综述:肉类腐败中的群体感应机制:从生态选择到群体层面的放大效应

《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》:Quorum sensing in meat spoilage: From ecological selection to community-level amplification

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月27日 来源:TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY 17.4

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  摘要背景肉类腐败通常被认为是微生物污染和生长的结果,然而,储存过程中肉类的变质实际上更应该被理解为一个生态和调控过程。储存温度、氧气availability以及包装环境从初始的微生物群中筛选出主要的腐败菌株,这些菌株通过协同作用将生态优势转化为感官上的缺陷。研究范围与方法本综述探

  

摘要

背景

肉类腐败通常被认为是微生物污染和生长的结果,然而,储存过程中肉类的变质实际上更应该被理解为一个生态和调控过程。储存温度、氧气availability以及包装环境从初始的微生物群中筛选出主要的腐败菌株,这些菌株通过协同作用将生态优势转化为感官上的缺陷。

研究范围与方法

本综述探讨了群体感知(quorum sensing,QS)作为将腐败微生物的生态选择与腐败表型出现和扩增联系起来的机制。我们总结了畜禽肉中主要的腐败途径和腐败菌群,讨论了基于N-酰基高丝氨酸内酯(AHLs)、自主诱导肽(AIPs)和自主诱导物-2(AI-2)的QS系统,并考虑了QS在复杂肉类微环境中的运作方式。

主要发现与结论

现有证据表明,AHL类型的信号是在肉类腐败过程中最常被证实的QS信号,而AI-2和AIP介导的调控作用的证据仍然有限。QS可以促进菌株定植、生物膜的形成、胞外酶的分泌、营养物质的获取以及种间相互作用,从而将局部微生物生长与群体层面的腐败结果联系起来。重要的是,肉类并不是一个均匀的培养基。基质结构、扩散限制、生物膜的发展以及多物种相互作用可能会稳定“公共物品”式的合作,并产生空间异质的QS激活现象,尽管在真实肉类中的直接空间证据仍然有限。这种微生态学的视角为解释腐败表型如何非线性加剧提供了合理的框架。针对QS的策略值得进一步评估,作为传统微生物控制的补充,特别是在空间受保护的微环境和生物膜中。

引言

由微生物驱动的腐败一直是影响现代肉类供应链效率和可持续性的一个持久性问题。最近的经济模型预测,到2026年全球食品浪费成本将上升到约5400亿美元,其中与肉类产品相关的损失估计为940亿美元(Avery Dennison & Cebr, 2026)。食品损失和浪费(包括肉类腐败)占全球温室气体排放量的大约8-10%,同时也导致了大量农业资源的浪费(UNFCCC, 2024)。因此,了解微生物群落如何将高价值蛋白质来源转变为不可接受的产品,以及它们的腐败相关功能是如何被调控的,对于制定有针对性的系统级控制策略至关重要。
肉类是一种营养丰富的基质,具有较高的水分活度、丰富的可利用营养物质和近乎中性的pH值,这些条件都支持微生物的定植和生长(Chen et al., 2024; Ghasemi-Varnamkhasti, Apetrei, Lozano, & Anyogu, 2018)。尽管肉类在屠宰、加工和处理过程中会携带多种微生物,但储存条件(如冷藏、氧气可用性和包装环境)会筛选出能够持续存在并利用现有生态位的菌株(Ercolini, Russo, Torrieri, Masi, & Villani, 2006; Nychas, Skandamis, Tassou, & Koutsoumanis, 2008; Odeyemi, Alegbeleye, Strateva, & Stratev, 2020; Shao et al., 2021)。这种选择导致了不同的主要腐败菌群:在冷藏有氧条件下,Pseudomonas属细菌通常占主导地位;而在真空或改良气氛条件下,则可能是Enterobacteriaceae、Brochothrix thermosphacta或乳酸菌占主导(Casaburi, Piombino, Nychas, Villani, & Ercolini, 2015; Nychas et al., 2008; Odeyemi et al., 2020)。这些菌株的重要性不仅在于其数量上的优势,还在于它们能够产生可识别的腐败表型,包括异味、粘液形成、变色、软化以及包装膨胀。然而,仅凭生态优势并不能解释为什么这些表型通常是协同出现的,而不是独立细胞活动的累积结果。这个问题引出了对群体感知(QS)的关注,即细菌通过产生、释放和检测化学自主诱导物来协调集体行为,当信号浓度达到有效水平时(Bai & Rai, 2011; Mukherjee & Bassler, 2019)。与腐败相关的QS调控特征包括胞外酶分泌、胞外多糖的产生、生物膜的形成、营养物质的获取以及种间相互作用(Liu et al., 2022; Whiteley, Diggle, & Greenberg, 2017)。因此,QS为将主要的腐败细菌与腐败功能的协同表达联系起来提供了一个调控视角。
来自肉类系统的证据越来越多地支持QS在腐败菌群中的重要性。在肉类相关细菌中反复发现了产生AHL的菌株,特别是Hafnia alvei和Serratia属细菌,这两种细菌都与真空包装肉类的腐败有关(Bai & Rai, 2011; Bruhn et al., 2004)。后续研究进一步表明,QS相关信号在特定的包装和温度条件下可以被检测到,并且它们的出现与特定腐败菌群的丰度更为相关,而不仅仅是总微生物负荷(Blana & Nychas, 2014)。然而,如果仅将QS视为一种孤立的信号机制,就无法全面理解其在肉类腐败中的作用。肉类并不是一个均匀的培养基,而是一个由局部生长条件、扩散限制和空间组织塑造的结构化且动态的基质(Hense et al., 2007; Ndoye, Dicko, & Gill, 2025; Redfield, 2002)。在这种情况下,QS调控的功能可能具有更广泛的生态意义。一些与腐败相关的结果可能表现为共享或部分共享的资源,从而在结构化的菌群内促进合作、利用和利益稳定;局部信号积累、表面相关的生长以及微尺度生理变化也可能产生异质的而非完全同步的QS响应(Nadell, Drescher, & Foster, 2016; Nadell, Xavier, & Foster, 2009; Stewart & Franklin, 2008; Whiteley et al., 2017)。因此,应该在一个微生态学的框架内解释肉类腐败中的QS,其中社会互动、空间结构和异质响应共同调节腐败表型。

