低钠火腿模型中赭曲霉的渗透应激适应机制与产毒特性研究

《International Journal of Food Microbiology》：Osmotic stress as an adaptation mechanism of ochratoxigenic moulds in a dry-cured ham model system

为降低干腌火腿钠含量同时保障食品安全，研究人员通过模拟火腿基质研究赭曲霉毒素A（OTA）产生菌在NaCl/KCl替代环境下的适应机制。发现无盐条件反而促进OTA合成，黑曲霉通过HOG通路积累甘油渗透调节，而青霉采用替代机制。研究为低钠火腿工艺优化提供物种特异性防控依据。

　　

在追求健康饮食的浪潮中，传统干腌火腿产业正面临降低钠含量的迫切需求。然而，盐分不仅是风味担当，更是抑制有害霉菌生长的天然屏障。当制造商尝试用氯化钾（KCl）部分或完全替代氯化钠（NaCl）时，一个关键问题浮出水面：这种改变会否打破微生物平衡，反而促进赭曲霉毒素A（Ochratoxin A, OTA）——一种具有肾毒性和致癌性的霉菌毒素——的生成？这正是西班牙马德里康普顿斯大学的研究团队在《International Journal of Food Microbiology》上发表的研究旨在揭示的核心问题。

干腌火腿独特的加工环境为特定霉菌的生长提供了温床，其中Penicillium nordicum和Aspergillus westerdijkiae是已知的OTA产生菌。面对盐分环境的改变，这些霉菌会如何应对？它们的产毒行为将发生怎样的变化？理解其渗透应激适应机制，对于制定科学有效的低钠火腿安全策略至关重要。

研究团队创新性地采用冻干火腿基质作为培养基，模拟真实食品环境，设置了四种盐条件：无盐对照、100 g/L NaCl、100 g/L KCl以及50 g/L NaCl + 50 g/L KCl的混合盐。将两株霉菌在此环境下于25°C培养12天后，系统评估了它们的生长情况、OTA产量以及关键的渗透调节物——甘油在细胞内的积累情况，以探究其背后的适应机制。

关键技术方法

研究基于冻干干腌火腿粉末制备的培养基，构建了包含无盐对照、高NaCl、高KCl及NaCl/KCl混合盐的四种模型体系。接种Penicillium nordicum和Aspergillus westerdijkiae标准菌株后，于25°C培养12天。核心分析包括：通过菌落直径测量量化霉菌生长；采用高效液相色谱（HPLC）检测赭曲霉毒素A（OTA）产量；通过测定细胞内甘油浓度评估高渗透压甘油（HOG）通路激活状态，以阐明物种特异性渗透适应策略。

研究结果

霉菌生长与OTA产生模式

研究发现，两种霉菌在添加了盐（无论是NaCl还是KCl）的培养基中生长更快，显示出对高盐环境的高度适应性。其中，Aspergillus westerdijkiae展现出比Penicillium nordicum更强的整体生长能力和OTA产量。一个出乎意料的发现是，在不添加任何盐分的对照组培养基中，两种霉菌产生的OTA量最高。这表明，过于“舒适”的低渗环境可能不足以激发霉菌的应激响应，而适度的盐分（即轻度渗透应激）反而可能最大化毒素的生物合成。在盐替代方面，完全用KCl取代NaCl并未显著改变OTA的合成水平，这为钠减排提供了可能性。然而，需要警惕的是，部分替代（NaCl+KCl混合组）可能导致Aspergillus westerdijkiae的OTA产量升高，提示替代策略需要谨慎评估。

渗透适应机制的物种差异

为探究生长与产毒差异的内在机制，研究人员检测了细胞内甘油的积累情况。甘油是真菌应对高渗环境时常用的相容性溶质，其合成通常由高渗透压甘油（High-Osmolarity Glycerol, HOG）信号通路调控。结果表明，Aspergillus westerdijkiae在盐应激下，细胞内甘油含量显著升高，提示其HOG通路被有效激活，通过积累甘油来平衡细胞内外渗透压。相比之下，Penicillium nordicum的甘油积累量较少，这意味着它可能依赖于HOG通路以外的其他机制来适应渗透压变化，例如合成其他种类的相容性溶质或调整细胞膜通透性。这一发现揭示了两种霉菌在应对相同环境压力时采取了不同的分子策略。

OTA与次氯酸释放

研究还观察到一个现象：两种霉菌均能释放OTA和游离氯（free chlorine）。然而，这种释放行为与OTA的产量之间并未发现直接的关联性，其生物学意义和潜在机制有待进一步研究。

结论与意义

本研究深入揭示了Penicillium nordicum和Aspergillus westerdijkiae在模拟低钠干腌火腿环境中差异化的适应策略。关键结论指出，完全用KCl替代NaCl可能不会显著增加OTA风险，但部分替代方案需特别警惕Aspergillus westerdijkiae可能带来的产毒升高隐患。在机制层面，Aspergillus westerdijkiae主要依赖HOG通路介导的甘油积累应对渗透压，而Penicillium nordicum则采用了非HOG通路的替代性适应机制。这些物种特异性的发现具有重要的实践意义：它强调在开发低钠干腌火腿产品时，不能采取“一刀切”的霉菌防控方案。针对性的、基于优势菌种的监测和控制策略，例如针对性地抑制HOG通路或探索干扰青霉替代适应途径的方法，对于在降低钠含量的同时确保火腿的微生物安全至关重要。这项研究为食品工业在健康趋势与安全保障之间寻找平衡点提供了关键的科学依据。