En los últimos años, las cuestiones de seguridad alimentaria han atraído cada vez más atención. Escherichia coli, como patógeno típico transmitido por los alimentos, a menudo se transmite a través de fuentes de agua y alimentos contaminados, lo que representa una gran amenaza para la salud pública. Aunque los conservantes químicos tradicionales pueden inhibir eficazmente el crecimiento de bacterias, los consumidores los rechazan gradualmente debido a su potencial daño al cuerpo humano y sus efectos adversos sobre el medio ambiente. Por el contrario, los conservantes de origen natural se han convertido gradualmente en un foco de investigación en la industria alimentaria debido a su alta seguridad, no toxicidad y biodegradabilidad. Como uno de los conservantes naturales derivados de plantas,dihidroquercetina (DHQ)ha atraído gradualmente la atención de la academia y la industria debido a su importante actividad antibacteriana.
La dihidroquercetina (DHQ), también conocida como taxifolina, es un flavonoide que está ampliamente presente en plantas como el alerce. Las investigaciones muestran que el DHQ tiene una fuerte actividad antibacteriana y un efecto inhibidor significativo sobre una variedad de bacterias, especialmente patógenos transmitidos por los alimentos como E. coli. Este artículo presentará en detalle el mecanismo antibacteriano del DHQ basándose en los resultados de la investigación del profesor asociado Cai Jin de la Universidad de Shanxi y otros, y explorará su potencial de aplicación como conservante natural en el campo de la seguridad alimentaria.
Actividad antibacteriana del DHQ.
Primero, a través de una investigación experimental sobre seis bacterias patógenas comunes transmitidas por los alimentos, se descubrió que el DHQ tiene un efecto antibacteriano significativo sobre estas bacterias. Los resultados experimentales muestran que el DHQ tiene el efecto inhibidor más fuerte sobre E. coli y el diámetro de su zona de inhibición alcanza los 21,13 mm, superando con creces a otras bacterias, como Proteus vulgaris (18,88 mm), Candida tropicalis (18,40 mm) y Bacillus subtilis. (14,67 mm), Enterobacter aerogenes (13,90 mm) y Staphylococcus aureus (12,35 mm). Mediante el análisis ANOVA, el efecto antibacteriano de DHQ en E. coli fue significativamente mejor que el de otras bacterias, lo que indica que E. coli es la especie bacteriana más sensible a la actividad antibacteriana de DHQ.
Además, la prueba de concentración mínima inhibidora (CIM) confirmó aún más el potente efecto inhibidor del DHQ sobre E. coli. Cuando se trató E. coli con diferentes concentraciones de DHQ, se descubrió que el DHQ a una concentración de 0.625 mg/mL podría inhibir completamente su crecimiento, lo que indica que el DHQ tiene un valor de CIM bajo para E. coli. demostrando así su eficacia como agente antibacteriano.
Efectos morfológicos de DHQ en E. col.
Los resultados de la microscopía electrónica de barrido (SEM) y la microscopía electrónica de transmisión (TEM) revelaron aún más los efectos dañinos del DHQ en la morfología de las células de E. coli. En el grupo de control, las células de E. coli mostraron una estructura normal en forma de bastón y una superficie celular lisa. Después del tratamiento con DHQ, la morfología celular cambió significativamente. A medida que aumenta la concentración de DHQ, las células muestran gradualmente fenómenos como hinchazón, agregación y plasmólisis, e incluso se producen daños extremadamente graves en la estructura celular, como derrame de contenido y ruptura de células bacterianas.
Especialmente cuando E. coli fue expuesta a 2 MIC de DHQ, la forma de las células se volvió extremadamente irregular, lo que indica que DHQ destruyó la integridad de la pared celular y la membrana celular, provocando la fuga del contenido celular y, en última instancia, la muerte de las bacterias.
Efecto del DHQ sobre las especies reactivas de oxígeno (ROS) en células de E. coli
Otros estudios han demostrado que el efecto antibacteriano del DHQ está estrechamente relacionado con la acumulación excesiva de especies reactivas de oxígeno (ROS) intracelulares. ROS es una molécula altamente reactiva producida durante el metabolismo celular y tiene fuertes propiedades oxidantes. Las bacterias suelen depender de sistemas enzimáticos de la membrana celular para generar ROS y participar en el metabolismo fisiológico de las células a través de su oxidación.
El estudio encontró que los niveles de ROS en E. coli tratada con DHQ aumentaron significativamente. Específicamente, cuando E. coli se expuso a DHQ en concentraciones de 1/2 MIC, MIC y 2 MIC, la intensidad de fluorescencia intracelular aumentó de 36,65 en el grupo de control a 41,14, 56,99 y 65,94, respectivamente, lo que indica que DHQ puede mejorar significativamente Promueve la producción interna de ROS en las células. Estas ROS causarán daño a la estructura de la membrana al oxidar los lípidos en la membrana celular, aumentando así la permeabilidad de la membrana y causando daños graves a las células.
