低盐传统泡菜微生物多样性及其对亚硝酸盐和亚硝胺形成的内在作用机制

Nitrite and nitrosamine risks are considered as significant food safety issues in traditional fermented foods. Meanwhile, low-salt production of traditional fermented vegetables is a promising direction. In this study, the microbial diversity of low-salt Chinese paocais and the metabolic pathways of nitrite and nitrosamine were studied by using culture-dependent method and culture-independent methods including macro genome sequencing. The molecular fingerprints of the dominant bacteria in paocais and the specific indicator bacteria (SIB) of nitrite and nitrosamine formation were then developed, and their ecological relationship was investigated. Furthermore, the regulatory mechanism on the key enzymes of nitrite and nitrosamine formation was studied. Based on the data above, the formation mechanisms of nitrite and nitrosamine in low-salt Chinese paocai were discussed on the levels of microbial community composition and metabolism regulation. This study would lay theoretical basis for the risk control of nitrite and nitrosamine formation in Chinese fermented vegetables.

亚硝酸盐和亚硝胺风险是传统发酵食品共同面对的重大安全课题。低盐化生产是传统发酵蔬菜制品重要的发展方向之一。本项目以低盐传统泡菜为研究对象，结合传统微生物培养方法与高通量宏基因组测序技术分析不同发酵类型、不同发酵阶段的泡菜微生物多样性以及亚硝酸盐和亚硝胺的代谢途径，构建泡菜主要优势菌及亚硝酸盐和亚硝胺特征指示菌的分子指纹图谱，探究优势菌与特征指示菌间的生态关系，并在此基础上剖析亚硝酸盐和亚硝胺形成关键酶的合成与活性在泡菜微生态中的调控机制，在微生物群落结构水平和代谢调控水平上揭示低盐泡菜中亚硝酸盐和亚硝胺的形成机理，为传统发酵蔬菜生产中亚硝酸盐和亚硝胺风险控制奠定理论基础。

传统发酵蔬菜制品的低盐化生产具有良好的市场发展前景，但低盐发酵蔬菜制品的亚硝酸盐和亚硝胺风险是亟需论证和探究的重要安全课题。本项目分析了低盐四川泡菜发酵过程中微生物区系演替、亚硝酸盐等理化参数、主要代谢产物的消长规律；研究了低盐泡菜中优势乳酸菌与具有高硝酸盐降解能力肠杆菌的代谢特性、相互作用关系、以及亚硝酸形成的关键酶和代谢途径；建立了四川泡菜中7种主要亚硝胺的高效检测方法，评估了四川地区盐渍菜的亚硝胺污染状况，剖析了低盐泡菜中亚硝胺形成的可能机制。低盐四川泡菜发酵前期、中期和后期的优势菌分别为乳酸乳球菌、肠膜明串珠菌和植物乳杆菌，其他主要菌属包括魏斯氏菌、肠杆菌、克雷伯氏菌、假单胞菌、威克汉姆酵母和德巴利酵母。低盐泡菜发酵初期会出现亚硝峰（>20mg/kg），泡菜成熟后亚硝酸盐无检出。阴沟肠杆菌和产酸克雷伯菌具有较强的硝酸盐还原能力，乳酸乳球菌和肠膜明串珠菌与这两种肠杆菌存在竞争关系，植物乳杆菌表现出拮抗作用，低盐泡菜发酵初期形成的亚硝峰与这两种肠杆菌的代谢活动有关。宏基因组测序显示，氮代谢途径中的反硝化作用是四川泡菜中微生物形成亚硝酸盐的主要代谢通路，其中硝酸盐还原酶发挥重要作用。建立的GC-MS/MS耦合QuEchERS提取方法可以准确测定四川泡菜中7种亚硝胺含量，该方法的检出限和定量限分别达到0.01-0.12μg/kg和0.04-0.39μg/kg，加标回收率和相对标准偏差为86.1%-125.4%和2.3%-7.8%。406个四川泡菜样品中亚硝胺平均含量为0.56μg/kg，并且95%以上样品中亚硝胺含量处于低水平（<3μg/kg）。制作方法和包装方式对泡菜中亚硝胺含量具有显著影响（P<0.05）。干腌工艺较泡制工艺更容易导致泡菜中亚硝胺的形成。项目的研究结果为传统发酵蔬菜制品的低盐化工艺革新中亚硝酸盐和亚硝胺风险控制提供了系统的基础数据和理论支撑。