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。