D-核糖及肉桂醛对四川泡菜菌群多样性和生物被膜的影响

　　四川泡菜因其独特的风味深受人们喜爱，其产业已成为四川乃至我国特色产业支柱之一。目前对四川泡菜腐败的预防和控制，主要通过在发酵过程中采取措施和产品的防腐保鲜两个方面。在泡菜发酵环境中，微生物之间可以通过群体感应（ QS）系统进行交流，QS系统是细菌依赖于群体密度而调控其生理行为的一种机制。近年来越来越多的研究发现食品腐败可能受QS系统调控。群体感应抑制剂（QSI）能用于防止食品表面腐败菌或病原菌的定植、毒素产生和腐败菌的增殖，因此具备作为新型生物防腐剂的巨大潜力。然而，关于QS阻断后会对发酵环境中的微生物菌群产生何种影响的相关研究尚处于起步阶段。

　　前期研究已发现D-核糖是一种通用QSI，且常被作用医药原料、保健品、中间体和食品添加剂。已有报道称肉桂醛也是一种QSI，能够有效抑制微生物的生理行为。西华大学食品与生物工程学院的刘蕾、李娅琳和饶瑜*在发酵泡菜中分别加入D-核糖及肉桂醛，检测其对菌群多样性的影响，并进一步分析其对特定腐败菌生理特性的影响，以期为今后QS抑制效应在发酵泡菜防腐保鲜领域相关研究提供参考，并为发酵食品防腐保鲜技术开发提供新的思路。

　　D-核糖及肉桂醛对四川泡菜微生物多样性的影响

　　微生物多样性测序的可操作分类单元（OTU）信息统计结果显示，样品检测到的微生物共分布于1 个域，1 个界，4 个门，5 个纲，9 个目，11 个科，13 个属，20 个种，OTU统计为22 个。在OTU水平进行分析，对照组中Pediococcus ethanolidurans（OTU16）的数目最多（36 735），其次是unclassifiedLactobacillus（OTU20）（8 275），不含有L. paucivorans（OTU18）。D-核糖处理后有明显的变化，其中unclassifiedLactobacillus（OTU15）的数目最多（34 646），其次是P. ethanolidurans（OTU16）（8 842），而不含有S. equorum（OTU4）、L. ginsenosidimutans（OTU6）、P. acnes subsp.acnes（OTU8）、L. lactissubsp. lactis（OTU9）。与对照组相比，肉桂醛处理后作用不明显，其中P. ethanolidurans（OTU16）的丰度仍然最大（28 955），其次为unclassified Lactobacillus（OTU20）（2 827），不含有L. paucivorans（OTU18）。

　　如图1所示，对照组P. ethanolidurans占比最多，为76.35%，其次为unclassifiedLactobacillus，占比为19.38%，此外，还检测出L. sakei，占比1.70%，以及B. gunnisoniana，占比1.45%。肉桂醛处理后的群落分布中P. ethanolidurans占比依然最多，上升为85.34%，unclassifiedLactobacillus、L. sakei及B. gunnisoniana占比分别变为10.22%、2.23%及1.28%。D-核糖处理组的变化显著，其中占比最多的是unclassifiedLactobacillus，占到80.10%，而P. ethanolidurans的占比降为19.21%。该结果表明D-核糖和肉桂醛会对四川泡菜的菌群结构产生影响，且D-核糖的作用强于肉桂醛。

　　如图2所示，经肉桂醛处理后与处理组有18 个属为共同所有，Heatmap图表明样本群落结构变化不明显，Lactobacillus的占比下降，P. ethanolidurans占比上升。如图3所示，经D-核糖处理后与处理组有15 个属为共同所有，Heatmap图表明样本群落结构发生了显著变化，且Lactobacillus占比显著上调，这表明D-核糖对维持泡菜中的Lactobacillus比例具有积极的作用。

　　D-核糖及肉桂醛对四川泡菜源腐败微生物生长曲线的影响

　　从四川泡菜样本中分离出多株特定腐败菌，选择其中4 株进行后续研究。分别为Pantoea calida、Pantoea ananatis、Pantoea anthophila以及Staphylococcus saprophyticus。

