自古以来,人们已经认识到有机酸对食源性致病菌有很好的抵抗作用。有机酸作为食品和饲料的防腐添加剂已经大量的应用在罐头食品乃至玉米青饲料中。此外,欧盟禁止在饲料中添加抗生素,使得有机酸作为最有效的促生长剂已成为人们关注的焦点。
首先,有机酸的抗菌性能主要来自于它的产酸能力,使得宿主体内环境的大部分致病性细菌无法生存和繁殖。从这方面来看,环境内产酸越多或酸性越强,抗菌效果越好,这通常称为“抑菌作用”。因为细菌并不是被直接杀死,而是它们的性能受到抑制,致使它们在宿主体内生长减缓。
不过也有些有机酸也能够轻易地杀灭细菌,它们可以穿透细菌细胞壁破坏其重要的生命机能,如DNA的复制和表达。为了能够穿透细菌的细胞外膜,有机酸必须处于非游离的形式。而这取决于有机酸的化学结构以及周围环境里的PH值。有机酸一旦进入细菌的细胞质中,它们便游离出来,同时开始产酸发挥解毒作用,其中所需要的能量都来自细菌细胞。最终破坏细菌的增殖导致细菌死亡,这个过程我们称之为溶菌。
沙门氏菌
沙门氏菌是一种最常见的食源性致病菌。在世界范围内,猪肉是人类感染沙门氏菌的最为常见的传染源。在生猪中,沙门氏菌以亚临床的形式感染,引起轻度腹泻和生长性能下降。在严重的临床病例中,沙门氏菌能引起急性败血症,甚至出现死亡。不过,沙门氏菌最常见的流行形式是低水平的亚临床感染。
人类可通过近距离接触受感染的生猪而感染沙门氏菌。然而,普通人群更容易通过食入受污染且未经煮熟的猪肉而感染沙门氏菌。猪肉产品中的沙门氏菌主要是由于动物受感染以及屠宰场的卫生状况较差所引起。尽管人们通过深思熟虑要不断努力的改善屠宰场的各方面的条件来降低动物感染沙门氏菌的水平,不过至少还只是处于一种协调的方式。事实上,最近欧盟的法规要求要设定具体的目标,以降低未来几年内生猪群感染沙门氏菌的水平。而最终的目标是,人类经由食物感染沙门氏菌的风险降低到易于控制的水平,尤其是最近有数据表明目前越来越多的沙门氏菌株对人用抗生素产生耐药性。因此,从大众健康方面考虑,必须采取有效的农场防御保护措施。
有机酸
动物生产实践经验加上人类对食物链产业现有的知识,已意味着要打击猪场沙门氏菌的首要方向需集中力量去确定这个对特殊细菌最有效的有机酸。对于这一点,需要有两个必要的步骤。首先需要通过体外实验(实验室进行)从感染猪群中收集沙门氏菌,利用微生物学的方法来筛选有机酸。第二需要通过动物实验,在临床的条件下验证体外实验的结果。这确实是一个艰苦的过程。若想要实现商业化的结果,必须要在具有最好的设备和人员的研究中心内进行。
体外筛选实验
帝斯曼公司动物营养研究中心(CDNA)微生物研究小组最近进行的体外实验研究中,在各种条件下筛选了10个有机酸。在研究中,从感染猪的肠内容物内收集了3种血清型的沙门氏菌。
鼠伤寒沙门氏菌、德比沙门氏菌和肠炎沙门氏菌,这三种沙门氏菌是在全球的生猪中最常见的。其中测试混悬液含有105 CFU(菌落形成单位),这个数值足以引起仔猪感染。我们有两个指数来评估每个有机酸对沙门氏菌的影响。第一是最低抑菌浓度(MIC),这表示每种有机酸能够阻止沙门氏菌生长的最低浓度(杀菌作用)。第二是生长迟缓(GR)指数,这表示在规定的时间期限内沙门氏菌生长降低的百分比水平。最后综合分析出最有效的有机酸来对抗沙门氏菌。
另外研究结果表明,高浓度的有机酸(25mmol/l以上)同样能够阻止沙门氏菌的生长。然而当浓度降低时,研究证明最有效的有机酸包括山梨酸、苯甲酸和柠檬酸。事实上,这些酸类物质的MIC50(50%最低抑菌浓度)在一半左右或少于一半,而其他酸类物质的浓度需求见图1。这些结果对于3种血清型的沙门氏菌或多或少均具有可比性。
表1 有机酸对抗沙门氏菌体外筛选试验
GR的结果表明苯甲酸的GR指数最高(32%)、柠檬酸次之(17%)、第三是山梨酸(16%)。在这方面,其他有机酸几乎没有明显的效果。此外,3种血清型的沙门氏菌均获得类似的结果。
在中和的条件下,例如当胃内容物到达小肠,只有山梨酸(6%)和苯甲酸(13%)保留有抗菌活性。