Membranschädigungsmechanismus von Protocatechualdehyd gegen Micrococcus luteus und seine Auswirkung auf die Qualitätsmerkmale von Schweinefleisch

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 18856 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Diese Studie untersuchte den Mechanismus der Membranschädigung durch Protocatechualdehyd (PCA) gegen Micrococcus luteus und bewertete die Auswirkungen von PCA auf die sensorischen und physikalisch-chemischen Eigenschaften von Schweinefleisch. Der Mechanismus der PCA-Hemmung bei M. luteus wurde untersucht, indem die minimale Hemmkonzentration (MIC) basierend auf Membranpotential, intrazellulärer ATP-Konzentration, intrazellulärem pH-Wert, konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie (CLSM) und Feldemissionskanonen-Rasterelektronenmikroskopie (FEG) bestimmt wurde. SEM). Die Ergebnisse zeigten, dass die MHK von PCA gegen M. luteus 1,25 mg/ml betrug. Eine Hyperpolarisierung der bakteriellen Zellmembran, eine Abnahme der intrazellulären ATP-Konzentration und des intrazellulären pH-Werts deuteten darauf hin, dass PCA die Zellmembran von M. luteus schädigte. FEG-SEM-Beobachtungen ergaben, dass PCA einen Oberflächenkollaps, einen Bruch der Zellmembran und einen Ausfluss des Inhalts von M. luteus verursachen kann. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass PCA den Anstieg der Gesamtzahl der Kolonien, die Wachstumsrate des Thiobarbitursäure-reaktiven Stoffes (TBARS) und die Feuchtigkeitsmobilität in rohem Schweinefleisch hemmt. Darüber hinaus verbesserte es die Farbe und Textur von rohem Schweinefleisch, was seine Haltbarkeit effektiv verlängerte. Diese Studie wird die Anwendung von PCA als natürliches antibakterielles Mittel in der Lebensmittelindustrie fördern.

Während des Lagerungsprozesses können Lebensmittelprodukte leicht durch Mikroorganismen kontaminiert werden, was zu Verderb und Verfall führen kann. Um die Haltbarkeitsdauer von Lebensmitteln zu verlängern, werden in der Regel Konservierungsstoffe zugesetzt. Allerdings haben chemische Konservierungsstoffe potenziell toxische Nebenwirkungen und Restprobleme und können bei unsachgemäßer Zugabe eine Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellen. Darüber hinaus kann übermäßiger Gebrauch zu Umweltverschmutzung führen1. Daher ist die Entwicklung umweltfreundlicher, sicherer und effizienter natürlicher Lebensmittelkonservierungsstoffe ein beliebtes Forschungsthema. Natürliche pflanzliche Konservierungsstoffe sind ressourcenreich, umweltfreundlich, gesund, sicher und ungiftig und haben antibakterielle Eigenschaften2. Sie können als neue Konservierungsmittel und antibakterielle Wirkstoffe dienen, die in Geschmacks- und Duftstoffen, Kosmetika, Lebensmitteln, Medikamenten und Pharmazeutika eingesetzt werden können3. Es wurde über pflanzliche antimikrobielle Wirkstoffe berichtet, darunter Polyphenolverbindungen (z. B. Grüntee-Polyphenole, Oleuropein, Vanillinsäure, Zimtsäure, Ferulasäure und Spritzensäure), Flavonoide (z. B. Quercetin) und Terpenoide (z. B. Carvacrol, Thymol). , Eugenol)4. Sie haben hohe antibakterielle Eigenschaften und können Lebensmittel wirksam konservieren. Saleh et al.5 nutzten die antioxidativen und antibakteriellen Eigenschaften des ätherischen Olivenblattöls und stellten fest, dass die Zugabe von Olivenblattextrakt (OLE) zu Geflügelfleisch das Wachstum von Mikroorganismen hemmen, die chemische Qualität und die sensorischen Eigenschaften von Geflügelfleisch aufrechterhalten und die Lebensdauer verlängern kann Haltbarkeit von Geflügelfleisch. Tamkutė et al.6 fanden heraus, dass wirksam isolierte Cranberry-Trester-Extrakte das Wachstum von durch Lebensmittel übertragenen Krankheitserregern und die Bildung von Lipidoxidationsprodukten (Malondialdehyd) im Schweinefleisch hemmten, was die mikrobiologische Sicherheit und oxidative Stabilität von Schweinefleischprodukten erhöhte. In den letzten Jahren hat Protocatechualdehyd (PCA) aufgrund seiner vielfältigen Wirkungen Aufmerksamkeit erregt. Im Bereich der Lebensmittelkonservierung hat PCA wissenschaftlichen Wert und bietet verschiedene potenzielle Anwendungen als natürlicher Lebensmittelzusatzstoff zur Verlängerung der Haltbarkeit bestimmter Produkte.

PCA, eine natürliche wasserlösliche Antioxidansverbindung, gehört zur Klasse der Phenolsäuren. PCA kommt in einer Vielzahl von Kräutern vor (z. B. Gallblätter, Stechpalmenblätter und Salbeiwurzeln), von denen die meisten wild vorkommen7. Chang et al. identifizierten sechs Hauptverbindungen aus dem Ethylacetatextrakt von Phellinus linteus. Sie kamen zu dem Schluss, dass PCA unter anderem die wichtigste Phenolverbindung von P. linteus mit DPPH-Radikalfängeraktivität ist8. Vorläufige Studien deuten darauf hin, dass PCA verschiedene biologische Aktivitäten aufweist (z. B. Anti-Atherosklerose, Anti-Oxidation, Anti-Entzündung, Anti-Fibrose, Anti-Krebs, Anti-Tumor, Herz-Kreislauf-Schutz, Nervenschutz und andere Wirkungen)9,10 ,11. Vorhandene Studien deuten darauf hin, dass PCA verschiedene antibakterielle Eigenschaften aufweist. PCA zeigt eine geeignete antibakterielle Aktivität gegen durch Lebensmittel übertragene Krankheitserreger wie Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Escherichia coli, Ralstonia solanacearum und Cronobacter sakazakii12,13,14. Über die hemmende Wirkung von PCA auf Micrococcus luteus und seinen Mechanismus sowie seine Anwendung als antimikrobieller Wirkstoff, der Lebensmitteln zugesetzt wird, wurde jedoch selten berichtet.

