李 彬，舒蕊華，徐幸蓮*，周光宏

(南京農業(yè)大學 教育部肉品加工與質量控制重點實驗室，江蘇，南京 210095)

液體培養(yǎng)條件下產氣腸桿菌與陰溝腸桿菌產生物胺交互作用研究

李 彬，舒蕊華，徐幸蓮*，周光宏

(南京農業(yè)大學 教育部肉品加工與質量控制重點實驗室，江蘇，南京 210095)

產氣腸桿菌和陰溝腸桿菌是發(fā)酵香腸中產尸胺和腐胺的主要腸桿菌，常同時被檢測分離出來。本研究將產氣腸桿菌和陰溝腸桿菌按7:1、5:3、4:4、3:5、1:7的比例混合接種培養(yǎng)，及分別純菌培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)在48h培養(yǎng)過程中，產氣腸桿菌有較強的產尸胺能力，而陰溝腸桿菌的產腐胺能力則相對較強；兩者混合接種培養(yǎng)時，在產尸胺方面存在明顯的協(xié)同作用，幾乎所用混合體系的尸胺產量都高于兩個純菌體系(P＜0.01)，在產腐胺方面亦存在協(xié)同交互作用，但相對較弱，混合體系的腐胺產量一直介于兩個純菌體系之間。

產氣腸桿菌；陰溝腸桿菌；尸胺；腐胺

生物胺是一類主要由氨基酸脫羧或醛和酮氨基化形成的弱堿性低分子質量含氮化合物，它是動物、植物和多數(shù)微生物體內的正常生理成分，在機體細胞活動中發(fā)揮著重要作用[1]。但是，高濃度的生物胺不僅會嚴重影響食品風味甚至改變其成分，還會對人體有著嚴重的毒害作用，可造成人神經系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)損傷，已經成為世界范圍內公認的對人體健康有潛在危害的物質[2-3]。

國內外大量研究顯示，生物胺普遍存在于蛋白質含量高的肉制品，特別是發(fā)酵肉制品中[4-5]，已經成為食品腐敗程度，特別是肉制品腐敗程度的一個重要指標[6]。生物胺主要由微生物產生氨基酸脫羧酶催化氨基酸脫羧產生，腸桿菌就是一類重要的產生物胺細菌[7]。本實驗室在前期研究中發(fā)現(xiàn)，產氣腸桿菌(E. aerogenes)和陰溝

腸桿菌(E. cloacae)是發(fā)酵香腸中常被同時檢測出的兩種產生物胺微生物，具有較強的產尸胺和腐胺的能力[8]。有研究表明，生物胺的產生，并不是某一種或者某一類微生物單獨作用的結果，而是很多因素共同作用的結果，其中微生物之間的相互作用，就是影響生物胺產生的一個重要因素[7,9-10]。因此，本實驗通過監(jiān)測產氣腸桿菌和陰溝腸桿菌混合培養(yǎng)體系內各指標的變化，研究它們之間是否存在產生物胺的相互作用，從而了解尸胺和腐胺在發(fā)酵香腸中的累積機理，為控制發(fā)酵香腸中尸胺和腐胺的含量提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 菌種與試劑

產氣腸桿菌(Enterobacter aerogenes)、陰溝腸桿菌(Enterobacter cloacae)均為本實驗室分離保存。

酵母浸出粉、蛋白胨、瓊脂 英國Oxoid公司；尸胺、腐胺、鳥氨酸、賴氨酸、丹磺酰氯、5＇-磷酸吡哆醛標準品 美國Sigma公司；乙腈 德國Bu ..sseldorf公司；氯化鈉、高氯酸、丙酮、氨水 上?；瘜W試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

SpectramaxM2多功能酶標儀 美國分子儀器公司；Waters Alliance 2695高效液相色譜 美國Waters公司；HI9025c Microprocessor pH計 意大利哈納公司；TG16-WS臺式高速離心機 長沙湘儀離心機儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

分別將產氣腸桿菌和陰溝腸桿菌標準菌株接種于LB培養(yǎng)基中，37℃兼性厭氧條件下培養(yǎng)，制成濃度為103CFU/mL的菌懸液備用。

對裝有80mL培養(yǎng)基(含0.5g/100mL的磷酸吡哆醛、鳥氨酸和賴氨酸)的三角燒瓶做如下處理：①不接種，作為空白對照組。②接種產氣腸桿菌菌懸液800μL，做純菌培養(yǎng)。③～⑦依次接種產氣腸桿菌和陰溝腸桿菌按體積比7:1、5:3、4:4、3:5和1:7混合的菌懸液800μL，做混合培養(yǎng)。⑧接種陰溝腸桿菌菌懸液800μL，做純菌培養(yǎng)。每種處理4個重復。37℃兼性厭氧條件下培養(yǎng)，每4h取一次樣，對體系pH值、細菌OD600nm值、菌落總數(shù)、尸胺和腐胺生成量進行監(jiān)測，連續(xù)監(jiān)測48h。

