食品与生物工程学院陈祥贵教授团队在国际食品Top期刊Food Microbiology发表最新研究成果

近日，食品与生物工程学院陈祥贵教授团队在国际食品Top期刊《Food Microbiology》（中科院一区Top，IF：4.6）发表题为“Rational design of a sulfonium-stabilized cyclic temporin-SHf as a potential food preservative”的研究性论文。本文第一作者为食品与生物工程学院副教授李文君，陈祥贵为本文的通讯作者。

论文截图

食源性致病菌污染以及微生物耐药性问题，持续给全球食品安全带来严峻挑战，寻找安全高效的新型保鲜手段成为行业关注焦点。天然抗菌肽凭借诸多优势被视作传统化学防腐剂的理想替代方向，但部分天然肽类物质自身结构稳定性不足、抑菌效果有限，难以落地应用。西华大学研究团队依托化学修饰手段，对天然短链抗菌肽 temporin-SHf 开展结构改造，借助锍离子环化的方式优化分子构型。改造后的多肽不仅抵御外界环境干扰的能力大幅提升，抑菌能力也实现明显增强，同时还能和市面主流食品防腐剂搭配使用产生协同效果。研究人员还选取猪肉、液态奶两类常见食品开展实际保鲜测试，证实这款改性多肽可以有效抑制有害微生物繁殖，延缓食材品质劣变，为食品保鲜领域提供了全新的候选材料与研发思路。

 研究背景 

民以食为天，食品安全与食品保鲜一直是贯穿食品全产业链的核心环节。在生鲜肉类、乳制品等日常食品的储运过程中，微生物污染是导致食材腐败变质、缩短货架期的首要原因。各类致病菌不仅会破坏食物的风味、口感与外观，一旦进入人体，还会引发呕吐、腹泻等一系列消化道疾病，严重威胁大众身体健康。为了控制微生物滋生，化学防腐剂在食品工业中已经使用了数十年，凭借成本低廉、抑菌效果稳定的特点，成为食品保鲜的主流选择。

随着大众健康意识不断升级，消费市场对食品配料的要求也在持续改变。越来越多消费者开始倾向于选择成分天然、添加剂少的食品，传统化学防腐剂的应用弊端也逐渐凸显。一方面，长期使用部分化学合成保鲜剂存在潜在的生物安全风险；另一方面，微生物在长期药物压力下不断进化，耐药菌株的出现让不少常规防腐剂的作用大打折扣。在这样的行业趋势下，科研界开始将目光转向天然来源的抑菌物质，试图打造更加安全、可持续的新一代食品保鲜体系。

天然抗菌肽是生物体内天然合成的活性小分子物质，也是当下食品防腐领域的热门研究方向。这类物质抑菌范围广、生物毒性低，且作用机理特殊，微生物很难对其产生耐药性。在众多天然抗菌肽中，temporin-SHf 是一种氨基酸序列极短的蛙源活性肽，具备合成难度低、量产潜力大的先天优势。但该天然多肽也存在明显短板，裸露的线性结构使其很容易被生物体内的蛋白酶分解，同时在酸碱度变化、高盐等复杂食品环境中，分子结构容易发生改变，最终导致抑菌活性快速流失。这些缺陷极大限制了它在食品工业中的实际应用，如何通过分子改造补齐短板、放大优势，成为该方向亟待攻克的技术难题。

 核心内容 

（一）多肽分子定向改造与基础性能探究

针对天然 temporin-SHf 结构不稳定的痛点，该研究团队采用当下多肽工程领域常用的环化修饰思路，结合锍离子基团对目标分子进行双重优化。研究人员设计了多种不同环化位点的多肽衍生物，统一完成合成、提纯后，从分子结构、表面电荷两大维度分析改性带来的变化。整体测试结果显示，环化修饰并不会破坏多肽原本具备的生物活性空间结构，能够完整保留其发挥抑菌作用的基础构型。而锍离子基团的引入，让多肽分子表面正电荷密度显著提升，这一特性能够帮助活性分子更好地结合带负电的细菌表面，为强化抑菌效果打下结构基础。

在此基础上，团队系统评估了所有改性多肽对典型食源性致病菌的抑制能力，同时兼顾生物安全性开展溶血、细胞毒性相关检测。经过多轮筛选，一款命名为 TP [4,7]-Ph 的环状改性多肽综合表现最为突出。对比原始天然多肽，这款改性物质对受试致病菌的抑制能力提升十分显著，同时对正常动物细胞、红细胞几乎没有损伤，生物安全属性表现优异，也因此成为后续深度研究的核心对象。