Micrococcus luteus, ein grampositiver Kokkus der Gattung Micrococcaceae, teilt sich im Allgemeinen einzeln, paarweise und in mehrere Richtungen, um Tetraden oder unregelmäßige dreidimensionale Kolonien zu bilden15. M. luteus ist ein Bakterium, das Lebensmittel verderben kann und in der Luft, im Wasser, im Boden, in Pflanzen und in Lebensmitteln nachgewiesen wurde. Das Bakterium kann Fleisch, Fisch, Wasserprodukte, Sojaprodukte und andere Mahlzeiten kontaminieren und wurde in hohen Konzentrationen in frischen, verarbeiteten und verdorbenen Lebensmitteln nachgewiesen16,17. Bei Menschen, die mit diesem Bakterium infiziert sind, kann es zu Gewebeentzündungen, Sepsis, Schock und anderen Gesundheitsrisiken kommen18,19.

Ziel dieser Studie war es, den Membranschädigungsmechanismus von PCA bei M. luteus aufzudecken und die Auswirkungen von PCA auf die Koloniezahl, die Farbe, den TBARS-Wert, den TPA, die Feuchtigkeitsverteilung und die sensorischen Eigenschaften von rohem Schweinefleisch, das M. luteus enthält, zu bewerten 1., 3., 5. und 7. Tag nach der Exposition. Diese Studie liefert eine theoretische Grundlage für die Entwicklung von PCA als natürliches antibakterielles Mittel und Lebensmittelzusatzstoff.

PCA [HPLC ≥ 98 %, CAS: 139-85-5] wurde von Bioengineering Co., Ltd (Shanghai) bereitgestellt. Nach der Herstellung der PCA-Stammlösung mit Ethanol als Lösungsmittel wurde die Lösung in Mueller-Hinton-II-Brühe (CA-MHII), Luria-Bertani-Medium (LB) und phosphatangepasster gepufferter Kochsalzlösung (PBS) gelöst. Das endgültige Reaktionssystem enthielt 2 % Ethanol. Anschließend wurde es durch einen 0,22-μm-Filter filtriert und bei –20 °C gelagert. Alle zusätzlichen Chemikalien, die zur Herstellung der Puffer verwendet wurden (säurehydrolysiertes Casein, Rindfleischpulver, lösliche Stärke, wasserfreies Calciumchlorid, Na2HPO4·12H2O, KH2PO4, K2HPO4, NaCl, KCl und MgCl2), waren von analytischer Qualität.

Der Stamm Micrococcus luteus BNCC 102589 stammte aus der BeNa Culture Collection (BNCC, Peking, China) und wurde in Glycerinflaschen bei –80 °C gelagert. Anschließend wurden sie zur Aktivierung in Luria-Bertani-Medium (LB) geimpft und 18 Stunden lang bei 37 ° C kultiviert. Die Bakterien wuchsen bis zur logarithmischen Wachstumsphase (ungefähr 108 KBE/ml). Alle Experimente wurden mit Endkulturen von M. luteus durchgeführt.

Der frische Schweinefleischschinken wurde zweimal mit einem Muskelwolf zerkleinert, der mit 6-mm- und 3,2-mm-Lochplatten ausgestattet war. Daher wurde das gehackte Schweinefleisch vollständig gemischt und zur Sterilisation 30 Minuten lang unter eine Hochleistungs-Ultraviolettstrahlungs-A-Leuchtdiode (UVA-LED) (NCCU033(T); Nichia Corporation, Japan, Wellenlänge 365 nm) gelegt. Bakterienzellen wurden durch 5-minütige Zentrifugation bei 8000 × g gesammelt und PCA-Lösungen von 0, MIC und 2 × MIC wurden dem Präzipitat zugesetzt, das Bakterienzellen enthielt (PCA-Lösungen wurden mit PBS, ergänzt mit 2 % Ethanol, hergestellt). Als Negativkontrolle wurde PBS, ergänzt mit 2 % Ethanol, verwendet. Die Endkonzentration von Ampicillin für eine Positivkontrolle betrug 0,1 mg/ml (Ampicillin wurde mit sterilem Wasser zubereitet). Anschließend wurde 1 ml jeder Lösung abgesaugt und in 100 g Schweinehackfleisch injiziert. Anschließend wurde es gut gemischt, mit PVC-Folie abgedeckt und bei 4 °C gekühlt. Die Gesamtzahl der Kolonien und Qualitätsveränderungen wurden am 1., 3., 5. und 7. Tag nach der Exposition untersucht.

Die MHK wurde mithilfe einer modifizierten Bouillon-Mikroverdünnungsmethode von Tian et al.20 bestimmt. Mit 2 % Ethanol ergänzte CA-MHII-Lösung wurde mit unterschiedlichen Konzentrationen der PCA-Lösung hergestellt (5, 2,5, 1,25, 0,625, 0,3125, 0,15625, 0,078, 0,039, 0,0195, 0 mg/ml). Als Negativkontrolle wurde eine mit 2 % Ethanol ergänzte CA-MHII-Lösung verwendet. Die Endkonzentration von Ampicillin für die Positivkontrolle betrug 0,1 mg/ml. Insgesamt 100 μl Bakterienkultur und 100 μl PCA-Lösung wurden zu 96-Well-Platten (Nunc, Kopenhagen, Dänemark) gegeben. Anschließend wurden die Platten 8 Stunden lang inkubiert, indem die Konzentration der PCA-Lösung angepasst wurde. Die MHK von PCA auf M. luteus wurde durch Untersuchung des Absorptionswerts bei 600 nm mit einem multifunktionalen Vollwellenlängen-Scanning-Lesegerät (Varioskan Flash, Thermo Fisher, Finnland) bestimmt.

Die Wachstumskurve von M. luteus wurde nach der von Shi et al.14 beschriebenen Methode bestimmt. PCA-Lösungen von 2 × MIC bis 1/128 × MIC wurden mit LB-Brühe, ergänzt mit 2 % Ethanol, hergestellt. Als Negativkontrolle wurde LB-Brühe, ergänzt mit 2 % Ethanol, verwendet. Insgesamt 100 μl Bakterienkultur und 100 μl wurden in eine 96-Well-Platte (Nunc, Kopenhagen, Dänemark) gegeben. Die Absorption wurde alle 1 Stunde untersucht, um die Wachstumskurve der Zellen für 24 Stunden aufzuzeichnen.

Gemäß den von Guo et al.21 verwendeten modifizierten Protokollen wurden die Bakterienzellen zwei- bis dreimal mit PBS-Lösung gewaschen und die Zellen durch Zentrifugation in PCA-Lösungen bei Konzentrationen von 0, MIC und 2 × MIC resuspendiert. PCA-Lösungen wurden aus LB-Brühe, ergänzt mit 2 % Ethanol, hergestellt. Als Negativkontrolle wurde LB-Brühe, ergänzt mit 2 % Ethanol, verwendet. Anschließend wurden 200 μl der Zellsuspension in eine schwarze undurchsichtige Mikrotiterplatte mit 96 Vertiefungen (Nunc, Kopenhagen, Dänemark) gegeben und 2 Stunden lang inkubiert. Schließlich wurden 2 μL 1 mM der Fluoreszenzsonde Bis-(1,3-dibutylbarbitursäure)trimethineoxonol [DiBAC4(3); Molecular Probes, Sigma, Louis, USA] wurde hinzugefügt und 10 Minuten lang inkubiert. Die Fluoreszenzintensität wurde bei einer Anregungswellenlänge von 492 nm/515 nm Emissionswellenlänge mit einem Multimode-Lesegerät (Synergy H1, BioTek, Vermont, USA) untersucht.

