热驱动细菌机制导致浏阳豆豉核心发酵区生物胺富集

本研究针对传统发酵豆制品浏阳豆豉在堆肥发酵过程中核心区域生物胺（BA）异常富集的安全问题，通过时空动态分析、微生物群落演替及相关性研究，揭示了高温（55°C）选择性富集非优势菌属（如嗜麦芽窄食单胞菌，Stenotrophomonas maltophilia）并显著刺激其BA合成的热驱动新机制，首次报道了贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）和索诺拉沙漠芽孢杆菌（B. sonorensis）的BA产能力，为豆豉工业化安全生产的风险控制提供了关键理论依据。

　　

豆豉，这颗源自东方的发酵美食瑰宝，以其独特的鲜香风味和丰富的营养价值，跨越数个世纪依然备受青睐。然而，在其诱人的风味背后，却潜藏着一类不容忽视的食品安全风险因子——生物胺（Biogenic Amines, BAs）。生物胺是微生物通过氨基酸脱羧作用产生的一类低分子量含氮有机化合物，过量摄入可能引发头痛、心悸、高血压等一系列不良反应。在诸如豆豉、腐乳、酱油等高蛋白发酵食品中，生物胺的积累尤为常见。尽管美国FDA和中国对部分食品（如水产品）中的某些生物胺（如组胺、酪胺）设定了限量标准，但目前国际上对于发酵豆制品中的生物胺含量尚无统一规定，这使得其安全控制面临挑战。

浏阳豆豉作为湖南的传统特色发酵豆制品，其生产仍多依赖传统手工工艺。在关键的“堆肥发酵”阶段，豆豉被置于大型竹筐中，由于微生物代谢产热和内部散热不畅，发酵堆中心区域温度可飙升至55°C以上，形成一个独特的“高温核心区”。有趣的是，这个高温区域恰恰是生物胺富集的“热点”。为何在通常抑制大多数细菌生长的高温环境下，生物胺含量反而最高？这背后的驱动机制是什么？是哪些微生物在“作祟”？它们又如何响应这种极端环境？这些问题成为解开豆豉生物胺形成之谜、提升产品安全性的关键。为此，研究人员对浏阳豆豉堆肥发酵过程进行了深入探究。

为了回答上述问题，研究人员系统采集了浏阳豆豉大型竹筐发酵器中不同位置（顶部T、中部M、底部B）和不同发酵时间点（2天和4天）的样品，共获得T2、M2、B2、T4、M4、B4六组样本。研究主要运用了以下关键技术方法：1. 高效液相色谱法（HPLC）对8种常见生物胺进行定性和定量分析；2. 16S rDNA高通量测序技术解析细菌群落结构，并结合Pearson相关性分析探讨菌群与生物胺的关联；3. 选择性培养基（添加溴甲酚紫的PCA平板）从核心样本（M4）中筛选并通过16S rDNA测序鉴定生物胺产生菌；4. 通过控制摇床转速（模拟翻堆供氧）和培养温度，评估环境因素对分离菌株生物胺合成能力的影响。

3.1. 浏阳豆豉中生物胺的时空分布特征

研究结果显示，发酵堆中心区域（M）的温度显著高于顶部和底部，尤其在发酵第2天（M2，55.86°C）和第4天（M4，57.44°C）达到峰值。与此对应，总酸度和氨基酸氮含量也在M4样本中达到最高，表明该区域代谢活动最为旺盛。更重要的是，生物胺的检测发现，7种生物胺的总量在M4样本中达到峰值（47.70 mg/kg），其中β-苯乙胺、尸胺和亚精胺的含量显著高于其他样本。这一发现打破了“高温抑制生物胺形成”的传统认知，提示核心区域可能存在耐高温且高产生物胺的特殊微生物群落。

