張 倩

（河北省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，河北石家莊 050000）

我國(guó)作為一個(gè)人口大國(guó)，食品資源極為豐富，且隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，對(duì)食品的質(zhì)量要求也越來(lái)越嚴(yán)格。近年來(lái)，在信息技術(shù)的高速發(fā)展中，腐敗食品微生物群體感應(yīng)系統(tǒng)的應(yīng)用為食品資源的腐敗與微生物的生長(zhǎng)繁殖提供了新的研究方向。從當(dāng)前的研究中可知，微生物群體感應(yīng)系統(tǒng)能夠通過(guò)自主產(chǎn)生的信號(hào)分子，誘導(dǎo)細(xì)菌之間的溝通與交流，并在細(xì)菌的細(xì)胞密度變化過(guò)程中，有效調(diào)控微生物的發(fā)育過(guò)程[1]。從微生物群體感應(yīng)系統(tǒng)的研究角度出發(fā)，探究其在食品腐敗過(guò)程中的具體應(yīng)用，進(jìn)而用深層次的理論解釋微生物群體導(dǎo)致食品腐敗的原理機(jī)制，對(duì)食品安全與食品保鮮具有重要的研究?jī)r(jià)值與意義。

1 微生物群體感應(yīng)對(duì)食品腐敗過(guò)程的潛在性影響

在食品學(xué)領(lǐng)域中，微生物活動(dòng)是最終導(dǎo)致食品出現(xiàn)腐敗與變質(zhì)的主要原因[2]。而食品的營(yíng)養(yǎng)組成、食品的品種以及食品的存儲(chǔ)與包裝情況都是引起食品中微生物活動(dòng)和微生物種類(lèi)產(chǎn)生差異的主要原因。細(xì)菌在能夠促進(jìn)自身生長(zhǎng)的環(huán)境中，可以很輕松地感受到自身周?chē)嚓P(guān)細(xì)菌的密度，群體感應(yīng)在細(xì)菌繁殖中占據(jù)重要的作用。細(xì)菌可以利用群體感應(yīng)系統(tǒng)來(lái)監(jiān)控自身的群體密度變化情況，并在不斷的繁殖過(guò)程中，生產(chǎn)或分泌特定的群體感應(yīng)信號(hào)。這些信號(hào)會(huì)從細(xì)菌的細(xì)胞內(nèi)滲透到細(xì)胞外，當(dāng)群體感應(yīng)信號(hào)達(dá)到一定的臨界值時(shí)，就會(huì)與受體的蛋白產(chǎn)生一定的化學(xué)反應(yīng)，并在結(jié)合中感受或激活某些群體感應(yīng)基因。在研究中發(fā)現(xiàn)，不同的細(xì)菌所使用的群體感應(yīng)類(lèi)型是不同的，它所對(duì)應(yīng)的信號(hào)傳達(dá)方式與傳導(dǎo)能力也有所不同[3]。因此，微生物群體感應(yīng)將會(huì)以信號(hào)的方式對(duì)食品腐敗過(guò)程產(chǎn)生一定的影響，但這種影響程度受到多樣化的因素影響，所以對(duì)應(yīng)的影響效果并不會(huì)完全相同。

2 具有代表性特點(diǎn)的群體感應(yīng)系統(tǒng)

在食品中常見(jiàn)群體感應(yīng)系統(tǒng)有很多類(lèi)型，以費(fèi)氏弧菌和銅綠假單胞菌為例，這兩種細(xì)菌都屬于革蘭氏陰性菌，都是通過(guò)有效的信號(hào)來(lái)進(jìn)行群體感應(yīng)的有效調(diào)控，而且都極具有代表性，在食品發(fā)酵工程中起到了動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的作用。因此，對(duì)這兩種細(xì)菌的研究中，能夠看出群體感應(yīng)系統(tǒng)的主要基因調(diào)控特點(diǎn)。