Efectos del DHQ sobre las membranas celulares.
La membrana celular es una barrera importante para las actividades de la vida bacteriana y es responsable de mantener la estabilidad celular y la permeabilidad selectiva. La membrana celular de E. coli tratada con DHQ mostró daños importantes. A través de experimentos de doble tinción con Anexina V-FITC/PI, los investigadores observaron que E. coli se transformaba gradualmente en células muertas y células necróticas después del tratamiento.
A medida que aumenta la concentración de DHQ, la proporción de células normales disminuye significativamente y la proporción de células dañadas aumenta significativamente. Estos fenómenos indican que el DHQ puede destruir la integridad y permeabilidad de la membrana celular de E. coli, provocando una disfunción fisiológica celular.
Efecto de DHQ sobre el potencial de membrana celular de E. coli
Los cambios en el potencial de membrana son otro signo importante de deterioro de la función de la membrana celular. La despolarización del potencial de la membrana celular provocará un desequilibrio iónico y afectará el metabolismo normal y las actividades fisiológicas de las células. Los estudios han demostrado que el potencial de la membrana celular de E. coli disminuyó significativamente después del tratamiento con DHQ.
Cuando E. coli se expuso a 1/2 MIC, MIC y 2 MIC de DHQ, su intensidad de fluorescencia cayó de 68,97 en el grupo de control negativo a 43,38, 35,07 y 34,69 respectivamente, lo que indica que el tratamiento con DHQ provocó la despolarización de la membrana celular. . Este fenómeno respalda aún más que el DHQ puede cambiar la diferencia de potencial entre el interior y el exterior de la célula al dañar la membrana celular, lo que lleva a la pérdida de la función celular.
Efecto de DHQ sobre el contenido de Ca2+ en células de E. coli
Los iones de calcio intracelular (Ca2+) son iones importantes en las actividades fisiológicas bacterianas y participan en la transducción de señales celulares, la estabilidad de la membrana y los procesos metabólicos.
Los resultados de la investigación mostraron que después del tratamiento con DHQ, el contenido de Ca2+ en las células de E. coli se redujo significativamente. Específicamente, después del tratamiento con diferentes concentraciones de DHQ, la intensidad de fluorescencia de E. coli disminuyó de 44,31 en el grupo de control a 33,13 (1/2 MIC), 29,82 (MIC) y 28,33 (2 MIC). Este fenómeno muestra que el DHQ puede dañar la membrana celular y provocar la salida de iones Ca2+, afectando así aún más las actividades fisiológicas normales de las células.
Efecto del DHQ sobre el ciclo celular de E. coli
El ciclo celular es el proceso de división y proliferación celular normal, y su funcionamiento normal es crucial para el crecimiento celular. El estudio encontró que el DHQ afectó significativamente el ciclo celular de E. coli. Después del tratamiento con DHQ, la proporción de E. coli en la fase I (fase de crecimiento) disminuyó significativamente, mientras que la proporción de E. coli en la fase R (fase de reparación) aumentó significativamente.
Este resultado muestra que el DHQ interfiere con el ciclo celular normal de E. coli al dañar la membrana celular y promover la acumulación de ROS, lo que resulta en la inhibición de su proliferación.
Conclusión
En resumen, el DHQ, como compuesto natural de origen vegetal, tiene una importante actividad antibacteriana, mostrando especialmente un fuerte efecto inhibidor sobre bacterias patógenas transmitidas por alimentos como Escherichia coli. El DHQ inhibe eficazmente el crecimiento y la reproducción de bacterias al aumentar la acumulación de ROS intracelulares, destruir la integridad de la membrana celular, cambiar el potencial de la membrana celular y causar salida de Ca2+ e interferencia en el ciclo celular. Los resultados experimentales proporcionan una sólida base teórica para la aplicación del DHQ como conservante natural en el campo de la seguridad alimentaria. A medida que la demanda de conservantes naturales sigue aumentando, se espera que la dihidroquercetina se convierta en un sustituto ideal y se utilice ampliamente en el campo de la conservación de alimentos y la antisepsia para garantizar la seguridad y la salud de los alimentos.
Los resultados de la investigación anteriores no solo proporcionan una base científica para el mecanismo antibacteriano del DHQ, sino que también brindan apoyo teórico para su aplicación en el procesamiento y almacenamiento de alimentos y otros campos relacionados. A medida que se siga profundizando el conocimiento de los conservantes naturales, el DHQ desempeñará un papel cada vez más importante en la prevención y el control de la seguridad alimentaria en el futuro.
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