Das intrazelluläre ATP wurde mit einem ATP-Assay-Kit (Beyotime Bioengineering Institute, Shanghai, China) gemäß der von Bajpai et al.22 verwendeten Methode nachgewiesen.

Basierend auf der Methode von Shi et al.23 wurde das Bakterienpellet zweimal mit HEPES-Puffer gewaschen, und die CFDA-SE-Fluoreszenzsonde (Endkonzentration betrug 3 μmol/L) wurde der Bakteriensuspension zugesetzt und 20 Minuten lang inkubiert. Anschließend wurden die Zellen einmal mit Kaliumphosphatpuffer gewaschen, resuspendiert und 30 Minuten lang mit Glucose (Endkonzentration 10 μmol/L) inkubiert. Abschließend wurden die Bakterienpellets zweimal mit Kaliumphosphatpufferlösung gewaschen und die fluoreszenzmarkierten Zellen wurden mit PCA-Lösung, hergestellt mit PBS, ergänzt mit 2 % Ethanol (Konzentrationen von 0, MIC und 2 × MIC), resuspendiert und im Dunkeln kultiviert für 1 Std. Als Negativkontrolle wurde PBS, ergänzt mit 2 % Ethanol, verwendet.

Die Proben und der Standardkurvensatz wurden auf eine schwarze Enzymstandardplatte gegeben und die Fluoreszenzintensität der Proben bei 490 nm Anregung/520 nm Emissionswellenlänge und 440 nm Anregung/520 nm Emissionswellenlänge erfasst. Der intrazelluläre pH-Wert wurde gemäß der Standardkurve ermittelt.

Die Zellmembranpermeabilität wurde mit einem LIVE/DEAD BacLight™ Bacterial Viability Kit (Molecular Probes, Thermo Fisher, USA) gemäß den von Tian et al.20 verwendeten Methoden untersucht.

Die Zellmorphologie wurde mit der von Su et al.24 beschriebenen Methode beobachtet. Bakteriensuspensionen wurden mit PCA-Lösungen (Konzentrationen von 0, MIC und 2 × MIC) behandelt und mit PBS, ergänzt mit 2 % Ethanol, 24 Stunden lang bei 37 °C hergestellt. Als Negativkontrolle wurde PBS, ergänzt mit 2 % Ethanol, verwendet. Anschließend wurden die Zellen 2–3 Mal mit PBS gewaschen und in 2,5 % Glutaraldehyd-PBS-Lösung fixiert. Nach 12 Stunden wurden sie 2–3 Mal gewaschen. Anschließend wurden sie 10 Minuten lang in Ethanollösungen mit unterschiedlichen Konzentrationsgradienten (30–100 %) dehydriert, 30 Minuten lang in Isoamylacetat suspendiert und getrocknet. Abschließend wurden die getrockneten Proben auf einer Silikonfolie fixiert, mit Gold auf die Oberfläche gesprüht und mit hochauflösender Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (MLA 650, FEI, Hillsboro, USA) fotografiert.

Die Proben wurden wie im Abschnitt „Vorbehandlung von rohem Fleisch“ beschrieben unter Verwendung der Methode von Zhang et al.25 mit Modifikationen behandelt. Der Box-Behnken-Designtest wurde mit PCA-Konzentration (A), Lagertemperatur (B) und Lagerzeit (C) als Variablen durchgeführt. Die behandelten Proben wurden verdünnt und auf LB-Agarin ausgebreitet (Tabelle 1) und die tatsächliche Anzahl der Kolonien wurde aufgezeichnet. Die Response-Surface-Methodik wurde übernommen, um das Wachstumshemmungsmodell von PCA bei M. luteus in Schweinefleisch auf der Grundlage verschiedener Parameter zu erstellen und zu analysieren.

Die von Fan et al.26 beschriebene Methode wurde übernommen. Es wurden Proben von gehacktem Schweinefleisch mit einer Dicke von 1 cm entnommen. Zur Nullpunktkorrektur und Whiteboard-Korrektur wurde ein CR-600-Kolorimeter (Minolta, Osaka, Japan) verwendet, und es wurden Änderungen der Werte für Luminanz (L*), Rot (a*) und Gelb (b*) jeder Gruppe beobachtet am 1., 3., 5. und 7. Tag.

Das Hackfleisch wurde gemäß den verbesserten Protokollen von Novakovi et al.27 zu einer Figur mit einer Höhe von fast 1 cm und einem Durchmesser von etwa 2 cm am Boden geformt. Zum Testen wurde der TA Plus-Tester für physikalische Eigenschaften (Texturprofilanalyse, TPA) verwendet. Das P/75-Sondenmodell wurde mit einem Kompressionsverhältnis von 35 %, einer Vortest- und Testgeschwindigkeit von 1 mm/s und einer Nachtestgeschwindigkeit von 5 mm/s ausgewählt. Es wurde eine Texturprofilanalyse (TPA) zur Härte, Klebrigkeit, Gummiigkeit, Kaubarkeit, Elastizität, Kohäsion und Widerstandsfähigkeit des Schweinehackfleischs durchgeführt.

Unter Verwendung der Methode von Quevedo et al.28 mit einigen Modifikationen. 2,0–2,5 g Schweinehackfleischproben wurden genau abgewogen und 1,5 ml Thiobarbitursäure (TBA)-Lösung (1 % TBA, gelöst in 0,75 mol/L Natriumhydroxid) und 8,5 ml Trichloressigsäure (TCA)-Lösung (2,5 % TCA gelöst in 0,036 mol/L HCl) zugegeben. Nach einem 30-minütigen Wasserbad bei 100 °C und einem Eiswasserbad zur Abkühlung auf Umgebungstemperatur wurden 4 ml Überstand erhalten und 4 ml Chloroform hinzugefügt. Anschließend wurde die Mischung gut geschüttelt. Die Absorption von ABS wurde bei 532 nm nach 5-minütiger Zentrifugation bei 3000 × g untersucht. Die Ergebnisse wurden als Malondialdehyd (MDA)-Äquivalent (mg/kg) ausgedrückt und die TBARS-Werte wurden wie folgt erhalten: TBARS (mg/kg) = ABS/W × 9,48.

