亲乙醇的乳酸菌——果糖乳杆菌（Fructilactobacillus fructivorans），作为日本传统腌制食品“纳拉祖克”（Narazuke）发酵过程中的关键微生物

《Applied and Environmental Microbiology》：Ethanolphilic lactic acid bacterium Fructilactobacillus fructivorans as the key microorganism for fermentation of narazuke, a traditional Japanese preserved food

通过分析纳珠uke制造过程中微生物群落动态，发现Fructilactobacillus fructivorans主导发酵过程，并具有乙醇亲嗜性。该菌株通过脂肪酸代谢途径改变适应高盐高乙醇环境，其乙醇耐受性源于基因簇结构冗余及特定代谢调控。研究为工业发酵菌种开发提供新思路。

　　这是一篇关于日本传统发酵食品“纳扎克”（Narazuke）中微生物群落与发酵机制的研究论文。纳扎克是一种利用酒糟（sake kasu）作为发酵媒介的腌制蔬菜食品，其历史可以追溯到公元8世纪。尽管纳扎克在传统上被广泛食用，并且具有独特的风味，但此前关于其发酵过程中微生物活动的机制仍不明确。本研究通过分析纳扎克的微生物群落变化，结合实验室规模的发酵实验，揭示了其主要发酵微生物是果糖乳杆菌（*Fructilactobacillus fructivorans*），并进一步探讨了其在高酒精环境中的适应性，为理解发酵微生物的生态适应性提供了新的视角。

### 微生物群落的演变

在纳扎克的制作过程中，微生物群落经历了显著的变化。研究发现，纳扎克的微生物群落最终由单一的乳酸菌（lactic acid bacteria, LAB）主导，这种乳酸菌是*F. fructivorans*。通过16S rRNA基因测序分析，研究人员发现，在纳扎克的制作过程中，尤其是经过多次嵌入酒糟的步骤后，*F. fructivorans*的丰度显著增加。这种微生物不仅在传统工厂的纳扎克样品中被检测到，在实验室规模的发酵实验中也表现出高度的适应性。相比之下，其他工厂生产的纳扎克样品中，微生物群落组成与传统方法有所不同，表明制作工艺对微生物群落的构建具有重要影响。

在纳扎克的原料阶段，盐渍蔬菜和酒糟中检测到了多种微生物，包括酵母菌和乳酸菌。然而，在发酵过程中，酵母菌的丰度逐渐减少，而乳酸菌则迅速占据主导地位。这一现象可能与发酵过程中乳酸菌代谢产生的酸性环境有关，这种环境能够抑制其他微生物的生长。同时，酵母菌在盐渍蔬菜中的存在也表明其在初期发酵中可能起到了一定的作用，但随着乳酸菌的生长，其影响力逐渐减弱。

### 实验室规模的发酵测试

为了进一步验证*F. fructivorans*在纳扎克发酵中的作用，研究人员在实验室中进行了为期两个月的发酵实验。实验中使用了传统工艺中的一部分——将盐渍蔬菜嵌入酒糟中，并在无氧条件下进行发酵。结果显示，*F. fructivorans*在发酵过程中显著增殖，并且随着发酵时间的延长，其代谢产物乳酸的浓度也持续上升。这表明，*F. fructivorans*不仅是纳扎克发酵过程中的主要参与者，而且其代谢活动直接促进了发酵的进行。

与此同时，实验还发现，发酵过程中其他好氧细菌的生长受到抑制，其细胞数量基本保持不变。这一现象进一步支持了*F. fructivorans*在纳扎克发酵中的主导地位。此外，通过扫描电镜观察，研究人员发现*F. fructivorans*在高酒精环境中表现出独特的细胞形态变化，这种变化可能与其对高酒精环境的适应能力有关。

### 酒精对微生物生长的影响

研究进一步探讨了酒精对*F. fructivorans*生长的影响。实验表明，纳扎克中分离出的*F. fructivorans*菌株在高浓度酒精（15%）环境下仍能正常生长，而标准菌株（NBRC 13954^T^）则无法在相同条件下生存。这一特性被称为“酒精嗜好性”（ethanolphilicity），即微生物在酒精存在下表现出更活跃的生长能力。这种特性不仅影响了*F. fructivorans*的生长速度，还影响了其细胞形态，例如在酒精缺失的环境中，其细胞长度会显著增加，而在酒精存在的情况下，细胞形态恢复正常。

