商业泡菜和发酵黄瓜的微生物群及其品质指数

《Environmental Microbiology Reports》：Microbiota and Quality Indexes of Commercial Sauerkraut and Fermented Cucumbers

　　泡菜和腌黄瓜的微生物群落及生物胺含量分析显示，乳杆菌科（如Secundilactobacillus和Levilactobacillus）占主导地位，且与腐胺、组胺含量显著相关。UPLC-MS检测发现，部分样品生物胺指数（BAI）超过安全阈值（392-541 mg/L），提示需加强发酵过程监控。

　　
### 发酵蔬菜的微生物群落与生物胺含量研究：以波兰市场泡菜和腌黄瓜为例

#### 一、研究背景与意义
发酵蔬菜作为传统食品，在东、中、西欧地区广泛食用，因其富含维生素、膳食纤维及益生菌而备受推崇。然而，发酵过程中微生物代谢产生的生物胺（如腐胺、尸胺等）可能引发健康风险，尤其是对免疫系统敏感人群。尽管已有研究关注发酵蔬菜的微生物群落和生物胺含量，但对市场产品的系统性分析仍存在空白。本研究通过纳米孔测序和质谱技术，首次结合微生物多样性与生物胺含量，揭示了波兰市场泡菜和腌黄瓜的潜在风险，为食品安全监管提供了科学依据。

#### 二、研究方法概述
1. **样品采集**
收集了2023-2024年间波兰10个地区12家生产商的14份泡菜（Sauerkraut, FK）和10份腌黄瓜（Fermented Cucumbers, FO）样本，每批次取2份500g样品，确保样本多样性。

2. **微生物分析**
采用**纳米孔测序技术**（Oxford Nanopore, r10.4.1芯片）对16S rRNA基因进行测序，结合公共数据库（NCBI）进行物种水平分类。结果显示，**Lactobacillaceae**（乳酸杆菌科）占主导地位，其中**Leuconostoc**（ Leuconostoc mesenteroides）、**Pediococcus**（Pediococcus parvulus）等是核心菌群。

3. **理化性质检测**
- **pH值**：泡菜范围为3.12-3.77，腌黄瓜为3.14-4.12。
- **总酸度**：泡菜样本中5份超过1.8%（波兰优质标准上限），腌黄瓜样本酸度均达标（>0.7%）。
- **有机酸组成**：以乳酸和乙酸为主，但泡菜中丙酸、丁酸含量波动较大（数据表S1-S2）。

4. **生物胺分析**
使用**超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）**检测9种生物胺，计算**生物胺指数（BAI）**（腐胺+尸胺+组胺+酪胺）。结果显示：
- **泡菜BAI范围**：55-541 mg/kg，其中FK8样本达511 mg/kg（超标近2倍）。
- **腌黄瓜BAI范围**：104-397 mg/kg，FO2样本BAI达397 mg/kg。
- **主要生物胺**：腐胺（Putrescine）占比最高（泡菜平均279 mg/kg，腌黄瓜平均182 mg/kg），其次为组胺（Histamine）和酪胺（Tyramine）。

#### 三、核心研究发现
1. **微生物群落特征**
- **泡菜**：
- 优势菌属：**Leuconostoc**（63.4%）、**Levilactobacillus**（26.6%）、**Secundilactobacillus**（26.9%）。
- 质量标志：pH<3.5时，**Secundilactobacillus malefermentans**占比显著上升（图1）。
- **腌黄瓜**：
- 优势菌属：**Pediococcus**（70%）、**Lentilactobacillus**（60%）。
- 异常发现：FO6样本中**Enterobacteriaceae**占比达23.6%，提示卫生风险（图3）。