1.3.2 pH值測定

采用pH計直接測定。

1.3.3 細菌OD600nm值測定

利用酶標儀在600nm波長處測定，以未加入菌液的LB培養(yǎng)基作為空白對照。

1.3.4 細菌菌落總數(shù)測定

取細菌培養(yǎng)液1mL于生理鹽水中進行適度稀釋，0.1mL稀釋液于LB瓊脂上進行平板菌落計數(shù)。

1.3.5 尸胺和腐胺生成量測定

采用高效液相色譜法。取細菌培養(yǎng)液2mL于4℃、10000×g離心10min，取1mL上清液，加入0.4mol/L的高氯酸1mL混勻制備成菌液樣品處理液。取1mL菌液樣品處理液于5mL容量瓶中，按照文獻[11]方法進行樣品前處理和高效液相色譜法測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用PASW Statistics 18軟件進行ANOVA顯著性差異分析[10]。

2 結果與分析

2.1 pH值變化

圖1 產氣腸桿菌和陰溝腸桿菌48h培養(yǎng)過程中pH值變化情況Fig.1 Effect of Enterobacter aerogenes and Enterobacter cloacae on pH during the cell culture for 48 h

由圖1可知，在48h培養(yǎng)過程中，所有處理組體系pH值總體呈現(xiàn)先下降后上升再趨于穩(wěn)定的基本趨勢。在前4h內pH值急劇下降，4h下降至最低點，而后pH值上升，在12h前pH值上升較快，之后pH值的上升趨勢逐漸減緩，到40h后pH值逐漸趨于穩(wěn)定。其中陰溝腸桿菌純菌體系在4h內pH值下降最快，且在前16h其pH值都低于其他各組，16h后與其他各組趨于一致；產氣腸桿菌純菌體系在起初的4h內pH值下降趨勢與其他各組相比較為緩慢，但仍呈現(xiàn)明顯下降趨勢，在下降至最低點后其體系pH值緩慢上升，與其他處理組無明顯差別；陰溝腸桿菌和產氣腸桿菌混合培養(yǎng)體系中各組在48h培養(yǎng)過程中體系pH值變化趨勢一致，且在16h后陰溝腸桿菌純菌體系、產氣腸桿菌純菌體系及各組之間均無顯著差異(P＞0.05)；在前16h，除混合組A:C=1:7外，其余各混合體系pH值都更趨近于產氣腸桿菌純菌體系；產氣腸桿菌和陰溝腸桿菌按1:7比例混合接種的處理組在前4h內pH值下降速率高于其他混合處理組，介于產氣腸桿菌和陰溝腸桿菌單獨培養(yǎng)之間且與產氣腸桿菌較為接近，而在之后的培養(yǎng)過程中其pH值迅速上升，體系pH值與其他各組基本保持一致甚至處于相對較高水平。

細菌產生氨基酸脫羧酶的能力，影響體系中生物胺的產生量，從而影響體系的pH值。當產氣腸桿菌與陰溝腸桿菌共同存在于同一體系時，尸胺和腐胺的產生同時影響體系的pH值。

2.2 細菌OD600nm值及菌落總數(shù)變化

在48h連續(xù)培養(yǎng)過程中，用體系的OD600nm值來衡量體系細菌總量的變化[12]。從圖2、4可知，在前4h所有處理組細菌都迅速生長，4h后生長速率開始逐漸減緩，但仍繼續(xù)生長，在36h后逐漸趨于穩(wěn)定。進一步對曲線分析發(fā)現(xiàn)：陰溝腸桿菌純菌體系的生長速率與其他組不同，在前20h都穩(wěn)定增加，在前8h，其體系OD600nm值小于其他各組，而20h后，它的OD600nm值又高于其他各組，表明陰溝腸桿菌的生長延滯期與其他各組相比較長；產氣腸桿菌純菌體系則在4h后生長速率明顯減慢，并逐漸趨于穩(wěn)定；細菌計數(shù)結果(圖3)可進一步表明產氣腸桿菌比陰溝腸桿菌的適應能力強，能更早的進入對數(shù)生長期，由此推斷：可能當產氣腸桿菌與陰溝腸桿菌混合培養(yǎng)時，產氣腸桿菌能更快速的適應環(huán)境快速生長，從而減緩甚至抑制陰溝腸桿菌的生長；產氣腸桿菌和陰溝腸桿菌混合培養(yǎng)體系中，除A:C=1:7混合組在12h后略高于其他組外，其他處理組水平相當；所有處理組在48h培養(yǎng)結束時OD600nm值并無顯著差異(P＞0.05)?？傮w而言，所有處理組細菌總數(shù)在48h連續(xù)培養(yǎng)過程中增長趨勢一致無顯著差別。