2.1 費(fèi)氏弧菌的群體感應(yīng)系統(tǒng)分析

費(fèi)氏弧菌是一種來(lái)自于海洋的發(fā)光細(xì)菌，它作為革蘭氏陰性菌的一種，主要通過(guò)高絲氨酸內(nèi)脂實(shí)現(xiàn)群體感應(yīng)介導(dǎo)并調(diào)節(jié)生物發(fā)光。在費(fèi)氏弧菌中，主要的群體感應(yīng)系統(tǒng)是由兩個(gè)操縱子群組成的，這兩個(gè)子群分別負(fù)責(zé)編碼分子蛋白和參與信號(hào)分子合成。而當(dāng)兩個(gè)子群在群體感應(yīng)中發(fā)生結(jié)構(gòu)改變后，就會(huì)產(chǎn)生一定量的熒光素酶。海水中的費(fèi)氏弧菌群體感應(yīng)能力低，主要原因在于海水中的費(fèi)氏弧菌濃度較低，使細(xì)菌周?chē)男盘?hào)產(chǎn)生量少，合成的熒光素酶量極少，細(xì)菌無(wú)法形成發(fā)光的群體感應(yīng)效果，如圖1所示。而當(dāng)費(fèi)氏弧菌依附在海生動(dòng)物（如魚(yú)、烏賊）身體上，就會(huì)在群體感應(yīng)上呈現(xiàn)另一效果，菌體周?chē)男盘?hào)產(chǎn)生量會(huì)增多，且合成的熒光素酶也會(huì)增加，當(dāng)群體感應(yīng)達(dá)到一定程度時(shí)，熒光素酶基因就會(huì)啟動(dòng)，生物的身體上就會(huì)產(chǎn)生熒光效果。從群體感應(yīng)的密度特點(diǎn)來(lái)看，費(fèi)氏弧菌利用宿主的主體營(yíng)養(yǎng)實(shí)現(xiàn)自身的細(xì)菌菌體繁殖，進(jìn)而為宿主帶來(lái)更好的保護(hù)，這正是兩者互惠互利的最佳表現(xiàn)。

圖1 費(fèi)氏弧菌群體感應(yīng)效果圖

2.2 銅綠假單胞菌的群體感應(yīng)系統(tǒng)分析

在具有代表性的群體感應(yīng)系統(tǒng)中，銅綠假單胞菌也是一種極為常見(jiàn)的細(xì)菌，這種細(xì)菌同樣屬于革蘭氏陰性菌。與費(fèi)氏弧菌一樣，它也是通過(guò)高絲氨酸內(nèi)脂實(shí)現(xiàn)群體感應(yīng)介導(dǎo)，并在群體感應(yīng)系統(tǒng)的調(diào)控下，展開(kāi)其生命活動(dòng)的全過(guò)程。從理論的發(fā)展角度來(lái)說(shuō)，銅綠假單胞菌是費(fèi)氏弧菌的一種感應(yīng)系統(tǒng)的延伸，它和費(fèi)氏弧菌有著極為相似的感 應(yīng)源。

銅綠假單胞菌的群體感應(yīng)系統(tǒng)在層次結(jié)構(gòu)方面，呈現(xiàn)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)狀層次，其細(xì)胞內(nèi)部包含了兩套群體感應(yīng)系統(tǒng)，這兩套群體感應(yīng)系統(tǒng)相互獨(dú)立又彼此關(guān)聯(lián)密切。實(shí)驗(yàn)證明，這兩套群體感應(yīng)系統(tǒng)之間存在一定的級(jí)聯(lián)調(diào)控關(guān)系，在有效的系統(tǒng)調(diào)控管理狀態(tài)下，第二套群體感應(yīng)系統(tǒng)在完整、有活性的第一套群體感應(yīng)系統(tǒng)控制下，可以被激活，并調(diào)節(jié)多種潛在的基因表達(dá)形式。所以，在銅綠假單胞菌群中，需要對(duì)兩套群體感應(yīng)進(jìn)行有效控制，使其分別在適合時(shí)間運(yùn)行起來(lái)，能夠控制食品的腐敗 過(guò)程。