Mit der Methode von Cai et al.29 wurde der NMR-Relaxationstest bei einer Protonenresonanzfrequenz von 21 MHz und einer Messtemperatur von 32 °C durchgeführt. Knapp 2 g Hackfleischproben wurden in ein NMR-Röhrchen mit 25 mm Durchmesser gegeben, das dann zur Messung mit der Q-CPMG-Sequenz in den Analysator gestellt wurde. Zu den angewandten Parametern gehören eine Abtastfrequenz von 100 kHz, eine 90°-Impulsbreite von 7 μs, eine 180°-Impulsbreite von 13,52 μs, eine Wartezeit von 1000 ms, eine analoge Verstärkung von 20, eine digitale Verstärkung von 3, eine Echozeit von 0,4 ms. Echozahl von 12.000 und 8 Wiederholungen des Scans. Das T2-Relaxationsmuster wurde durch Invertieren der Daten mit der Inversionssoftware erhalten.

Aus Hackfleisch wurden Frikadellen mit einer Höhe von etwa 1 cm und einem Durchmesser am Boden von 2 cm geformt. Die Schweinefleischpastetenproben wurden dann 10 Minuten lang in Wasser getaucht und 5 Minuten lang bei hohen Temperaturen gekocht. Nach dem natürlichen Abkühlen auf Raumtemperatur bewertete ein sensorisches Gremium aus 10 in der sensorischen Bewertung geschulten Studenten die Farbe, Textur, den Geruch, den Geschmack und die allgemeine Wertschätzung von Schweinefleischfrikadellen für jeden Lagerzeitraum (1., 3., 5. und 7. Tag). auf einer 9-Punkte-Glücksskala zur sensorischen Bewertung30. Diese Methode wurde verwendet, um die Akzeptanz von Schweinefleischpastetenproben zu bestimmen, die mit unterschiedlichen PCA-Konzentrationen behandelt wurden, und um die Auswirkungen von PCA als natürliches antimikrobielles Mittel auf die sensorischen Eigenschaften des Lebensmittels zu überprüfen.

Alle Experimente wurden in drei Replikaten durchgeführt, wobei jedes biologische Replikat zwei technische Replikate umfasste. Die Datenanalyse wurde mit der SPSS-Software (Version 19.0; SPSS, Inc., Chicago, IL) durchgeführt. Zur Überprüfung der Unterschiede zwischen den Gruppen wurde ein Schüler-T-Test verwendet, der als mittlere Standardabweichung (n = 3) ausgedrückt wird. P ≤ 0,05 wurde als statistisch signifikant angesehen.

Die MHK von PCA gegen M. luteus betrug 1,25 mg/ml. Es wurde festgestellt, dass PCA ein natürlicher Extrakt mit antibakterieller Breitbandaktivität ist. Beispielsweise betrug die MHK von PCA gegen Yersinia enterocolitica 0,3125 mg/ml20, die MHK gegen C. sakazakii betrug 1,25 mg/ml14 und die MHK gegen S. aureus, B. cereus und E. coli wurde mit 0,9, 1,0 und gemessen jeweils 3,0 mg/ml12. Die Ergebnisse dieses Experiments legen nahe, dass PCA auch eine hohe antibakterielle Aktivität gegen M. luteus aufweist, was eine theoretische Grundlage für Lebensmittelkontaminationen im Zusammenhang mit M. luteus darstellt.

Die hemmende Wirkung von PCA auf M. luteus wurde durch Messung der Wachstumskurve untersucht und die Ergebnisse auf der Grundlage des OD600-Werts ermittelt. Wie in Abb. 1a dargestellt, erreichte das Wachstum von M. luteus nach 10 Stunden eine stabile Phase mit einem OD600-Wert von 0,63. PCA bei 1/2 × MHK hemmte das Wachstum von M. luteus innerhalb von 24 Stunden vollständig, und PCA bei 1/4 × MHK und 1/8 × MHK hemmte das Wachstum teilweise. Im Vergleich zur Kontrollgruppe verringerte sich die endgültige Bakterienkonzentration von M. luteus unter der Behandlung von PCA mit 1/2 × MHK um 2/3 und unter der Behandlung von PCA mit 1/4 × MHK um die Hälfte. Darüber hinaus nahm das Wachstum von M. luteus mit zunehmender PCA-Konzentration ab. Daher könnten niedrige PCA-Konzentrationen das Wachstum von M. luteus stärker hemmen.

(a) Die Wachstumskurven von M. luteus BNCC 102589, die unterschiedlichen PCA-Konzentrationen ausgesetzt waren. (b) Die Auswirkungen von PCA auf das Membranpotential von M. luteus BNCC 102589. (c) Die Auswirkungen von PCA auf die intrazellulären ATP-Spiegel von M. luteus BNCC 102589. (d) Die Auswirkungen von PCA auf den pH-Wert von M. luteus BNCC 102589.

Das Membranpotential ist die Potentialdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite der Zellmembran. Sowohl die Depolarisation als auch die Hyperpolarisation des Membranpotentials könnten möglicherweise die Zellmembran schädigen. Dementsprechend dient die Aufrechterhaltung des Membranpotentials als Indikator für die Membranintegrität31. Da Veränderungen des Zellmembranpotentials zu Veränderungen der Fluoreszenzlichtintensität führen können, können Veränderungen des Membranpotentials indirekt durch die Fluoreszenzintensität charakterisiert werden. DiBAC4(3) ist ein lipophiles Anion, das in Zellen mit gestörtem Membranpotential eindringen und an intrazelluläre Proteine oder Membranen binden kann32. Wie in Abb. 1b dargestellt, nahm die Fluoreszenzintensität der Zellen im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant ab (P < 0,05), wenn M. luteus mit PCA bei MIC und 2 × MIC behandelt wurde. Dies weist darauf hin, dass PCA die Zellmembran von M. luteus hyperpolarisieren kann. Ähnliche Studien zeigten, dass die Behandlung von Penicillium roqueforti mit Eugenol in Kombination mit Citra zu einem schweren Kollaps der Mitochondrien führte und eine Hyperpolarisierung des Membranpotentials aufwies33. Shi et al.23 behandelten C. sakazakii mit Ferulasäure und zeigten eine Hyperpolarisierung der Zellmembran. Die Hyperpolarisierung der Zellmembran könnte durch K+ verursacht werden, um das Gleichgewicht der internen und extrazellulären Potentiale nach der Änderung des pH-Werts oder der Zellmembranpermeabilität aufrechtzuerhalten34. Daher könnte PCA nach Einwirkung auf M. luteus die Permeabilität bakterieller Zellmembranen erhöhen und das Zellmembranpotential verändern, wodurch M. luteus gehemmt wird.