圖2 產氣腸桿菌和陰溝腸桿菌在48h培養(yǎng)過程中細菌OD600nm值的變化Fig.2 Effect of Enterobacter aerogenes and Enterobacter cloacae on optical density at 600 nm during the cell culture for 48 h

圖3 產氣腸桿菌與陰溝腸桿菌在24h培養(yǎng)過程中細菌總數(shù)的變化Fig.3 Effect of Enterobacter aerogenes and Enterobacter cloacae on total bacterial number during the cell culture for 24 h

圖4 產氣腸桿菌與陰溝腸桿菌在48h培養(yǎng)過程中細菌總數(shù)的變化Fig.4 Effect of Enterobacter aerogenes and Enterobacter cloacae on total bacterial number during the cell culture for 48 h

表1 產氣腸桿菌和陰溝腸桿菌在16～36h培養(yǎng)過程中細菌OD600nm值變化(n=4)Table 1 Change of absorption at 600nm during the cell growth for 16－36 h (n=4)

由表1可推斷，混合體系中并沒有表現(xiàn)出顯著的協(xié)同或拮抗作用，但是在16～36h階段混合體系A:C=5:3、4:4、3:5中兩種細菌可能產生了拮抗作用，抑制了其中一個細菌的生長或互相抑制了彼此的生長，使其體系OD600nm值略低于純菌體系，但是這種拮抗作用僅僅是減緩了細菌的生長速率，并不影響它們的繁殖能力，因而對最終體系的細菌總數(shù)并無影響。

2.3 生物胺生成量變化

2.3.1 尸胺生成量變化

圖5 產氣腸桿菌和陰溝腸桿菌在48h培養(yǎng)過程中對尸胺生成量的變化情況Fig.5 Effect of Enterobacter aerogenes and Enterobacter cloacae on biomass of cadaverine during the cell culture for 48 h

由圖5可知，從培養(yǎng)起始時刻開始，除陰溝腸桿菌純菌體系外，其他各組均開始產生少量尸胺；從12h開始，所有體系尸胺產量均持續(xù)不斷增加并在40～48h達到最大值。在48h培養(yǎng)過程中，所有混合培養(yǎng)體系的尸胺產量都趨近于產氣腸桿菌純菌體系，并且顯著高于陰溝腸桿菌純菌體系；培養(yǎng)終點48h時，所有混合培養(yǎng)體系的尸胺產量都顯著高于兩種純菌體系(P＜0.01)。除產氣腸桿菌和陰溝腸桿菌以1:7比例混合組外，其他各混合體系的尸胺產量從12h開始就顯著高于兩個純菌體系(P＜0.01)，并且差異隨時間不斷增加，其中A:C=7:1組與兩純菌體系差異最為明顯(P＜0.01)。

由此推出，產氣腸桿菌產尸胺能力比陰溝腸桿菌

強；在接種量相同、培養(yǎng)條件相同的情況下，當產氣腸桿菌與陰溝腸桿菌的接種比例為7:1時，即產氣腸桿菌接種量較大，在體系中占主導地位，而陰溝腸桿菌的加入又增強了其產尸胺的能力，因此該混合體系產生的尸胺最多；而接種比例為5:3、4:4、3:5的各組尸胺產量亦顯著高于兩個純菌體系(P＜0.01)，且它們之間無顯著差異(P＞0.05)，由此可知，產氣腸桿菌的存在也能加強陰溝腸桿菌的產尸胺能力。結果表明，產氣腸桿菌與陰溝腸桿菌混合培養(yǎng)增強了彼此的產尸胺能力，但并沒有改變它們產尸胺的時間，因此各個混合體系產尸胺的趨勢與純菌體系均保持一致，而產量高于純菌體系。所以，產氣腸桿菌與陰溝腸桿菌之間存在顯著的產尸胺的協(xié)同交互作用。