章节摘录

肉类腐败

肉类是人类的主要营养来源,因为它提供蛋白质、脂肪、B族维生素(B1/B2/B5/B12)和矿物质,尤其是锌和铁(Chen et al., 2024)。同时,其高水分活度(>0.998)、高水分含量以及接近中性到弱酸性的pH值(5.5–6.5)为各种微生物和寄生虫的生长创造了有利条件(Ghasemi-Varnamkhasti et al., 2018; Húngaro, Caturla, Horita, Furtado, & Sant'Ana, 2016)。肉类腐败源于...

肉类腐败与群体感知

最早被认为是群体感知(QS)的现象可以追溯到20世纪60年代末和70年代初,当时研究人员观察到Streptococcus pneumoniae的遗传能力和两种海洋细菌的生物发光都需要胞外分子,这表明这些分子在细胞间化学通信中起着核心作用(Whiteley et al., 2017)。起初,细胞间通信的概念遭到质疑,因此没有得到足够的重视...

复杂腐败环境中的群体感知

在真实的肉类系统中,群体感知(QS)不太可能在均匀的环境中起作用。从复杂且动态变化的细菌环境(包括生物膜、扩散受限的栖息地、受流动影响的系统以及多物种群落)中对QS的研究发展出的概念为将肉类视为一个结构化的微生态系统提供了有用的框架(Mukherjee & Bassler, 2019; Whiteley et al., 2017)。然而,直接的空间分辨证据表明...

结论

总之,肉类腐败不应简单地理解为微生物污染或独立细胞活动逐渐累积的结果。更准确地来说,它是一个生态结构化的过程,在这个过程中,储存条件筛选出主要的腐败菌株,而群体感知帮助将这种生态优势转化为协调一致的腐败相关行为。来自腐败分离株、共培养物和食物基质研究的证据显示...

未引用参考文献

Avery Dennison & Cebr, 2026; Cre?u et al., 2025; Yang et al., 2025; Zhang et al., 2025; Zhang et al., 2025.

CRediT作者贡献声明

张光富:撰写 - 原初草稿、方法论、概念构思。林玉红:形式分析、方法论。王金鹏:软件、概念构思。张玉梅:监督、概念构思。滕文迪:形式分析、方法论。庄帅:方法论、监督。王颖:形式分析、资金申请。曹金宣:资金申请、项目管理。

利益声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

数据可用性

数据可应请求提供。

资金来源

本研究得到了
山东省重点研发计划(编号:2025CXGC010811)、国家自然科学基金(编号:3257161802)以及
北京市教育委员会的R&D计划(编号:KM202310011010)的支持。
张光富|林玉红|王金鹏|张玉梅|滕文迪|庄帅|王颖|曹金宣
老年营养与健康重点实验室(北京科技商务大学),教育部,北京100048
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