ATP spielt als energiereiche Phosphatverbindung eine entscheidende Rolle im Energiestoffwechsel. Der normale intrazelluläre ATP-Spiegel befindet sich in einem stabilen Zustand. Wenn die Zellmembran beschädigt ist, kommt es zu einer Störung des intrazellulären ATP-Metabolismus und der ATP-Spiegel in den Bakterienzellen sinkt rapide. Somit ist der ATP-Gehalt in der Lage, den Überlebensstatus der Zelle anzuzeigen. In diesem Experiment wurde Glühwürmchen-Luciferase verwendet, um die Auswirkungen von PCA auf die intrazelluläre ATP-Konzentration von M. luteus zu bewerten. Wie in Abb. 1c dargestellt, war die intrazelluläre ATP-Lumineszenzintensität von M. luteus, der mit PCA bei MIC und 2 × MIC behandelt wurde, im Vergleich zu unbehandelten Zellen signifikant niedriger (P <0, 05), während sich die extrazelluläre ATP-Lumineszenzintensität nicht signifikant änderte. Dies weist darauf hin, dass das intrazelluläre ATP nach der PCA-Behandlung auf natürliche Weise erschöpft war und dass die Abnahme der intrazellulären ATP-Konzentration auf die Störung der Zellmorphologie und eine Erhöhung der Zellmembranpermeabilität zurückzuführen sein könnte21. Dies steht im Einklang mit den Erkenntnissen von Shi et al.14, die C. sakazakii mit 2 × MIC und 4 × MIC von PCA behandelten und eine Abnahme des intrazellulären ATP-Gehalts in C. sakazakii feststellten. Sie berichteten, dass PCA die Geschwindigkeit der ATP-Hydrolyse durch C. sakazakii erhöhte und die Durchlässigkeit der Zellmembran verändern und so die Bakterien hemmen konnte.

Veränderungen des pH-Werts können auf eine Schädigung der Bakterienzellen hinweisen. Zellen mit intakten Zellmembranen können einen stabilen inneren pH-Wert aufrechterhalten, wenn sich der äußere pH-Wert mäßig ändert35. Abbildung 1d zeigt Veränderungen im intrazellulären pH-Wert von M. luteus, wie durch die Erkennung von Fluoreszenz angezeigt. Der pH-Wert normaler M. luteus-Zellen betrug 6,40 ± 0,18. Der pH-Wert der mit PCA behandelten M. luteus-Zellen sank im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant (P < 0,05). Der pH-Wert sank von 6,40 ± 0,18 auf 5,24 ± 0,07. Diese Ergebnisse stimmen mit denen von Gonelimali et al.36 überein, die herausfanden, dass die Behandlung von S. aureus und E. coli mit ethanolischen Nelkenextrakten und Wasserextrakten zu einer Senkung des pH-Werts führte. Diese Veränderungen deuten darauf hin, dass die Zellmembran der Bakterien beschädigt wurde. PCA beeinflusst die innere Umgebung von M. luteus-Zellen und führt zu abnormalen Stoffwechselfunktionen dieser Zellen35.

Die Durchlässigkeit der intrazellulären Membran von M. luteus wurde mit zwei Fluoreszenzsonden, SYTO 9 und Propidiumiodid (PI) aus dem LIVE/DEAD®BacLight™-Kit, zum Eindringen in Zellen untersucht. SYTO 9 durchquerte frei die Zellmembran aller Zellen, färbte sich auf Nukleinsäuren und emittierte grüne Fluoreszenz. PI kann die intakte Zellmembran nicht passieren, sondern kann nur die beschädigte Zellmembran passieren und Nukleinsäure anfärben, indem es rote Fluoreszenz aussendet37. Nachdem M. luteus mit dem Fluoreszenzfarbstoff angefärbt wurde, wurden die Ergebnisse der durch CLSM beobachteten Fluoreszenzfarbänderung erzielt (Abb. 2a – c). Die intakten Zellen der Kontrollgruppe emittierten hellgrüne Fluoreszenz (Abb. 2a), was das Überleben der Zellen darstellt. Durch die Behandlung von M. luteus mit MIC und 2 × MIC von PCA wurde die grüne Fluoreszenz im Sichtfeld deutlich reduziert und die rote Fluoreszenz deutlich verstärkt, was den Zelltod darstellt. Eine ähnliche Wirkungsweise wurde von Zhao et al.38 berichtet. Plantaricin konnte die bakterielle Aktivität gegen S. aureus teilweise hemmen. Mit zunehmender Plantaricinkonzentration nahm die PI-Aufnahme deutlich zu und mehr Zellen wechselten von grün nach rot. Dies weist darauf hin, dass Plantaricin die Zellmembranintegrität von S. aureus stört. CLSM-Beobachtungen zeigten, dass PCA die Permeabilität der Zellmembran erhöhte, die Integrität der M. luteus-Zellmembran störte und die Exsudation seines Inhalts induzierte, was zum Zelltod führte39.

Die Auswirkungen von PCA auf die Zellmembranintegrität von M. luteus BNCC 102589 von CLSM. M. luteus-Zellen wurden mit PCA bei (a) 0 × MIC, (b) MIC bzw. (c) 2 × MIC behandelt. Die rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen von M. luteus BNCC 102589 unter verschiedenen Behandlungen. M. luteus wurden mit PCA bei (d) 0 × MIC, (e) MIC bzw. (f) 2 × MIC behandelt.

Die Integrität der Zellmembran und die morphologischen Veränderungen von PCA-behandeltem M. luteus wurden außerdem durch FEG-SEM beobachtet. Die Ergebnisse sind in Abb. 2d–f dargestellt. Unbehandelte M. luteus-Zellen hatten eine intakte Zellmembran, die Zellen waren voll und glatt und zeigten eine abgerundete tetragonale Kugelform (Abb. 2d). Die PCA-behandelten Zellen mit MIC waren leicht deformiert und es trat eine kleine Menge schleimartiges Material auf (Abb. 2e). Die Oberfläche der mit PCA bei 2 × MIC behandelten Zellen war faltig, verlor die ursprüngliche tetragonale sphärische Morphologie und wurde zu einem verschwommenen Umriss (Abb. 2f). Diese Ergebnisse zeigten, dass PCA die Integrität der M. luteus-Zellmembran etwas verringerte. Ähnliche Effekte wurden bei Y. enterocolitica untersucht. Der Grad der Schädigung in Y. enterocolitica-Zellen nahm mit zunehmender PCA-Konzentration zu, wie durch Rasterelektronenmikroskopie beobachtet wurde. Die Oberfläche der PCA-behandelten Y. enterocolitica gemäß MIC war im Vergleich zu den unbehandelten Zellen uneben und faltig. Nach der Behandlung mit 2 × MHK von PCA verlor Y. enterocolitica seine intrinsische Stäbchen-Bazillus-Morphologie und schien deformiert zu sein20. Morphologische Veränderungen in Y. enterocolitica- und M. luteus-Zellen deuteten auf die Auswirkungen von PCA auf die Membranintegrität hin und zeigten, dass PCA die Struktur mikrobieller Zellmembranen beschädigte, was zum Austreten intrazellulärer Inhalte und Veränderungen in der Zellmorphologie führte, was schließlich zum Zelltod führte.