此外，研究还发现，*F. fructivorans*菌株在含有不同浓度酒精的培养基中表现出更高的生长速率和生物量。这表明，酒精不仅不是抑制因素，反而可能成为促进其生长的条件。这种现象与传统的酒精耐受机制不同，因为酒精耐受通常指微生物在酒精存在下仍能维持生存，而酒精嗜好性则意味着微生物在酒精环境中具有更活跃的代谢活动。

### 酒精嗜好性的分子机制

为了进一步探讨酒精嗜好性的分子机制，研究人员对*F. fructivorans*的基因组进行了分析。研究发现，*F. fructivorans*的基因组中包含两个串联的脂肪酸合成基因簇，分别位于上游和下游区域。这两个基因簇可能在脂肪酸合成过程中发挥重要作用，而其中的*accC1*基因的失活或表达水平的降低可能与酒精嗜好性相关。通过比较转录组分析，研究人员发现，在酒精存在的情况下，*F. fructivorans*的下游基因簇（包括*fabZ3*、*accA2*等）的表达水平显著下降，而上游基因簇的表达则相对稳定。这种表达模式的变化可能影响了细胞膜的组成，从而增强了其对酒精环境的适应能力。

此外，研究还发现，酒精嗜好性可能与脂肪酸代谢的改变有关。酒精可以改变细胞膜的流动性，使其更加稳定，从而减少酒精对细胞的毒性作用。这种改变可能使得*F. fructivorans*在高酒精环境中具有更高的存活率和生长速率。然而，这种机制的具体分子细节仍有待进一步研究。

### 纳扎克的风味与健康功能

除了微生物的适应性研究，论文还探讨了纳扎克的风味形成及其健康功能。通过代谢组学分析，研究人员发现，纳扎克样品中富含多种与健康相关的代谢物，如肌苷、谷胱甘肽和*S*-腺苷甲硫氨酸。这些代谢物不仅来源于发酵过程中的乳酸菌，还可能由酵母菌等其他微生物产生。它们在发酵过程中积累，有助于形成纳扎克独特的风味，并可能对健康产生积极影响。

此外，研究还发现，纳扎克的制作过程中，盐分和酒精的共同作用有助于抑制有害微生物的生长，同时促进有益微生物的增殖。这种微生物群落的动态变化不仅影响了纳扎克的风味，还对其保存性和安全性具有重要意义。因此，纳扎克的发酵过程不仅是微生物活动的结果，也是多种因素共同作用的产物。

### 传统工艺对微生物群落的影响

论文还指出，传统纳扎克制作工艺对微生物群落的构建具有决定性作用。通过反复使用酒糟，传统工艺能够维持一个稳定的微生物环境，使得*F. fructivorans*能够在高盐和高酒精条件下持续生长。这种工艺类似于“回流发酵”（backslopping），即在发酵过程中利用前一批的发酵产物作为下一批的发酵种子。这种方式不仅有助于维持微生物的稳定性，还能够提高发酵效率，从而确保纳扎克的品质。

相比之下，一些采用非传统方法的工厂生产的纳扎克样品中，微生物群落的组成与传统方法存在显著差异。这些样品中，*F. fructivorans*的丰度较低，而其他细菌（如芽孢杆菌）则占据主导地位。这表明，传统工艺在纳扎克的微生物群落构建中起着关键作用，而现代工业化的生产方式可能会影响其微生物多样性。

### 应用前景与未来研究方向

本研究不仅揭示了纳扎克发酵过程中的关键微生物，还为工业微生物的开发提供了新的思路。由于*F. fructivorans*具有高度的酒精嗜好性，它可能在工业发酵过程中具有应用价值，尤其是在含有高浓度酒精的环境中。此外，研究还发现，*F. fructivorans*的代谢产物可能具有一定的健康益处，这为开发功能性食品提供了可能。

然而，目前的研究仍存在一些局限性。例如，*F. fructivorans*的酒精嗜好性背后的分子机制尚未完全阐明。此外，研究还发现，*F. fructivorans*在酒精缺失的环境中表现出异常的生长行为，这可能与其脂肪酸代谢的改变有关。未来的研究可以进一步探讨这些代谢变化的具体影响，以及如何通过基因工程手段增强微生物的适应性。

综上所述，本研究通过微生物群落分析和实验室发酵实验，揭示了纳扎克制作过程中关键的乳酸菌*F. fructivorans*的适应性特征，特别是其对高酒精环境的嗜好性。这一发现不仅有助于理解传统发酵食品的微生物生态，还可能为工业微生物的开发提供新的方向。