　　结果显示，D-核糖对4 种微生物的生长均无显著影响，而肉桂醛对它们的生长有显著的抑制作用。其中，对P. calida从开始就表现出明显的抑制作用，对P. ananatis、P. anthophila及S. saprophyticus初期（0～10 h）生长没有明显的抑制作用，但是直至稳定期，三者的OD600 nm数值均显著低于对照组。从OD600 nm看，肉桂醛处理后P. calida菌量只能达到对照组的一半，P. ananatis、P. anthophila及S. saprophyticus的菌量也与对照组有显著差异。然而，2.1节中关于微生物不同属的相对占比结果却显示肉桂醛的影响不明显，这说明肉桂醛对单个微生物的抑菌作用并不会显著影响其菌群相对占比情况，菌群结构的变化更有可能是微生物群体信号交流改变的结果。

　　D-核糖及肉桂醛对四川泡菜源腐败微生物生物被膜形成的影响

　　结果显示，P. calida在加入D-核糖和肉桂醛之后，其生物被膜OD595 nm值分别为0.353 3和0.313 7，对比对照组的OD595 nm值3.132 5，分别降低至11%和10%，二者作用效果明显。P. ananatis在加入D-核糖和肉桂醛之后，生物被膜OD595 nm值分别为0.401 8和0.330 5，对比对照组OD595 nm值1.914 3，降低至21%和17%，作用效果也较明显。P. anthophila在加入D-核糖和肉桂醛之后，其OD595 nm值分别为0.313 5和0.257 7，对比对照组的OD595 nm值2.805 2，分别降低至11%和9%，作用效果明显。S. saprophyticus在加入D-核糖和肉桂醛之后，其OD595 nm值分别为0.305 8和0.418 0，对比未加入对照组的OD595 nm值2.856 7，分别降低至11%和15%，作用效果很明显。综上，D-核糖和肉桂醛对4 种腐败菌的生物被膜形成均具有显著的抑制作用（P＜0.01）。

　　讨 论

　　在本研究中，检测的对照样品在室温条件下存放1 个月，其主要微生物为P. ethanoliduran，而Lactobacillus占比为第2位，这表明泡菜中的微生物群落发生了变化，不利于泡菜品质控制。而加入D-核糖的处理组中，依然是Lactobacillus占比最多，表明D-核糖可能具有维持泡菜品质，延长货架期的潜在应用价值。

　　本研究特定腐败菌生长曲线及生物被膜形成的相关结果与以上研究结果一致，表明D-核糖可以在不显著影响其生长的情况下抑制被膜的形成，这说明D-核糖对被膜形成的抑制作用可能是通用的。而关于D-核糖是通过抑制QS还是同时伴随着代谢途径的改变从而影响这几株菌的生理行为，还有待进一步研究。此外，本研究发现在泡菜发酵环境中，D-核糖可以对其菌群结构产生影响，且可以将Lactobacillus的占比大幅提高。

　　本研究结果表明肉桂醛对泡菜环境中微生物组成的影响不显著，这有可能是所选择浓度不是最适宜作用浓度，也有可能是添加时间较长导致微生物组的产生适应。

　　结 论

　　
本研究通过分别外源添加D-核糖和肉桂醛这两种QSI于四川泡菜发酵液中，经微生物多样性分析发现D-核糖处理可以使样本群落结构发生显著变化，且Lactobacillus相对占比明显上调，这表明D-核糖对维持泡菜中的Lactobacillus比例具有积极的作用； 而肉桂醛的作用并不明显。进一步分析 D-核糖及肉桂醛对分离自样品中的特定腐败菌的生长性能的影响，发现D-核糖及肉桂醛均可以显著抑制特定腐败菌P. calida、P. ananatis、P. anthophila及S. saprophyticus的生物被膜形成。 以上研究为今后 QS抑制效应在发酵泡菜防腐保鲜领域相关研究提供参考，并为发酵食品防腐保鲜技术开发提供新的思路。

　　本文《D-核糖及肉桂醛对四川泡菜菌群多样性和生物被膜的影响》来自于《食品科学》2019年40卷22期53-61页，作者：刘蕾，李娅琳，聂蓉，钱杨，厍晓，陶雨飞，饶瑜*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20181106-063。