2.3.2 腐胺生成量變化

圖6 產氣腸桿菌和陰溝腸桿菌在48h培養(yǎng)過程中對腐胺生成量的變化情況Fig.6 Effect of Enterobacter aerogenes and Enterobacter cloacae on biomass of putrescine during the cell culture for 48 h

由圖6可知，在48h培養(yǎng)過程中，腐胺生成量明顯低于尸胺生成量，且在36h后才出現(xiàn)大幅度增長。除陰溝腸桿菌純菌體系外，其他各組在24h內產腐胺速率都相對緩慢，均未超過40μg/(lg(CFU/mL))。在48h連續(xù)培養(yǎng)過程中，陰溝腸桿菌純菌體系的腐胺生成量始終顯著高于其他各處理組(P＜0.01)，而產氣腸桿菌純菌體系的腐胺產量則始終保持在最低水平；所有混合培養(yǎng)體系的產腐胺能力基本介于兩組純菌體系之間，在36h后向陰溝腸桿菌純菌體系靠近；在48h培養(yǎng)結束時，除產氣腸桿菌與陰溝腸桿菌比例為7:1的混合體系外，其他混合培養(yǎng)體系的尸胺產量與陰溝腸桿菌純菌體系無顯著差異(P＞0.05)；值得一提的是，混合比例為4:4的培養(yǎng)體系的腐胺產量從28h開始就顯著高于其他各混合處理組(P＜0.01)，而產氣腸桿菌與陰溝腸桿菌混合比例為7:1的培養(yǎng)體系中腐胺生成量則明顯低于其他各混合處理組，其他3個處理組之間無明顯差異。

由此可以推出，陰溝腸桿菌具有相對較強的產腐胺能力，而產氣腸桿菌的產腐胺能力則較弱；由兩個純菌體系的腐胺產生趨勢可以看出，陰溝腸桿菌純菌體系的腐胺產量在36～40h有顯著地升高，而產氣腸桿菌則一直處于緩慢上升的狀態(tài)，所以，產氣腸桿菌與陰溝腸桿菌混合比例為7:1體系在36～40h腐胺產量的明顯升高應該是陰溝腸桿菌所表現(xiàn)出來的現(xiàn)象，而體系中產氣腸桿菌的存在也增強了它產腐胺的能力；當產氣腸桿菌與陰溝腸桿菌的接種比例相同(4:4)時，是混合各組產生腐胺最多的一組，且更接近于陰溝腸桿菌純菌體系，說明產氣腸桿菌對陰溝腸桿菌產腐胺的協(xié)同作用受到產氣腸桿菌多少的影響，兩者比例越接近，協(xié)同作用越明顯；總體而言，兩者混合培養(yǎng)并不會明顯增強或減弱體系的產腐胺能力，但它們之間確實存在產腐胺的協(xié)同交互作用，特別是兩者等比例混合時，交互作用最為明顯。

3 討 論

通過本實驗48h連續(xù)培養(yǎng)定時監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，所有處理組細菌總量在前4h內都迅速增加，4h后增加速率開始減緩但仍呈現(xiàn)增大趨勢并最終趨于穩(wěn)定，與國外學者研究結果基本一致[12]。結果顯示，產氣腸桿菌和陰溝腸桿菌之間存在的交互作用，并沒有增強或減弱細菌的繁殖能力，因而并不改變體系中的細菌總量。

所有處理組pH值在4h內都迅速下降，之后迅速上升直至趨于穩(wěn)定。就pH值的變化與生物胺產量的變化作比對，可發(fā)現(xiàn)，在pH值下降的4h內，所有體系都只產生少量的尸胺，幾乎沒有產生腐胺，之后伴隨著尸胺與腐胺的產生，體系的pH值也不斷上升，最后趨于平衡，與國外學者的研究結果一致[13]。有國外學者研究顯示[13]，體系的pH值可以調控Escherichia coli產生賴氨酸脫羧酶的能力，體系pH值的降低有利于E. coli產生賴氨酸脫羧酶催化賴氨酸產生尸胺，從而抵消體系中的H+，就本研究而言，體系在前4h pH值的降低，很有可能恰好為尸胺的產生提供了有利的環(huán)境基礎，而尸胺及腐胺的產生又作用于體系的pH值，使體系pH值不斷上升，最后達到平衡。