M. luteus neigt dazu, Fleisch, Fisch, Wasserprodukte, Sojabohnenprodukte und andere Lebensmittel zu verderben. Daher wurden die hemmenden Wirkungen von PCA auf das Wachstum von M. luteus in Schweinefleisch untersucht. Wie in Tabelle 1 und Abb. 3 gezeigt, zeigte die Anzahl von M. luteus in allen Gruppen während der 5-tägigen Lagerzeit einen steigenden Trend. In Abb. 3a war jedoch am fünften Tag bei 37 °C ein leichter Rückgang der KBE zu verzeichnen. Dies liegt daran, dass die Bakterien während des Nährstoffwachstumsprozesses immer mehr Stoffwechselabfälle verbrauchten, was dem Bakterienwachstum und einer teilweisen Apoptose nicht förderlich war. Daher kam es zu einem leichten Rückgang der Gesamtzahl der Kolonien. Allerdings nahm die Gesamtzahl der mit PCA behandelten Kolonien im Vergleich zur unbehandelten Gruppe stärker ab. Die Anzahl der M. luteus im Schweinefleisch, das bei der MHK mit PCA behandelt wurde, verringerte sich um 0,26–0,31 log10 KBE/g, und die Anzahl der M. luteus, die bei der 2-fachen MHK mit PCA behandelt wurden, verringerte sich um 0,53 log10 KBE/g PCA kann das Wachstum von M. luteus in Schweinefleisch wirksam hemmen. Basierend auf den Ergebnissen in Tabelle 1 des Versuchsplans wurde mit Design Expert 11 eine multiple quadratische Regressionsgleichung erstellt: Y = 5,8 + 0,0825 A + 0,0463 B − 0,1913 C − 0,0075 AB − 0,0675 AC − 0,065 BC − 0,0795 A2 − 0,117 B2 − 0,087 C2 R2 = 0,9615 (1), wobei A, B und C Zeit, Temperatur bzw. PCA-Konzentration darstellen und log10 (N/(KBE/g)) den Logarithmus der Gesamtzahl von M. luteus darstellt Kolonien. Tabelle 2 listet die MANOVA-Ergebnisse der etablierten Regressionsgleichungen auf. Die Ergebnisse legen nahe, dass das Regressionsmodell signifikant war (P < 0,01). Der simulierte Wert des Korrelationskoeffizienten R2 betrug 0,9615 und der Wert des Korrekturkoeffizienten R2Adj betrug 0,9121, was darauf hindeutet, dass die Gleichungen gut passen und Änderungen verschiedener Bedingungen für das Wachstum von M. luteus bei Schweinefleisch genauer vorhersagen konnten. Darüber hinaus waren die Auswirkungen der PCA-Konzentration, der Zeit und der Temperatur auf die Gesamtzahl der Kolonien von M. luteus signifikant (P < 0,05). Es gab eine signifikante Wechselwirkung zwischen Zeit, Temperatur und PCA-Konzentration (P < 0,05), wie die Reaktionsoberfläche zeigt (Abb. 3). Die Zugabe von PCA zu Schweinefleisch in unserer vorherigen Studie verringerte die mittlere Anzahl von Y. enterocolitica um zwei logarithmische Zyklen während der Lagerung bei niedriger Temperatur20. In dieser Studie wurde festgestellt, dass PCA das Wachstum von M. luteus in Schweinefleisch wirksam hemmt, und seine Farbe, Fettoxidation, TPA und Wassermigration wurden analysiert. Diese umfassende und objektive Bewertung von Lebensmitteln mit quantitativen Indizes bietet eine theoretische Grundlage für die Verwendung von PCA als natürliches antimikrobielles Mittel in Fleischprodukten.

Konturdiagramme und Antwortoberflächendiagramme veranschaulichen die Auswirkungen der Wechselwirkung zwischen PCA und Variablen auf das Wachstum von M. luteus BNCC 102589 in Schweinefleisch. Die Konturdiagramme zeigen die Auswirkung der Wechselwirkungen zwischen (a) Zeit und Temperatur, (b) Zeit und PCA-Konzentration und (c) Temperatur und PCA-Konzentration auf das M. luteus-Wachstum im Schweinefleisch. Die Reaktionsflächendiagramme zeigen die Auswirkung der Wechselwirkungen zwischen (d) Zeit und Lagertemperatur, (e) Zeit und PCA-Konzentration und (f) Temperatur und PCA-Konzentration auf das M. luteus-Wachstum bei Schweinefleisch.

Die Akzeptanz von Fleisch hängt von der Variabilität der sensorischen Eigenschaften ab, darunter auch die Farbe. In bestehenden Studien wurden Kolorimeter zur Messung der Fleischfarbe verwendet40. Abbildung 4a–c zeigt, wie sich die PCA-Zugabe bei verschiedenen Lagerzeiten auf die Schweinefleischfarbe auswirkt. Der Änderungstrend des L*-Wertes (Helligkeitswert) des Schweinefleischs war relativ flach, und die a*-Werte (Rötungswert) und b*-Werte (Gelbheitswert) nahmen tendenziell ab, während die L*-, a*- und b*-Werte tendenziell abnahmen. Die Werte des Schweinefleischs in der Versuchsgruppe waren am 1., 3., 5. und 7. Tag höher als die der Blindkontrollgruppe. Das a* steht für die Frische der Schweinefleischproben. Während der späten Lagerzeit nahm der a*-Wert des Schweinefleischs in der Blindkontrollgruppe deutlich ab (Abb. 4b) und zeigte eine dunkelrote Farbe, fehlenden Glanz und einen üblen Geruch. Allerdings waren die a*-Werte der MIC- und 2 × MIC-Gruppen immer höher als die der 0 × MIC-Gruppe. Der Rückgang des a*-Werts von Schweinefleisch ist hauptsächlich auf die Oxidation von Fetten und Ölen zurückzuführen, da oxidiertes Myoglobin zu braunem Metmyoglobin wird26. Im Gegensatz dazu zeigte die Zugabe des natürlichen Antioxidans PCA eine geeignete antioxidative Aktivität, die den Rückgang der Rötung von Schweinefleisch verzögern und dessen Frische wirksam aufrechterhalten konnte. Ähnliche Ergebnisse wurden von Ruan et al.41 und Fan et al.26 berichtet. Darüber hinaus sanken die b*-Werte der Gruppe mit niedriger Konzentration nach 3–5 Tagen stark, während die b*-Werte der PCA-Behandlung mit hoher Konzentration stabiler waren (Abb. 4c). Dieses Ergebnis legt nahe, dass PCA ein potenziell wirksames natürliches Konservierungsmittel ist und die Farbe von Schweinefleisch verbessern und die Eignung für den Verbraucher erhöhen kann.

