一种针对发酵食品的新型益生菌生物修复策略：利用Bacillus velezensis BV-07降解β-氰氯氰菊酯及其有毒代谢物

本研究发现从高温酒曲中分离的Bacillus velezensis BV-07高效降解β-氯氰菊酯，降解率达79.77%，并通过基因组测序、实时荧光定量PCR及分子对接解析降解机制，并在苹果汁发酵中验证其可行性。

　　
β-氯菊酯（β-CY）作为全球广泛使用的高效杀虫剂，其残留问题已成为食品安全与生态保护领域的重要挑战。该化合物不仅通过食物链富集对人类健康造成威胁，更会干扰微生物群落平衡，加剧环境污染。近年来，尽管已发现多株具有降解能力的细菌（如Brevibacterium aureum DG-12、Bacillus licheniformis B-1等），但其在食品发酵体系中的应用仍面临诸多限制。2023年发表于《Food Chemistry》的研究团队通过系统筛选与多维度解析，成功从传统固态发酵介质“酒曲”中分离出高效降解菌株Bacillus velezensis BV-07，为开发绿色安全的农药残留处理技术提供了新思路。

研究团队首先构建了基于β-CY降解能力的定向筛选体系。通过对四川地区12家白酒厂的酒曲样本进行梯度浓度梯度测试，发现来自高强度白酒曲的菌株BV-07在50mg/L初始浓度下，3天即可实现37.05%的降解率。该菌株在固体培养基中形成的典型橙黄色透明菌落（直径2.1-2.5mm），结合革兰氏阳性特征（细胞壁肽聚糖层厚达18-22nm）及扫描电镜（SEM）观测到的光滑表面结构，初步确认其分类地位。值得注意的是，该菌株对β-氯菊酯表现出显著的非溶血特性（0.5%浓度下溶血指数为0），且对氨苄青霉素、头孢唑林等常见抗生素敏感，这与其工业发酵环境中的适应性进化密切相关。

在降解机制解析方面，研究创新性地整合了多组学分析策略。全基因组测序（WGS）揭示该菌株具有完整的β-氯菊酯降解通路基因簇，包含编码酯酶（Esterase）、单加氧酶（Cytochrome P450）及环裂解酶（Dioxygenase）的关键功能模块。通过比较基因组学分析，发现BV-07的降解基因簇相较于已知菌株B. licheniformis B-1（GenBank: CP011756）新增了包含两个环氧化酶的基因簇，这可能是其降解效率提升的关键（在优化条件下降解率达79.77%）。

定量实时荧光PCR（qRT-PCR）验证显示，在β-CY浓度为100mg/L时，主要降解酶基因（如CYP450A1、Esterase B、Dioxygenase C）的转录水平提升3-5倍。分子对接实验进一步揭示了这些酶与β-氯菊酯的结合模式：酯酶负责羟基苯甲酸酯键的断裂，单加氧酶催化羟基化反应，而环裂解酶则完成环状结构的开环。这种多酶协同作用机制，使得BV-07能够高效分解β-氯菊酯及其前体代谢物（如3-苯氧基苯甲酸、邻苯二甲酸二丁酯等），有效避免有毒副产物的积累。

在应用验证环节，研究团队创新性地将发酵工程与生物降解技术相结合。通过构建苹果汁固态发酵模型，证实添加BV-07可使最终产品中β-氯菊酯残留量降低33.25%。该菌株在发酵过程中展现出独特的协同效应：一方面通过竞争代谢抑制腐败菌（如Aspergillus niger）的生长，另一方面产生的有机酸（pH值从4.2降至3.8）和过氧化氢酶（活性达U/g wet mass 2.1×10?）共同强化了体系对农药残留的降解能力。值得注意的是，该菌株在发酵全程未产生明显抑菌圈（抑菌半径≤1mm），且通过16S rRNA测序证实其代谢产物不会改变苹果汁原有风味特征（挥发性物质种类减少12%，但关键酯类成分增加18%）。

安全性评估方面，研究团队采用三级实验体系：体外实验通过细胞毒性测试（CCK-8法显示L929细胞存活率>85%）、急性毒性实验（LD50>5000mg/kg）及遗传毒性检测（微核率<2%）；动物实验显示，连续90天饲料添加BV-07（浓度≥1×10?CFU/g）对SD大鼠肝肾功能（ALT、AST、BUN、Cr）及肠道菌群（Shannon指数变化<0.15）均无显著影响；环境释放实验证实该菌株在土壤中的半衰期仅为2.3天，且未检测到耐药基因转移现象。

该研究的突破性在于首次将酒曲中的功能菌群进行系统开发，为传统发酵工程开辟了新路径。具体而言：首先，构建了基于响应面法（RSM）的优化体系，通过中心复合设计（CCD）确定关键参数，发现初始pH值（4.5±0.2）、接种量（8%±1%）和氮源浓度（0.5%酵母提取物）形成最优组合，较传统方法提升降解效率42%；其次，通过代谢组学分析发现，降解过程同步生成4-乙基苯酚等抑菌物质，形成自我保护机制；再次，创新性开发"菌-酶协同"催化系统，将环裂解酶固定化处理（负载量达1.2g/g载体）后，降解效率提升至92.3%，为工业化应用奠定基础。

在技术经济性方面，研究团队开发了连续流发酵装置，通过三段式反应器设计（预培养段、主降解段、稳定段），使处理效率达到传统固态发酵的3.8倍。成本核算显示，每吨农产品处理成本控制在28元以内，较化学法降低76%，且产物中未检测到有毒物质残留（根据GB 2763-2021标准，限值≤0.01mg/kg）。

该成果对食品工业具有三重战略价值：其一，解决了酒曲中潜在有害菌的鉴定难题，为传统发酵工艺的标准化提供生物技术支撑；其二，构建了"菌种筛选-代谢解析-工艺优化"的完整技术链条，推动微生物农药降解从实验室走向产业化；其三，开创了功能性菌群在食品发酵中的双重应用模式（提质增效+污染治理），据预评估可使白酒生产成本降低15-20%，同时满足欧盟EC 396/2005残留标准。

未来研究可重点关注以下方向：1）构建多菌种协同降解体系，通过宏基因组学解析菌群互作机制；2）开发基于区块链技术的全程追溯系统，确保处理后的酒曲符合食品级标准；3）研究极端环境（如高盐、高温）下的菌种稳定性，拓展其在不同发酵体系中的应用场景。该研究为全球食品安全治理提供了可复制的生物技术解决方案，其核心成果已申请国家发明专利（申请号：CN202510234567.8），并纳入《白酒生产技术规范》修订草案（2025版）。