本實驗還顯示，產氣腸桿菌和陰溝腸桿菌均同時產生尸胺和腐胺，其中產氣腸桿菌產尸胺的能力較強，而陰溝腸桿菌產腐胺能力則相對較強，與國外一些學者的研究結果一致[12,14-16]；但也有學者的研究顯示[7]，陰溝腸桿菌產尸胺的能力強于產腐胺能力，與本研究結果相反，可能有以下幾個方面的原因導致此結果，首先，不同菌株產生物胺的能力不同[7]，但大多數(shù)陰溝腸桿菌的產腐胺能力都較強；其次，氨基酸脫羧作用的活性取決于培養(yǎng)基的條件，而陰溝腸桿菌的產腐胺能力特別受體系含氧量的影響，不同菌株產腐胺時所需最佳含氧量不同[17]；最后，微生物產腐胺的途徑不盡相同，除了鳥氨酸脫羧產生腐胺外，胍丁胺脫氨作用也是產生腐胺的另一個重要途徑[18]，有外國學者研究發(fā)現(xiàn)，在蘋果酒里乳酸菌產生腐胺的主要途徑就是胍丁胺的脫氨作用[19]。

產氣腸桿菌和陰溝腸桿菌產生尸胺和腐胺的變化趨勢在各處理組中都基本一致，其中尸胺在細菌的對數(shù)生長期開始產生，穩(wěn)定期顯著增加并達到穩(wěn)定，腐胺主要產生在細菌的穩(wěn)定期乃至衰亡期，在對數(shù)生長期只有少量生成，并且在整個培養(yǎng)過程中腐胺總量遠小于尸胺總量，與國外學者的研究結果基本一致[12]，本結果顯示，尸胺和腐胺的產生一般從微生物的對數(shù)生長期開始，但達到最大值的時間往往不同，這不僅取決于菌株本身的性質，還取決于培養(yǎng)條件如氨基酸含量、含氧量等。

本實驗過程中尸胺與腐胺的產生，無論是產量還是時間都基本與國外學者的研究一致，因此混合培養(yǎng)體系的尸胺產量明顯高于純菌體系就有利的證明了這兩個細菌之間確實存在產生物胺的協(xié)同交互作用，這種作用產生的原因可能是混合培養(yǎng)使體系的環(huán)境發(fā)生了改變，也可能是兩個細菌之間的信息交流調控氨基酸脫羧酶基因的表達，具體原因仍需要進一步研究證明。

4 結 論

本研究結果表明，當產氣腸桿菌和陰溝腸桿菌共同存在于同一體系中時，兩者之間存在著產生物胺的相互作用。在產尸胺方面，它們之間的協(xié)同作用明顯存在，幾乎所有混合培養(yǎng)體系的尸胺產量都高于純菌體系；而在產腐胺方面這種協(xié)同作用并沒有明顯表現(xiàn)出來，但當產氣腸桿菌與陰溝腸桿菌接近比例(5:3、4:4、3:5)混合時，體系的產腐胺能力在一定程度上加強了；產氣腸桿菌和陰溝腸桿菌在產生物胺方面的交互作用，并沒有影響細菌本身的生長及繁殖，因此在細菌總量上并沒有表現(xiàn)出差異性。以上這些相互作用的發(fā)生可能是物理、化學甚至分子層面上的因素引起的，例如信號分子傳導所引起的細菌種內和種間的信息交流，或者賴氨酸脫羧酶基因和鳥氨酸脫羧酶基因的不同表達與調控機制，具體原因還需要進一步的研究來得出結論。

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Effect of Cross-interaction betweenEnterobacter aerogenes andEnterobacter cloacaeon the Production of Biologic Amine

LI Bin，SHU Rui-hua，XU Xing-lian*，ZHOU Guang-hong
(Key Laboratory of Meat Processing and Quality Control, Ministry of Education, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)

Enterobacter aerogenesandEnterobacter cloacae, as the major cadaverine- and putrescine-producing bacteria, are often isolated simultaneously in the fermented sausages. In this study,E.aerogenesandE.cloacaewere inoculated in medium with different proportions during the culture course of 48 h.E.aerogenesrevealed strong ability to produce cadaverine, andE.cloacaeexhibited a relatively strong ability to produce putrescine. Cadaverine levels exhibited significant changes between the mixed inoculation and the two pure cultures; Two bacteria also had a weak cross-interaction on the production of putrescine.

Enterobacter aerogenes；Enterobacter cloacae；cadaverine；putrescine

TS201.3

A

1002-6630(2012)05-0160-05

2011-04-22

教育部博士點基金項目(20090097110002)

李彬(1985—)，女，碩士研究生，研究方向為肉品加工與質量安全控制。E-mail：2009108055@njau.edu.cn

*通信作者：徐幸蓮(1962—)，女，教授，博士，研究方向為畜產品加工和質量控制。E-mail：xlxu@njau.edu.cn