《Meat Science》：Nitrite stress acclimation of
Pediococcus pentosaceus improves nitrite degradation in fermented sausages: from phenotype to transcriptomic mechanism
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摘要亚硝酸盐是加工肉制品中广泛使用的添加剂，但其过量积累会因生成致癌的N-亚硝胺而引发严重的安全问题。乳酸菌作为发酵剂已被用于去除亚硝酸盐，但在亚硝酸盐压力下其效率往往有限。本研究旨在提升亚硝酸盐降解性能，通过逐步适应性进化培养葡萄糖片球菌和肠膜明串珠菌，随后在体外及发酵香肠中测
摘要
亚硝酸盐是加工肉制品中广泛使用的添加剂，但其过量积累会因生成致癌的N-亚硝胺而引发严重的安全问题。乳酸菌作为发酵剂已被用于去除亚硝酸盐，但在亚硝酸盐压力下其效率往往有限。本研究旨在提升亚硝酸盐降解性能，通过逐步适应性进化培养葡萄糖片球菌和肠膜明串珠菌，随后在体外及发酵香肠中测试其去除亚硝酸盐的效果。结果表明，经过适应处理的葡萄糖片球菌在体外24小时内即可将50毫克/升的NaNO?几乎完全去除（去除率为99.2%），而在香肠发酵过程中第7天的亚硝酸盐去除率也显著提高（150毫克/千克NaNO?的去除率为77.4%），优于原始菌株。微生物群落分析显示，适应后的菌株在保持生态竞争力的同时还能抑制有害的不动杆菌。对原始菌株与适应菌株的转录组分析进一步揭示了细胞功能的广泛重编程，尤其是与跨膜转运、能量代谢和大分子修复相关的基因表达发生了变化。值得注意的是，与转运相关的系统以及ATP合成途径得到上调，表明其解毒能力和能量供应有所增强，而核苷酸生物合成则受到抑制，这反映出在压力条件下菌株会策略性地重新分配资源。这些发现表明，适应性进化可通过协调的代谢调控有效提升微生物的功能。这项工作不仅为微生物亚硝酸盐代谢机制提供了新的见解，还为开发更安全、更可持续、减少添加剂依赖的发酵肉制品提供了可行策略。
引言
发酵肉制品，尤其是干发酵香肠，因其独特的风味、更长的保质期以及较高的营养价值而备受青睐（Y. Fan等人，2026；Singh、Saxena和Maity，2025）。亚硝酸钠是这类产品中不可或缺的添加剂，它能够抑制病原微生物的生长（如肉毒梭菌），稳定腌制后的颜色，并有助于形成特有的风味（Bilecen ?en和Ertürkmen，2025；Na等人，2026；Nunes等人，2026；Y. Zhang等人，2023）。然而，过量摄入亚硝酸盐会带来健康风险，因为在特定条件下它可能生成致癌的N-亚硝胺（Tian等人，2025；Q. Zhang等人，2026）。因此，随着消费者需求的增加以及食品安全法规的日益严格，人们正在加大力度减少或替代加工肉制品中的亚硝酸盐使用（de Carvalho等人，2024；Kim、Bae、Yoo、Park和Jeong，2025）。
为降低食品中的亚硝酸盐残留，人们已经探索了多种策略，包括利用抗氧化剂进行化学降解、采用γ射线照射和改良大气包装等物理处理方法，以及运用具有亚硝酸盐还原能力的酶或微生物的生物方法（Siegbahn，2025；Wang等人，2025）。其中，乳酸菌因其被认定为安全物质、适合用于肉类发酵，以及在提升产品安全性和质量方面的多重作用而备受关注（M.-N. Li等人，2024；Lu等人，2026；Y. Zhang等人，2024）。多种乳酸菌物种，包括植物乳杆菌、发酵乳杆菌、肠膜明串珠菌和葡萄糖片球菌，都已通过酶促或间接代谢途径展现出亚硝酸盐降解能力。最近的转录组和蛋白质组分析也为了解细菌亚硝酸盐代谢的分子机制提供了重要线索（Kwon等人，2022；Y. Li等人，2022；Shi等人，2023；Shi等人，2022；Yue等人，2026）。不过，亚硝酸盐本身会对乳酸菌造成严重的氧化应激，影响其生长和代谢活动，这可能会限制其在发酵过程中的亚硝酸盐降解效率。因此，提升乳酸菌对亚硝酸盐的耐受性是提高生物法去除亚硝酸盐效果的关键前提。