Die Auswirkungen verschiedener PCA-Konzentrationen auf den (a) L*-Wert, (b) a*-Wert, (c) b*-Wert und (d) TBARS-Gehalt von Schweinefleisch. Fehlerbalken stellen die Standardabweichung dar (n = 3).

Schweinefleisch enthält viel Fett und Fettoxidation kann zum Verderb und zur Verschlechterung von Schweinefleischprodukten führen. Die Lipidoxidation erfolgt über einen Kettenmechanismus freier Radikale zur Bildung von Endprodukten, von denen das wichtigste Aldehyde sind. Darüber hinaus wird der Gehalt an Thiobarbitursäure-reaktiven Substanzen (TBARS) durch den Malondialdehyd-Gehalt angezeigt, der durch eine Reaktion von Malondialdehyd mit Thiobarbitursäure (TBA) entsteht, die eine rosa dimere Verbindung erzeugt. Die obige Reaktion gilt als wichtiger Indikator für die Qualität von Schweinefleischprodukten42. Abbildung 4d veranschaulicht die Auswirkung der Zugabe unterschiedlicher PCA-Konzentrationen zu den TBARS-Werten von Schweinehackfleisch bei einer Lagertemperatur von 4 °C. Die anfänglichen TBARS-Werte aller Proben betrugen etwa 0,45 mg MDA/kg. Darüber hinaus stieg die MHK bei 0 × auf 1,11 mg MDA/kg, die MHK auf 0,89 mg MDA/kg und die MHK bei 2 × auf 0,85 mg MDA/kg bis zum 7. Tag. Der TBARS-Wert stieg mit zunehmender Lagerzeit von Schweinehackfleisch. Dementsprechend reduzierte die Zugabe von PCA zu Schweinefleisch wirksam die TBARS-Werte und verzögerte die Lipidoxidation, was darauf hindeutet, dass Veränderungen der TBARS im Schweinefleisch mit der antioxidativen Aktivität und den antimikrobiellen Wirkungen von PCA verbunden sind. Huang et al.43 fügten Nelken- und Rosmarinextrakte hinzu, die während der Tiefkühllagerung eine deutlich verzögernde Wirkung auf die Lipidoxidation in mit Schweinefleisch gefüllten Teigtaschen hatten. Der Anstieg des TBARS-Wertes könnte auf eine teilweise Dehydrierung und eine erhöhte Oxidation ungesättigter Fettsäuren zurückzuführen sein44.

Eine Texturprofilanalyse (TPA) wurde durchgeführt, um das menschliche Gefühl beim Kauen von Nahrungsmitteln grafisch darzustellen und Änderungen in den Textureigenschaften des Schweinefleischs anhand der Kompressionsparameter zu bewerten27,45. In Tabelle 3 sind die Änderungen der TPA-Parameter von Schweinehackfleisch während der Kühllagerung aufgeführt, wobei Härte, Klebrigkeit, Gummiigkeit und Kaubarkeitsindizes des Schweinehackfleischs mit zunehmender Lagerzeit abnahmen. Dieses Ergebnis könnte auf die Störung der myogenen Faserstruktur zurückzuführen sein, die durch den Bruch myogener Fasern und die Proteinhydrolyse verursacht wird46. Konkret sank die Härte von 0 × MIC signifikant von 140,92 ± 17,23 auf 73,36 ± 5,59 (P < 0,05), während die Testgruppe stabilere Veränderungen zeigte, was zeigt, dass PCA Änderungen in der Härte von Schweinehackfleisch während der Lagerung aufrechterhalten konnte Zeitraum. Darüber hinaus nahmen die Klebrigkeit, Gummiigkeit und Kaubarkeit von 0 × MIC nach 5–7 Tagen des Lagerungsprozesses signifikant ab (P < 0,05) und waren niedriger als die der Testgruppe. Dies zeigt, dass PCA dazu beitrug, die Klebrigkeit, Gummiigkeit und Kaubarkeit von Schweinefleisch während der Lagerzeit aufrechtzuerhalten. Der Zusammenhalt und die Belastbarkeit in den MIC- und 2 × MIC-Gruppen veränderten sich während des Lagerungsprozesses nicht wesentlich. Allerdings stiegen die drei Indizes für Elastizität, Kohäsion und Widerstandsfähigkeit in der 0 × MIC-Gruppe während des späten Lagerungsprozesses signifikant an (P < 0,05), und das Fleisch war weich und klebrig und verströmte einen üblen Geruch. Somit betrugen die Auswirkungen von PCA auf die Schweinefleischtextur bei einer Kühlung bei 4 °C in absteigender Reihenfolge 0 × MHK > MHK > 2 × MHK.

Die positive Wirkung des natürlichen Antioxidans PCA auf die Härte, Klebrigkeit, Gummiigkeit und Kaubarkeit von Schweinefleisch könnte auf seinen antimikrobiellen Mechanismus und seine antioxidative Aktivität zurückzuführen sein. PCA kann den Oxidationsprozess blockieren, die Integrität der Muskelfasern schützen und Strukturveränderungen minimieren47. Ähnliche Ergebnisse wurden bei Schweinefleisch berichtet, das mit Epicatechingallat mit Chitosan behandelt wurde48. Ebenso beobachteten Sun et al.49, dass die Nanoemulsion aus ätherischem Fenchelöl und Zimtaldehyd die Härte von Schweinefleischfrikadellen verringern und deren Elastizität und Kaubarkeit während der Lagerung aufrechterhalten kann. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass PCA einen positiven Einfluss auf diese Texturparameter hat und die Qualität von Schweinefleisch verbessern kann, was vielversprechend ist, da eine Nachfrage nach Schweinefleisch mit hervorragenden Textureigenschaften besteht.