3 食品腐敗中細(xì)菌群體感應(yīng)現(xiàn)象的主要作用

在整個(gè)食品腐敗的發(fā)展過(guò)程中，通常來(lái)說(shuō)只有一種（或幾種）細(xì)菌是促進(jìn)食品腐敗的主要原因，這些細(xì)菌的最大特點(diǎn)是在食品中繁殖大量的有害物質(zhì)，這些有害物質(zhì)會(huì)散發(fā)刺鼻的味道，并給人體帶來(lái)一定的傷害[4]。在食品學(xué)中，把這些特定的腐敗細(xì)菌繁殖導(dǎo)致的腐敗過(guò)程稱(chēng)為食品腐敗的關(guān)鍵因素[5]。所以，當(dāng)前在技術(shù)上對(duì)群體感應(yīng)的研究主要集中在群體感應(yīng)對(duì)特定腐敗細(xì)菌繁殖的研究中。

從水產(chǎn)品的個(gè)體化特點(diǎn)來(lái)看，對(duì)水產(chǎn)品腐敗過(guò)程的群體感應(yīng)研究主要集中在水產(chǎn)品中的魚(yú)類(lèi)和蝦類(lèi)食品上。我國(guó)對(duì)水產(chǎn)食品的腐敗變質(zhì)研究主要集中在近20年的時(shí)間內(nèi)，有專(zhuān)家學(xué)者在研究中發(fā)現(xiàn)魚(yú)源假單細(xì)胞菌能夠分泌一種可以調(diào)控自身代謝的蛋白酶，這種蛋白酶能夠激活細(xì)菌的受體基因，并控制魚(yú)類(lèi)食品的致腐能力。還有專(zhuān)家在對(duì)海西瓦氏菌的研究中，發(fā)現(xiàn)它能夠調(diào)控細(xì)菌的生物膜，使海洋類(lèi)食品的腐敗過(guò)程被控制與改變。在生物界中，有些信號(hào)分子能夠作為細(xì)菌的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，促進(jìn)海洋食品的腐敗過(guò)程。因此，對(duì)群體感應(yīng)系統(tǒng)的研究能夠改變食品的腐敗進(jìn)程，并能夠?qū)κ称返母瘮∷俣冗M(jìn)行有效干預(yù)。

4 微生物群體感應(yīng)系統(tǒng)的具體應(yīng)用策略與手段

4.1 利用群體感應(yīng)抑制食品腐敗

在微生物的衍生與繁殖過(guò)程中，食品會(huì)受到細(xì)菌的侵蝕而在品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)和感官方面產(chǎn)生一定的不良變化，進(jìn)而影響食品的食用效果，使其喪失可食用性[6]。食品的腐敗能夠?yàn)槿藗兊纳眢w帶來(lái)一定的不良影響，輕者傷及腸胃，重者導(dǎo)致生命危險(xiǎn)。在食品衛(wèi)生安全宣傳時(shí)，人們經(jīng)?？吹接捎谑称犯瘮《鴮?dǎo)致的巨額損失或生命危機(jī)，這給食品的安全管控帶來(lái)更加嚴(yán)格的挑戰(zhàn)。多年的研究發(fā)現(xiàn)特定的微生物群體感應(yīng)是導(dǎo)致食品腐敗的主要原因。