适应性驯化已被证明是提升微生物抵御食品相关环境压力的有效策略。先前的研究表明，让微生物预先适应酸性、盐分、渗透压、氧化或低温等压力，能够显著提高其存活率、耐受力以及代谢活性，从而提升发酵效率、发酵剂的稳定性以及发酵食品的质量（Baek、Han、Choi、Lee和Jeon，2026；He等人，2025；Sui等人，2026；Yuan等人，2026）。鉴于亚硝酸盐压力也会引发微生物广泛的生理和代谢重编程，适应性驯化或许有望成为提升乳酸菌对亚硝酸盐的耐受性和降解能力的重要手段。然而，关于乳酸菌对亚硝酸盐压力适应性的研究仍然较少，其背后的适应性机制也尚未得到系统研究，尤其是在发酵肉制品生产过程中常见的多种压力因素共同作用下的机制（如高盐度、低温、水分活度降低等）（Huang等人，2021；Lu等人，2026）。
在我们之前的研究中，从四川传统发酵香肠中分离出的葡萄糖片球菌DSM 28628和肠膜明串珠菌SIIA 9049具有较好的亚硝酸盐降解能力，在香肠发酵10天内就能将亚硝酸盐含量从100毫克/千克降至30毫克/千克以下（Ji等人，2022；Ji等人，2024；Y. Zhao等人，2022）。因此，本研究旨在建立一种乳酸菌亚硝酸盐驯化策略，评估其在提升香肠发酵过程中亚硝酸盐降解效果方面的作用，并通过转录组分析阐明其背后的适应性机制。通过结合表型特征分析与转录组分析，这项工作为了解乳酸菌对亚硝酸盐压力的适应性反应提供了新视角，也为开发低亚硝酸盐含量的发酵肉制品奠定了理论基础。
章节要点
材料
亚硝酸钠（99.9%）、氯化钠（99.9%）、磺胺酸（99.8%）、N-(1-萘基)乙二胺二盐酸盐（98%）以及其他化学品均购自中国上海的Macklin公司。DeMann、Rogosa Sharp（MRS）培养基、MRS琼脂以及计数琼脂则购自中国北京的北京奥博星生物技术有限公司。所有化学品均直接使用，无需进一步纯化。超纯水（18.4 MΩ·cm）在实验室中制备，用于配制各种溶液。瘦猪肉
原始菌株与驯化后菌株的亚硝酸盐耐受性及降解能力
葡萄糖片球菌和肠膜明串珠菌分别在不同浓度的亚硝酸钠环境下进行驯化，最高亚硝酸钠浓度为2克/升。为了确认驯化后的菌株身份，我们对它们的基因组DNA进行了测序，并使用BLAST工具将序列与NCBI NT数据库进行比对。如表S2所示，无论是原始菌株还是驯化后的菌株，都被确认为相应的葡萄糖片球菌或肠膜明串珠菌，这说明没有发生污染或菌株混淆的情况
通过驯化提升亚硝酸盐耐受性与降解能力
已知亚硝酸盐会通过产生活性氮物种、干扰酶活性以及引发氧化应激等方式破坏细胞的稳态（Shen等人，2023）。在本研究中，逐步的亚硝酸盐驯化显著提升了葡萄糖片球菌的亚硝酸盐耐受性和降解能力，这一现象在体外实验和发酵香肠系统中均有体现。驯化后菌株对亚硝酸盐的耐受性提升，表明逐渐增加的亚硝酸盐压力使得菌株能够逐步适应
结论
本研究成功建立了一种逐步亚硝酸盐驯化策略，用于提升葡萄糖片球菌和肠膜明串珠菌的亚硝酸盐降解能力。在所测试的菌株中，经过亚硝酸盐驯化的葡萄糖片球菌表现最为优异：在体外实验中，24小时内即可将50毫克/升的NaNO?去除99.2%，而在含有150毫克/千克NaNO?的发酵香肠中，第7天时去除率为77.4%，第25天时达到94%，远高于原始菌株在第25天的85%去除率。该
关于人类/动物研究的说明
本研究未涉及任何人类或动物实验。
CRediT作者贡献说明
Meijun Zeng：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，可视化，验证，方法学，研究，正式分析，数据整理，概念构建。Yanan Zhou：写作——初稿撰写，验证，研究，正式分析，数据整理，概念构建。Xiaoping Yu：验证，方法学，研究，正式分析，数据整理，概念构建。Zhe Bai：可视化，验证，资源获取，方法学，研究。Lili Ji：写作——审阅与
资金来源
本研究得到了中国国家自然科学基金（编号U24A20472）、国家现代农业产业技术体系四川生猪创新团队（编号SCCXTD-2026-8）以及中国国家现代农业产业技术体系（编号CARS-43）的支持。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。
致谢
我们感谢成都大学食品科学与生物工程学院的王波博士以及东北农业大学食品科学学院的硕士生王强在统计分析和R语言编程方面给予的帮助。
Meijun Zeng|Yanan Zhou|Xiaoping Yu|Zhe Bai|Lili Ji|Jiamin Zhang|Wei Wang
