使用嗜酸乳球菌（Pediococcus acidilactici）发酵剂进行木薯发酵以生产图库皮（tucupi）过程中，宏基因组及生物胺成分的变化

本研究利用分离自巴西可可发酵的 Pediooccus acidilactici 作为接种剂，通过 metagenomic 分析和 HPLC 检测，系统研究了接种处理对 manipueira 发酵过程中微生物群落及生物胺含量的影响。结果表明，接种处理显著提高了乳酸菌（Lactobacillus）比例（达75%），同时抑制了 Enterococcus 和 Bacillus 等潜在致病菌（降低至未检出）。 physicochemical 分析显示接种组在发酵24小时后 pH 值降低至3.29，总酸度增加32%，还原糖消耗量较对照组提高45%。生物胺检测发现 histamine 含量较对照组增加约2.5倍（5.78 vs 1.57 mg/kg），但未超过食品安全标准。该研究为传统发酵食品的标准化生产提供了微生物调控新策略。

　　
在巴西亚马逊地区，tucupi这种传统发酵饮料因其独特的风味和营养价值备受推崇。然而，其生产工艺依赖自然发酵，存在微生物控制不严、生物胺积累等问题。本研究通过引入乳酸菌 starter culture（Pediococcus acidilactici），系统分析了发酵过程中微生物群落动态、理化性质变化及生物胺形成规律，为标准化生产提供了科学依据。

### 传统生产工艺的挑战
传统tucupi制作主要依赖 manipueira（木薯分离液）的自然发酵。原料接触土壤后携带大量微生物，包括潜在致病菌和产胺菌。尽管传统工艺能形成特定风味，但存在两大问题：
1. **微生物失控风险**：自然发酵易受环境因素影响，导致杂菌污染。例如，Bacillus属细菌可能产毒素，Enterococcus属可能引发肠道感染。
2. **生物胺超标**：Putrescine（腐胺）和Histamine（组胺）是主要安全风险因素。研究表明，传统tucupi中组胺含量可达5.8mg/kg，接近安全阈值，对敏感人群构成威胁。

### 实验设计与技术创新
研究采用对照实验（CT）与 starter culture处理（Pa），通过多维度分析揭示发酵机制：
1. **样本采集**： manipueira样本在0、4、8、12、16、20、24小时进行采集，发酵产物tucupi同步检测。
2. **微生物鉴定**：首次引入16S rRNA测序进行代谢组学分析，发现发酵过程中8个属菌交替主导：
- **初始阶段（0-4h）**：Weissella（74%）与Lactobacillus（26%）构成优势菌群
- **中期发酵（8-16h）**：Lactobacillus占比升至60-70%，伴随pH快速下降至3.3-3.5
- **后期稳定（24h）**：Lactobacillus（75%）与Weissella（15%）形成稳定群落
3. **生物胺检测**：采用离子对HPLC-FLD技术，发现：
- Putrescine（腐胺）含量稳定在2.0-2.7mg/kg
- Histamine（组胺）在Pa处理中显著升高，24小时达5.78mg/kg（对照组2.03mg/kg）

### 关键发现解析
1. **pH与糖代谢协同作用**：
- starter culture使pH在8小时内从4.4降至3.7，较对照组快2小时
- 还原糖消耗速度加快（对照组日均消耗0.08g/L，Pa处理0.12g/L）
- 总固形物下降幅度达15%，表明有机酸生成效率提升

2. **微生物群落调控机制**：
- Weissella减少60%（从初始60%降至24h的15%）
- Lactobacillus增殖3倍（从初始29%增至75%）
- Enterococcus和Bacillus属在Pa处理中消失，Streptococcus占比降低40%
- 代谢组学显示：Lactobacillus主导硝酸盐还原（硝酸根铵化），促进糖代谢

3. **生物胺形成动力学**：
- Histamine在Pa处理中呈现时间依赖性增长（r=0.91），与Lactobacillus增殖曲线吻合
- Putrescine水平受土壤微生物初始污染影响（对照组初始2.16mg/kg vs Pa处理1.81mg/kg）
- 加热处理（95℃×40min）未破坏生物胺结构，验证热处理不影响胺含量

### 工业应用价值
1. **生产标准化**：
- starter culture使发酵周期缩短18%（从24h降至20h）
- pH稳定在3.3-3.5（符合巴西法规要求的3.5-4.3）
- 总糖含量控制在安全阈值内（<15g/L）

2. **食品安全提升**：
- 消除Bacillus属（致病风险菌）
- Enterococcus属减少70%
- Histamine含量虽升高，但仍低于安全限值（50mg/kg）

3. **品质优化**：
- 还原糖消耗效率提高30%
- 可溶性固形物保留率提升至85%
- 感官评价显示：Pa处理产品酸度（TA）达3.8meq/100mL（对照组3.4），风味更浓郁

### 未来研究方向
1. **菌株优化**：筛选HDC（组胺脱羧酶）基因阴性菌株，如已发现能降解组胺的Lactobacillus plantarum ATCC 14917
2. **过程控制**：建立基于代谢组学的发酵终点预测模型，结合pH、糖度等参数实现精准控制
3. **法规完善**：建议将组胺含量限值从现行0mg/kg（巴西标准）调整为≤2mg/kg，以适应亚马逊地区特殊人群（组胺不耐受者占比达15%）

### 结论
本研究证实，Pediococcus acidilactici starter culture能有效调控tucupi发酵过程：
1. 加速糖代谢（日均消耗速率提升50%）
2. 优化菌群结构（Lactobacillus优势度提高75%）
3. 控制生物胺水平（组胺含量低于安全限值60%）
4. 改善产品稳定性（总固形物保留率提升至85%）

这些发现为建立标准化生产工艺提供了理论支撑，同时为开发功能性tucupi产品（如低组胺版）奠定基础。建议在亚马逊地区推广" starter culture + HACCP体系"的生产模式，既能保持传统风味，又可满足现代食品安全要求。