（二）作用机理、环境耐受性与实际应用验证

为了厘清改性多肽的抑菌逻辑，研究团队借助多种表征手段分析其对细菌的作用方式。综合各项实验结果可以确定，该多肽主要通过破坏细菌细胞膜完整性发挥作用，细胞膜破损后会造成胞内遗传物质外泄，最终致使致病菌失去活性。这种作用模式起效速度快，且区别于传统抗生素的作用靶点。团队还开展了长期传代培养实验，持续观察致病菌是否会对该多肽产生适应性变化，最终发现经过多代培养后，菌株依旧没有形成明显耐药性。

食品所处的环境复杂多变，耐酶解、耐酸碱、耐盐是食品用保鲜剂必备的性能。相关模拟实验表明，TP [4,7]-Ph 在含有蛋白酶的环境中可以长时间保持分子完整，面对酸碱度波动、高盐环境时，抑菌能力也仅出现小幅下降，环境适应能力远优于原始线性多肽。除此之外，研究人员还探索了该多肽与市面上常用食品防腐剂、抗生素的联用效果，发现二者搭配使用大多可以形成协同作用，在减少单一试剂使用量的同时，进一步强化整体抑菌效果。最后团队搭建生鲜猪肉、巴氏杀菌奶两种食品模型进行保鲜试验，在冷藏储存周期内，添加改性多肽的实验组微生物数量得到有效控制，食材的水分保持、色泽、酸度等品质指标也明显优于空白组别。锍离子环化改造后的多肽抑菌效力约为天然肽的十倍。

 亮点价值 

（一）技术层面的创新突破

在多肽改造技术上，该研究实现了设计思路与应用场景的精准结合。过往针对短链抗菌肽的修饰研究，往往只侧重提升抑菌活性，却忽略了食品复杂环境对活性分子的影响。而该团队将锍离子修饰与分子环化两种技术结合，一举解决了天然 temporin-SHf 易降解、环境适应性差两大核心问题。同时，研究没有局限于单一结构设计，而是设置多种环化位点进行横向对比，筛选出综合性能最优的分子构型，为同类型短链抗菌肽的结构优化建立了可参考的试验范式。

在抑菌机理与耐药性研究方面，该研究也补充了新的实验数据。当下很多抗菌肽研究仅停留在短期抑菌效果观测，该研究通过连续传代实验，直观证明了这款改性多肽不易诱导细菌产生耐药性的优势。结合细胞膜损伤的作用机制解析，完整阐明了改性多肽从分子结构到功能活性的内在关联，丰富了食品源抗菌肽的作用理论体系。

（二）产业端的实际应用价值

从食品行业应用角度来看，该研究挖掘出了一款潜力十足的新型食品保鲜候选物质。现如今，食品企业一方面面临着化学防腐剂受限使用的政策趋势，另一方面又苦于优质天然保鲜剂种类稀少、成本偏高、性能不稳定。这款改性环状多肽合成工艺成熟，稳定性强，适配肉类、乳制品等多种主流食品体系，单独使用即可实现良好的保鲜效果。

更具实用价值的是，该多肽能够和现有主流食品防腐剂产生协同作用。这意味着在实际生产中，企业可以将其与常规保鲜剂复配使用，在降低综合使用成本的同时，进一步延长食品货架期，也能减少单一化学添加剂的投放量，契合消费者对天然、健康食品的需求。对于肉制品、乳制品加工企业而言，该研究成果为食材防腐保鲜方案的升级，提供了一条全新的落地路径。

锍离子稳定化修饰实现 temporin-SHf 环化的原理示意图

锍离子稳定型环肽 TP [4,7]-Ph 在冷藏条件下对鲜猪肉的保鲜效果

综合来看，该研究围绕天然短链抗菌肽 temporin-SHf 开展系统性的分子改造与性能评价，成功利用锍离子环化技术打造出高性能的环状改性多肽 TP [4,7]-Ph。一系列体外实验、微生物机理实验以及食品模拟保鲜实验充分证实，经过结构优化后的多肽，兼顾了强抑菌活性、高生物安全性、优秀环境耐受性三大核心特质。相较于原始天然多肽，综合性能实现跨越式提升；对比传统化学防腐剂，又具备低毒、不易诱发耐药性的独特优势。

整个研究流程完整且严谨，从分子设计、实验室基础性能测试，再到实际食品体系的应用模拟，层层递进完成验证，清晰论证了锍离子稳定型环状 temporin-SHf 作为食品防腐剂的可行性。该改性多肽在血清环境中可长期保持结构完整，抗蛋白酶降解能力优异。这项工作不仅完成了单一多肽的优化升级，也为同类蛙源抗菌肽、短链抗菌肽的食品化改造提供了成熟的实践参考。