在研究中發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌群體感應(yīng)系統(tǒng)的干擾抑制途徑主要包括3類(lèi)。①利用群體感應(yīng)系統(tǒng)抑制信號(hào)合成，使信號(hào)分子無(wú)法互相傳遞。②利用群體感應(yīng)系統(tǒng)促進(jìn)細(xì)菌信號(hào)分子降解，使細(xì)菌自身產(chǎn)生的信號(hào)分子不足，而影響細(xì)菌的群體感應(yīng)程度。③抑制信號(hào)分子與所在受體蛋白的有機(jī)融合，進(jìn)而達(dá)到能夠抑制食品腐敗速度的效果。當(dāng)前，由于大多的食品腐敗抑制劑都是通過(guò)對(duì)信號(hào)分子的抑制而實(shí)現(xiàn)降低食品腐敗速度的效果。很多人工合成的食品抑制劑雖然能夠衍生具有極強(qiáng)的干擾細(xì)菌群體感應(yīng)能力，自身帶有一定的毒性，這給食品安全帶來(lái)了一定的隱患問(wèn)題。因此，若要提取安全的食品抑制劑，還需要從食品本身的群體感應(yīng)系統(tǒng)來(lái)考慮食品防腐 問(wèn)題。

4.2 利用群體感應(yīng)系統(tǒng)抑制食品腐敗實(shí)例研究

在果蔬類(lèi)食品的腐敗過(guò)程中，最直觀的表現(xiàn)是果蔬會(huì)在腐敗的過(guò)程中呈現(xiàn)直觀的缺陷性變化。從對(duì)多種水果的研究中發(fā)現(xiàn)，在果蔬的微生物群體感應(yīng)中，菌株生成的AHLs能夠加快水果或蔬菜的腐敗，而腐敗菌果膠蛋白酶卻能夠抑制AHLs，通過(guò)對(duì)AHLs的有效調(diào)節(jié)能夠降低蛋白酶和果膠酶在受體上的活性，從而延緩果蔬類(lèi)食品的腐敗 速度。

在對(duì)黃瓜腐敗酶研究中發(fā)現(xiàn)，粘質(zhì)沙雷氏菌也能夠有效控制黃瓜中的胞外脂酶和蛋白酶，進(jìn)而能夠達(dá)到抑制黃瓜胞外果膠酸裂解酶的產(chǎn)生，并能夠降低黃瓜纖維素的生產(chǎn)速度，從而為黃瓜保鮮帶來(lái)更好的效果。在對(duì)微生物群體感應(yīng)系統(tǒng)的研究中，越來(lái)越明顯的展示出天然群體感應(yīng)抑制劑具有毒性小且濃度低的特點(diǎn)，所以其應(yīng)用對(duì)食品而言更具有安全性、可靠性。而人工群體感應(yīng)抑制劑多采用人工合成的方式進(jìn)行加工制作，且濃度較高、潛在一定的毒性，不適用于食品加工制作環(huán)節(jié)。在對(duì)群體感應(yīng)的研究中，可以明顯發(fā)現(xiàn)食品腐敗過(guò)程源于群體感應(yīng)，并受到群體感應(yīng)的不良影響而加速了腐敗的進(jìn)程；同樣，若要為食品保鮮，降低食品的腐敗速度，也需要從群體感應(yīng)系統(tǒng)角度出發(fā)，研究能夠有效抑制群體感應(yīng)系統(tǒng)對(duì)外傳播信號(hào)分子的方法，進(jìn)而抑制霉變的可能性，為食品帶來(lái)更加長(zhǎng)久的保鮮期的同時(shí)，不改變食品的品質(zhì)與安全性。

5 結(jié)語(yǔ)

信息時(shí)代的發(fā)展給群體感應(yīng)系統(tǒng)帶來(lái)了更多的研究進(jìn)展與發(fā)展方向，也給食品科學(xué)的研究帶來(lái)了更多的奇跡。在人類(lèi)不斷提高的飲食要求標(biāo)準(zhǔn)中，深入探討微生物群體感應(yīng)系統(tǒng)對(duì)食品腐敗的影響作用，并通過(guò)抑制生物群體感應(yīng)系統(tǒng)信號(hào)傳遞的方式，降低與抑制食品腐敗現(xiàn)象的發(fā)展速度，不但能夠延緩食品的腐敗進(jìn)程，還能夠給食品安全帶來(lái)更科學(xué)的保障。微生物群體感應(yīng)系統(tǒng)的不斷深入研究，必將為食品科學(xué)的發(fā)展帶來(lái)更多的驚喜。