2. **生物胺与微生物的关联性**
- **泡菜**：
- **Secundilactobacillus**与**Cadaverine**（r=0.620，p<0.05）及**Histamine**（r=0.206）呈正相关。
- **Leuconostoc**与所有生物胺均呈负相关（p<0.05），可能因其代谢以糖为主，抑制胺类生成。
- **腌黄瓜**：
- **Levilactobacillus**与**Cadaverine**（r=0.666，p=0.035）及**Histamine**（r=0.705，p=0.023）显著相关。
- **Enterobacteriaceae**丰度高的样本（如FO6）中，**Cadaverine**和**Putrescine**含量分别达51.15 mg/kg和176.49 mg/kg，远超安全阈值（EFSA建议上限300 mg/kg）。

3. **理化性质与生物胺的协同作用**
- **pH与胺类生成**：低pH（<3.5）环境促进胺类合成，如FK8样本pH=3.12，其**Cadaverine**含量达58.42 mg/kg，而对照组FO1 pH=3.14时仅24.05 mg/kg。
- **有机酸竞争**：高乳酸/乙酸比例（>1.8%）的泡菜样本（如FK14）中，**Putrescine**含量最高（339.45 mg/kg），可能与乳酸菌代谢途径相关。

#### 四、讨论与行业启示
1. **微生物多样性对质量的影响**
泡菜中**Leuconostoc**与**Secundilactobacillus**的竞争可能导致胺类波动。例如，FK8样本中**Leuconostoc**占比63.4%，而其**Cadaverine**含量高达58.42 mg/kg，与Tlais等（2022）关于低温发酵中**Secundilactobacillus**主导的结论一致。

2. **生物胺的潜在风险**
- **超标案例**：14份泡菜样本中，6份BAI>300 mg/kg（安全阈值），最高达541 mg/kg（FK10）。
- **毒性叠加效应**：组胺与酪胺的协同毒性可能引发头痛、血压升高等症状，需特别关注。

3. **生产工艺的改进方向**
- **控制发酵阶段**：在pH>3.5时终止发酵，减少胺类生成。
- **引入益生菌**：添加**Lactiplantibacillus plantarum**或**Pediococcus**可抑制**Enterobacteriaceae**增殖（数据表S3）。
- **优化原料**：选用未添加大蒜、 horseradish的品种（如Borus黄瓜）可降低胺类前体物质。

4. **检测技术的局限性**
- 纳米孔测序在物种水平分类时可能漏检丰度<2%的微生物（如FO6中的**Yersinia**属）。
- BAI计算未考虑不同胺类的毒性权重，需引入加权指数（如WHO建议的胺类毒性比）。

#### 五、结论与建议
1. **结论**
- 波兰市场泡菜和腌黄瓜的微生物群落以**Lactobacillaceae**为主，但**Secundilactobacillus**和**Levilactobacillus**的丰度与胺类含量呈显著正相关。
- 泡菜的胺类超标风险高于腌黄瓜，可能与更长的发酵周期（平均14天）有关。

2. **政策建议**
- 制定发酵蔬菜的**胺类分级标准**，要求每批次检测至少4种关键胺类。
- 推动**HACCP体系**在传统作坊的应用，重点关注pH监控和盐分添加（建议≥2.5%）。

3. **研究展望**
- 开发基于宏基因组学的胺类预测模型，整合环境因子（温度、湿度）和微生物代谢通路数据。
- 探索**Secundilactobacillus**的基因工程改造潜力，降低其胺类合成能力。

#### 六、补充数据价值
研究数据已上传至NCBI（BioSample编号SAMN47466429-41和SAMN47467875-84），包含：
- 纳米孔原始测序数据（Oxford Nanopore SQK-NBD114）
- 质谱检测的原始 chromatogram 文件
- 统计分析代码（R语言 vegan 和 ggplot2 包）
- 微生物培养的原始平板计数数据

#### 七、伦理与局限性声明
本研究严格遵守《赫尔辛基宣言》伦理标准，样本采集经波兰消费者保护局（NKU）批准（文件号DRE.prz.070.2.2024）。局限性包括：
1. 未检测毒素相关基因（如**ctxAB**）的变异。
2. 样本仅覆盖波兰市场，需扩大地理范围验证。
3. 未区分菌株特异性（如**Pediococcus parvulus** vs **Pediococcus pentosaceus**）。

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