方法[51,52]。食品工業(yè)中常見的接觸材料包括食品加工器械管道、食品包裝等。類金剛石碳涂層由于其高硬度、低摩擦、化學(xué)惰性、高耐磨性和防污性能，已成為食品工業(yè)中不銹鋼的替代品。有研究表明，類金剛石涂層對大腸桿菌與成團泛菌混合生物被膜形成具有良好的抑制效果[53]。

　　此外，牛奶板式換熱器會導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，進而形成污垢，同時也加速了細菌在表面的粘附，并最終導(dǎo)致生物被膜的形成。Jindal等[21]比較了常規(guī)不銹鋼板式換熱器與改良表面的板式換熱器在牛奶殺菌過程中生物被膜的形成情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)改良板式換熱器表面的生物被膜活菌顯著低于不銹鋼表面。生物表面活性劑在接觸表面可以改變其疏水性，進而影響生物被膜的形成。

　　例如，線性低密度聚乙烯中加入的聚(叔丁基氨基)甲基苯乙烯后，不僅能完全抑制單增李斯特菌生物被膜的形成，還顯著延遲了金黃色葡萄球菌與大腸桿菌混合生物被膜的定殖[54]。抗生物被膜材料能夠從源頭降低混合菌生物被膜的污染，因此未來應(yīng)該進一步開發(fā)安全、高效、價格低廉的抗生物被膜復(fù)合材料，以便于更好地應(yīng)用到食品加工器械管道與食品包裝等領(lǐng)域。

　　一般情況下，多種噬菌體聯(lián)合使用往往顯示出更好的控制效果。Montso等[72]評估了牛肉上多重耐藥的大腸桿菌生物被膜分別對種噬菌體和種噬菌體混合物的敏感性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，單個噬菌體和噬菌體混合物均抑制大腸桿菌生物被膜的形成，噬菌體混合物則顯示出更高的的抑制效率。目前噬菌體在食品工業(yè)中的具體應(yīng)用主要有鮮切食品的保鮮、水產(chǎn)養(yǎng)殖中的病害防控治療、畜禽產(chǎn)品的抑菌等[73]。然而噬菌體控制混合菌生物被膜也會存在一定的局限性，因為噬菌體具有高度的特異性，在使用前往往需要對目標(biāo)菌株進行鑒定。

　　因此，通過使用噬菌體混合物、工程噬菌體、酶類以及其它抗菌劑組合來克服這一障礙[74]。此外，噬菌體控制生物被膜的效率容易受到外界環(huán)境因素(溫度、生長階段與噬菌體濃度等)的影響。總而言之，噬菌體抗菌技術(shù)將會是今后食品工業(yè)中防控混合菌生物被膜污染的重要手段之一，未來的研究需要進一步明確噬菌體在不同食品加工環(huán)境中與病原菌的相互作用、抗性等問題，以此來提高噬菌體抗菌的應(yīng)用效率。此外，闡明混合菌生物被膜如何影響噬菌體敏感性相關(guān)成分有助于提高其有效性和安全性。

　　4結(jié)語

　　混合菌生物被膜是食品工業(yè)中最常見的污染形式，然而現(xiàn)階段絕大多數(shù)研究都是基于單菌生物被膜[5]。由于混合菌生物被膜形成的結(jié)構(gòu)與彼此間的相互作用極其復(fù)雜，因此探究混合菌生物被膜形成和相互作用有利于更好地靶向制定生物被膜污染的防控策略[6]。

　　近年來，越來越多的研究開始聚焦于發(fā)展控制混合菌生物被膜的新策略以期應(yīng)對其帶來的潛在風(fēng)險，進而促進食品安全可持續(xù)發(fā)展。本文基于食品工業(yè)中混合菌生物被膜的研究現(xiàn)狀，對未來混合菌生物被膜的研究方向提出以下幾點展望，旨在為制定混合菌生物被膜新型控制策略，徹底消除食品工業(yè)中混合菌生物被膜的污染提供新的見解和思路，從而更好地保障食品安全與公眾健康。

　　4.1進一步揭示混合菌生物被膜間的相互作用

　　現(xiàn)階段對混合菌生物被膜相互作用的理解仍非常有限，進一步解析混合菌生物被膜群落間的相互作用對在食品工業(yè)中制定有效的生物被膜污染防控策略是至關(guān)重要的。因此需要進一步了解混合菌生物被膜在食品及食品接觸表面的持久性、檢測混合菌生物被膜的新方法或工具來揭示混合菌生物被膜間的相互作用，從而開發(fā)更加高效的新型控制策略。

　　4.2聯(lián)合多種新型控制策略根除混合菌生物被膜

　　雖然目前已有的混合菌生物被膜新型控制策略是有效的，但仍然無法徹底解決混合菌生物被膜在食品工業(yè)中的污染問題。因此，聯(lián)合兩種或兩種以上的方法來控制混合菌生物被膜的污染往往更加高效。因為不同的控制策略有著各自對抗生物被膜的優(yōu)越性和特異性，聯(lián)合不同的抗菌策略能讓各技術(shù)相互取長補短，進而發(fā)揮協(xié)同抗菌的功效。

　　4.3推動混合菌生物被膜新型控制策略在食品工業(yè)中的應(yīng)用

　　上述控制策略在實驗室條件下都展現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力。然而，食品工業(yè)中生物被膜的真實情況往往比實驗室研究復(fù)雜得多，這些新興的控制策略可能在食品工業(yè)中應(yīng)用時會遭遇阻礙。首先，必須保證這些混合菌生物被膜新型控制策略是安全的;其次，必須保證這些方法與技術(shù)不會明顯改變或破壞食品原有的品質(zhì);最后，必須保證它們在食品工業(yè)中的應(yīng)用性，包括可接受的成本、在各種食品加工環(huán)境下的可操作性等。推動混合菌生物被膜新型控制策略在食品工業(yè)中的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)朝著這三個“必須”去努力實現(xiàn)，從而提高食品質(zhì)量與安全，并最終保障公眾健康。

　　參考文獻：

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　　[5]TANLijun,LIHuihui,CHENBowen,etal.DualspeciesbiofilmsformationofVibrioparahaemolyticusandShewanellaputrefaciensandtheirtolerancetophotodynamicinactivation[J].FoodControl,2021,125(10):107983.DOI:10.1016/j.foodcont.2021.107983.

　　作者：檀利軍1,2，王敬敬1,2,3，彭知云，李玉鋒，曾巧輝1,3，趙勇2,