热胁迫和培养温度对大肠杆菌抗热性的影响

　　大肠杆菌（Escherichia coli）是一种在自然界和动物肠道内广泛存在，极易造成食品污染的革兰氏阴性菌。高温杀菌是目前食品工业中最常使用的一种灭菌加工手段。微生物的耐热性不仅受遗传因素的影响，还受环境因素的影响。微生物会对不利环境因素产生抗性或适应性反应，近年来引起了研究者的广泛关注。研究认为，微生物面对环境温度的突然变化，其生理也会发生变化。对于大肠杆菌经不同热胁迫和培养温度处理，是否可诱导其对热抗性的变化，即是否产生同源保护作用目前尚不清楚，国内外鲜见相关报道。

　　因此，南京财经大学食品科学与工程学院、江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心以及江苏高校粮油质量安全控制及深加工重点实验室的张爱静、李琳琼和高瑀珑*等人对大肠杆菌ATCC 43889经不同热胁迫和培养温度诱导后的抗热性进行研究，探明微生物的耐热性是优化食品热加工杀菌条件的关键因素，以期为高温杀菌技术在食品工业中的应用奠定理论基础，对于保障食品加工贮藏安全、建立食品质量安全控制体系具有重要意义。

　　1.不同热胁迫处理对大肠杆菌O157:H7 ATCC 43889 D值的影响

　　结果显示，所有处理组D值的拟合度均较高（R2＞0.93）；在50、60 ℃和70 ℃热胁迫温度作用下，随着热胁迫处理次数的增加，D值逐渐增大，表明ATCC 43889经过反复热胁迫后，对热的抗性增加。在50 ℃胁迫条件下，ATCC 43889第1次热处理后的D值为3.70 min，到第10次热处理后，D值增加到6.96 min（P＜0.05），是第1次热胁迫处理后的1.88 倍；在60 ℃胁迫条件下，ATCC 43889第1次热处理后D值为3.92 min，到第10次热胁迫后，D值增加到9.33 min（P＜0.05），是第1次热胁迫时D值的2.38 倍；在70 ℃胁迫条件下，ATCC 43889第1次热胁迫后D值为3.35 min，到第10次热胁迫后，D值增加到27.40 min（P＜0.05），是第1次热胁迫处理后的8.18 倍。热胁迫温度越高，D值越大，说明ATCC 43889抗热性越强。ATCC 43889经热70 ℃反复胁迫作用后抗热性增加的最快，显著大于50 ℃和60 ℃胁迫后产生的抗热性（P＜0.05），热胁迫温度为60 ℃时，ATCC 43889的抗热性略高于50 ℃的抗热性。

　　2.不同热胁迫处理对大肠杆菌O157:H7 ATCC 43889在80 ℃致死的影响

　　结果显示，采用Weibull模型能较好地拟合ATCC 43889在50、60 ℃和70 ℃的热胁迫后获得的抗热菌株在80 ℃作用下的失活曲线，拟合程度较高（R2＞0.953 8）。此外，有结果显示，随着胁迫温度的升高，ATCC 43889抗热性呈上升趋势，无热胁迫处理对照组、50、60 ℃和70 ℃，其抗热性参数δ分别为0.64、0.80、1.13 min和1.92 min，其抗热性存在显著性差异（P＜0.05），表明随着胁迫温度的升高，其抗热性显著增加。热胁迫温度70 ℃时，抗热性参数δ是原菌株的3 倍。经过热适应的ATCC 43889比原菌株更加耐热，80 ℃处理16 min后，未经胁迫的对照组ATCC 43889数量下降了7.72 个对数，接近于全部死亡，而经70 ℃热胁迫的ATCC 43889，80 ℃处理16 min后，数量仅下降了3.36 个对数，ATCC 43889存活量明显提高。ρ参数代表热致死曲线的形状，本研究ρ＜1，对于ATCC 43889，Weibull曲线向上弯曲，为凹形曲线，表明模型曲线随着时间的延长下降趋势减缓，ATCC 43889失活率降低。此研究结果表明，提高ATCC 43889的热胁迫温度可诱导其对抗热性的增加。