3.2. 细菌群落结构及其与生物胺的关联

通过对细菌群落的分析，发现所有样本的优势菌门均为厚壁菌门（Firmicutes）和变形菌门（Proteobacteria）。在属水平上，共鉴定出11个优势属，包括葡萄球菌属（Staphylococcus）、克罗诺杆菌属（Cronobacter）、片球菌属（Pediococcus）、芽孢杆菌属（Bacillus）等。值得注意的是，M4样本的细菌群落多样性最高，并且含有22个其他样本中未检测到的非优势菌属（如嗜麦芽窄食单胞菌属 Stenotrophomonas）。主成分分析（PCA）表明，细菌群落结构和生物胺谱图均呈现出明显的空间分布模式。Pearson相关性分析进一步揭示，芽孢杆菌属（平均丰度9.95%）与酪胺和组胺含量呈极显著正相关（r > 0.92, p < 0.01）。更重要的是，那22个M4特有的非优势菌属与β-苯乙胺、尸胺和酪胺等生物胺也显示出显著的正相关关系（r > 0.89, p < 0.02）。这表明，核心区域生物胺的富集不仅与广泛分布的芽孢杆菌有关，更可能与这些独特的、低丰度的菌群密切相关。

3.3. 从核心发酵区筛选和鉴定生物胺产生菌

为了验证相关性分析的结果，研究人员从M4样本中成功分离出5株具有生物胺产生能力的菌株。经鉴定，它们分别为：松鼠葡萄球菌（Mammaliicoccus sciuri）B2-3、贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）B2-5、索诺拉沙漠芽孢杆菌（Bacillus sonorensis）M4-2以及两株嗜麦芽窄食单胞菌（Stenotrophomonas maltophilia）M4-1和M4-3。其中，贝莱斯芽孢杆菌和索诺拉沙漠芽孢杆菌被首次报道具有产生生物胺的能力。而嗜麦芽窄食单胞菌作为M4样本特有的非优势菌，其成功分离并证实具有产胺能力，为解释核心区域生物胺热点提供了直接的菌株证据。

3.4. 高温驱动胺产生菌促进豆豉核心发酵区生物胺富集

环境因子调控实验揭示了关键机制。当温度升至55°C时，广泛分布的菌株（如松鼠葡萄球菌B2-3和贝莱斯芽孢杆菌B2-5）的生物胺产量显著降低。然而，来自核心区的嗜麦芽窄食单胞菌M4-1在55°C高温下，其生物胺总产量反而从260.21 mg/L显著增加至443.77 mg/L。摇床转速（模拟氧气供应）对嗜麦芽窄食单胞菌M4-1的产胺能力影响不大，但对其他菌株有较明显影响。这表明，核心区域的高温环境像一个“热力过滤器”，它抑制了大多数微生物（包括可能降解生物胺的菌群）的生长，却选择性富集并激活了像嗜麦芽窄食单胞菌这样的耐热菌株，使其生物胺合成能力“超常发挥”，最终导致该区域生物胺的异常积累。

本研究系统阐明了浏阳豆豉堆肥发酵核心区域生物胺富集的热驱动细菌机制。研究结论指出，发酵堆中心的高温（>50°C）并非简单地抑制生物胺形成，而是通过选择性富集特定的耐热生物胺产生菌（如嗜麦芽窄食单胞菌），并显著刺激其胺类代谢活性，同时可能抑制了生物胺降解菌的活力，从而打破了生物胺“产生-降解”的平衡，最终导致“热点”的形成。该发现不仅首次报道了贝莱斯芽孢杆菌和索诺拉沙漠芽孢杆菌的产胺特性，更重要的是揭示了非优势菌属在特定环境压力下对生态系统功能的关键驱动作用。这项研究的意义在于，它将传统的微生物生态学分析与精确的菌株功能验证相结合，为理解复杂发酵体系中风味与安全因子的形成机制提供了新视角，对指导豆豉乃至其他传统发酵食品的工业化安全生产、制定针对性的生物胺控制策略具有重要的理论和实践价值。