Wassermoleküle in Fleisch und Fleischprodukten liegen hauptsächlich in drei Formen vor: freies Wasser, immobilisiertes Wasser und gebundenes Wasser. Für verschiedene Formen von Wassermolekülen zeigt die transversale Relaxationszeit (T2-Wert) mithilfe der Niederfeld-Kernspinresonanz-Technologie (LF-NMR) die Liquidität von Wassermolekülen in Fleisch und Fleischprodukten an. Während der Entspannungszeit kann Fleisch in drei Wasserzustände eingeteilt werden. Das erste ist gebundenes Wasser mit einer Relaxationszeit (T2b) im Bereich von 0,1 bis 10 ms. Das zweite ist immobilisiertes Wasser mit einer Relaxationszeit (T21) von fast 50 ms. Das dritte ist freies Wasser mit einer Relaxationszeit (T22) von 100–1000 ms50. Die Relaxationszeit (T2) repräsentiert die Mobilität des Wassers und die Peakfläche (A2) repräsentiert den Feuchtigkeitsgehalt. Dementsprechend kann anhand des T2-Spektrums51 eine qualitative Beurteilung der im Schweinefleisch vorhandenen Wasserform erfolgen. Abbildung 5a–d zeigt die Wasserverteilung in der LF-NMR-Querrelaxationszeit (T2) des Schweinefleischs mit PCA-Zusatz in verschiedenen Lagerzeiten. Die vier Peaks in der Abbildung stellen fest gebundenes Wasser (T2b), gebundenes Wasser (T2b'), immobilisiertes Wasser (T21) und freies Wasser (T22) dar, von links nach rechts52. Wie in Abb. 5 dargestellt, war der Gehalt an immobilisiertem Wasser im Schweinefleisch am höchsten, während gebundenes Wasser und freies Wasser kleinere Anteile ausmachten. Abbildung 5e zeigt Änderungen der Relaxationszeit für die vier Feuchtigkeitszustände in Schweinefleisch mit PCA-Zusatz während der verschiedenen Lagerzeiträume. Die Abbildung lässt darauf schließen, dass T2b, T2b', T21 und T22 während der Lagerung tendenziell abnahmen, während die 0 × MIC-Gruppe signifikanter abnahm als die anderen Gruppen. Die Fließfähigkeit von fest gebundenem Wasser, gebundenem Wasser, immobilisiertem Wasser und freiem Wasser nahm mit zunehmender Lagerzeit ab, während 0 × MIC die größte Wasserfließfähigkeit erreichte. Diese Ergebnisse wurden wahrscheinlich aufgrund der irreversiblen Schädigung der Muskelfasern und der möglichen Schädigung von Strukturen (z. B. Gewebe und Zellen) erzielt, was zur Migration von weniger beweglichem Wasser und zum Verlust von freiem Wasser führte. Dies zeigt, dass die Zugabe von PCA die Wassermobilität im Schweinefleisch eher verringert und die Qualität des Produkts aufrechterhält.

LF-NMR-T2-Relaxationszeitverteilungskurven für mit PCA ergänztes Schweinefleisch während verschiedener Lagerzeiträume. (a) 1., (b) 3., (c) 5. und (d) 7. Tag. (e) Die Wirkung von PCA auf die Entspannungszeit (T2) des Schweinewassers während verschiedener Lagerzeiten. Fehlerbalken stellen die Standardabweichung dar (n = 3).

Die Ergebnisse der sensorischen Bewertung von Schweinefleischfrikadellen sind in Abb. 6 dargestellt. Wie in der Abbildung zu sehen ist, unterschieden sich Farbe, Textur, Geruch, Geschmack und allgemeine Wahrnehmung der Kontroll- und PCA-behandelten Schweinefleischfrikadellen nicht signifikant voneinander (P > 0,05). Dies weist darauf hin, dass die sensorischen Eigenschaften von Schweinefleischfrikadellen, die mit PCA in Konzentrationen von MIC und 2 × MIC behandelt wurden, nicht signifikant beeinträchtigt wurden (P > 0,05). Am 7. Tag übertrafen die Textur- und Geschmackswerte der Versuchsgruppe die der Kontrollgruppe, was darauf hindeutet, dass sich Textur und Geschmack der Schweinefleischfrikadellen in der unbehandelten Gruppe veränderten, während die mit PCA behandelten Frikadellen ihre ursprüngliche Textur und ihren ursprünglichen Geschmack beibehielten. Den Ergebnissen der sensorischen Bewertung zufolge waren die mit PCA behandelten Schweinefleischfrikadellen den unbehandelten Proben vorzuziehen. Darüber hinaus hatte die PCA-Behandlung keinen Einfluss auf den Geruch und Geschmack der Schweinefleischpastetchen. Daher dürften ihre sensorischen Eigenschaften für Verbraucher akzeptabel sein.

Radardiagramm der sensorischen Eigenschaften von PCA, angewendet auf Schweinefleisch bei verschiedenen Lagerzeiten. (a) 1., (b) 3., (c) 5. und (d) 7. Tag.

Diese Studie legte nahe, dass PCA eine hohe antibakterielle Aktivität gegen M. luteus aufwies. PCA zerstörte die Integrität der Zellmembranen, was sich in einer Hyperpolarisierung der Zellmembranen, einer Abnahme der intrazellulären ATP-Konzentration und einer Abnahme des pH-Werts äußerte. CLSM- und FEG-SEM-Beobachtungen bestätigten Schäden an den Zellmembranen. Darüber hinaus hemmte die PCA-Behandlung den Anstieg von M. luteus und die Wachstumsrate des TBARS-Werts in rohem Schweinefleisch während der Lagerung erheblich, verbesserte die Farbe und Textur des rohen Schweinefleischs, verringerte die Wassermobilität und verlängerte effektiv seine Haltbarkeit. Basierend auf sensorischen Analysen könnte die Verwendung von PCA in Schweinefleisch für Verbraucher akzeptabel sein. Somit kann PCA als natürliches antimikrobielles Mittel für die Lebensmittelindustrie dienen.

Daten werden auf Anfrage zur Verfügung gestellt. Um Daten aus dieser Studie anzufordern, wenden Sie sich bitte an Sichen Liao (E-Mail-Adresse: [email protected]).

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Diese Forschung wurde vom Shaanxi Provincial Key Research and Development Project (2021NY-124), der Natural Science Foundation des Shaanxi Provincial Department of Education (21JK0541) und dem Xianyang Qin Chuangyuan Science and Technology Innovation Project (2021ZDZX-NY-0007) finanziert. .

Fakultät für Lebensmittel- und Biotechnik, Shaanxi University of Science and Technology, Xi'an, 710021, Shaanxi, China

Sichen Liao, Guoli Gong, Xuyang Wang und Lu Tian

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SL: Konzeptualisierung, Untersuchung, Schreiben – Originalentwurf, Projektverwaltung. GG: Untersuchung, Methodik, Validierung. XW: Konzeptualisierung, Supervision, Projektverwaltung. LT: Konzeptualisierung, Supervision, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung, Projektverwaltung.

Korrespondenz mit Guoli Gong oder Lu Tian.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Liao, S., Gong, G., Wang, X. et al. Membranschädigungsmechanismus von Protocatechualdehyd gegen Micrococcus luteus und seine Auswirkung auf die Qualitätsmerkmale von Schweinefleisch. Sci Rep 12, 18856 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-23309-3

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Eingegangen: 01. Juni 2022

Angenommen: 29. Oktober 2022

Veröffentlicht: 07. November 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-23309-3

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