　　3.不同温度培养大肠杆菌O157:H7 ATCC 43889在80 ℃的抗热性

　　经10、28、36 ℃和45 ℃培养后ATCC 43889在80 ℃其热致死曲线显示，采用Weibull模型也能较好地拟合ATCC 43889经4 种不同温度培养后在80 ℃的失活曲线，拟合程度较高（R2＞0.993 6）。 利用 Weibull模型对不同的生长温度下培养的ATCC 43889在80 ℃致死实验数据进行回归拟合，用JMP软件进行计算，获得抗性的参数δ和ρ显示，ATCC 43889培养温度为10、28、36 ℃和45 ℃，其在80 ℃的抗热性参数δ分别为2.16、2.24、3.29 min和5.69 min，随着培养温度的升高，其抗热性显著增大（P＜0.05）。 与最适生长温度 36 ℃相比，生长温度为45 ℃时，ATCC 43889抗热性显著增大（P＜0.05）； 而生长温度为 10 ℃时，其对80 ℃较为敏感，抗热性显著降低（P＜0.05），生长温度为45 ℃时抗热性参数δ是10 ℃的2.63 倍。 结果显示，生长温度为 10 ℃和45 ℃时热致死曲线的参数ρ＞1，曲线向下弯曲，为凸形曲线，表明抗性模型曲线随着时间的延长下降趋势变快，ATCC 43889随着时间的延长死亡加快，失活率在增大； 而生长温度为 28 ℃和36 ℃时热致死曲线的参数ρ＜1，曲线向上弯曲，为凹形曲线，表明抗性模型曲线随着时间的延长下降趋势变慢，ATCC 43889随着时间的延长，失活率在减小。 上述研究结果表明，培养温度升高也可胁迫诱导 ATCC 43889抗热性的增加。

　　4.热胁迫前后大肠杆菌O157:H7 ATCC 43889菌落形态和个体形态

　　由图3可以看出，未经热胁迫处理的对照组ATCC 43889培养72 h后，在TSA上菌落呈乳白色，边缘整齐，表面有光泽，湿润，光滑，正面和反面色泽一致；经过50 ℃热胁迫后的ATCC 43889，菌落形态与对照组无明显差异；经过60 ℃和70 ℃热胁迫后，菌落发生明显的变化，其表面呈褶皱状、干燥，边缘不整齐，呈锯齿状。

　　由图4可以看出，未经热胁迫处理的对照组ATCC 43889培养72 h后，在显微镜下个体呈短杆状或球状；经过50 ℃热胁迫后，个体形态略有变化，有极少数个体变长；而经过60 ℃和70 ℃热胁迫后，个体形态发生变化，几乎均变为长杆状，胁迫温度越高，变化越明显。

　　讨 论

　　
本研究发现，大肠杆菌ATCC 43889经热胁迫与升高培养温度，其抗热性均增加，经50、60 ℃和70 ℃反复热胁迫处理后，D值不断增大，且胁迫温度越高，D值越大，抗热性越强； ATCC 43889在不同的培养温度下，超过最适温度能诱导其抗热性升高，而低于最适温度的培养，其抗热性降低。 ATCC 43889经过50 ℃热胁迫后，菌落形态与对照组无明显差别； 经过 60 ℃和70 ℃热胁迫后，其菌落边缘变得不整齐，表面粗糙且干燥，个体形态变长，呈长杆状，热胁迫温度越高，这种变化越明显，这种形态的变化可能有助于其避免高温环境产生热损伤。 本研究发现， ATCC 43889经热胁迫后，可使其细胞形态也变成长杆状。 高温使 ATCC 43889形态变成长杆状与其抗热性的增强可能有一定的关系，对于高温胁迫导致其抗热性升高的作用机制正在研究。 本研究发现热胁迫对大肠杆菌 ATCC 43889产生的同源性保护作用，热胁迫是否能引起交叉保护作用的相关工作也正在研究。

　　结 论

　　大肠杆菌ATCC 43889经50、60 ℃和70 ℃反复多次热胁迫处理后，D值显著增加，热胁迫温度越高，D值越大，说明其抗热性越强。经过热胁迫后的ATCC 43889，菌落形态和个体形态发生了变化，热胁迫温度越高，形态变化越明显。经50、60 ℃和70 ℃热胁迫处理10 次传代培养的ATCC 43889在80 ℃的热致死曲线表明，胁迫温度越高，其耐热性越强。在10～45 ℃培养，采用Weibull模型能较好地拟合ATCC 43889在80 ℃作用下的抗热性曲线，随着培养温度的升高，ATCC 43889的抗热性显著增加。综上，一定热胁迫温度和培养温度的升高均有助于保护大肠杆菌ATCC 43889对热处理的失活作用。

　　本文《改善番茄红素生物利用度的研究进展》来自于《食品科学》2019年40卷22期75-80页，作者：张爱静，李琳琼，朱蕾，王鹏杰，高瑀珑。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20181015-146。