利用依赖培养和独立培养的下一代测序方法，评估天然抗菌物质在真空包装牛肉汉堡储存过程中对细菌群落的影响

《Food Control》：Evaluating the impact of natural anti-microbials on bacterial communities during storage of vacuum packed beef burgers using culture-dependent and culture-independent next generation sequencing approaches

真空包装冷藏牛肉饼中三种天然防腐剂对细菌群落的影响研究表明，蔓越莓提取物显著降低总活菌数、乳酸菌和肠杆菌科数量，而虾源和蘑菇壳聚糖无效，甚至总活菌数更高。16S rRNA测序显示壳聚糖处理组以Carnobacterium为主，蔓越莓组以Lactobacillus为主，对照组三菌种均衡。

　　

安杰洛斯·帕帕多克里斯托普洛斯（Angelos Papadochristopoulos）|约瑟夫·P·凯里（Joseph P. Kerry）|娜雷尔·费根（Narelle Fegan）|凯瑟琳·M·伯吉斯（Catherine M. Burgess）|杰拉尔丁·达菲（Geraldine Duffy）

爱尔兰都柏林阿什敦（Ashtown）的Teagasc食品研究中心，邮编D15 DY05

摘要

本研究使用依赖培养和不依赖培养的方法，评估了三种天然物质（虾壳多糖、蘑菇壳多糖和蔓越莓提取物）对真空包装冷藏牛肉汉堡在储存过程中细菌群落组成的影响。这三种物质分别以2.5%的浓度添加到牛肉汉堡中，同时设置了一个不添加任何物质的对照组。汉堡被真空包装后储存在3±1°C的环境中16天。16天的冷藏储存后，检测结果显示，添加了蔓越莓提取物的汉堡中总活细菌数（1.82 log₁₀ CFU g^?1）、乳酸菌数（1.53 log₁₀ CFU g^?1）和肠杆菌科细菌数（2.5 log₁₀ CFU g^?1）显著低于对照组（P < 0.05），而B. thermosphacta在储存8天后未检出（P < 0.05）。然而，来自蘑菇和虾的壳多糖对所有测试的腐败细菌均无效。储存结束时，添加壳多糖的汉堡中的总活细菌数分别比对照组高1.15 log₁₀ CFU g^?1和0.44 log₁₀ CFU g^?1（P > 0.05），其中乳酸菌是主要菌种。通过16S rRNA测序进行的总细菌群落分析显示，添加了来自这两种来源的壳多糖的汉堡中Carnobacterium属细菌占优势，而添加了蔓越莓提取物的汉堡中Lactobacillus属细菌占优势。在对照组样本中，Lactobacillus属、Lactococcus属和Carnobacterium属细菌的数量大致相当。不依赖培养的方法为天然物质对真空包装牛肉汉堡微生物组的影响提供了有用的额外见解。

引言

肉类是人类饮食的重要组成部分，因为它富含维生素、矿物质和所有必需的氨基酸（Geiker等人，2021年）。另一方面，肉类极易变质，由于其营养成分、高水分含量以及接近中性的pH值，为微生物的繁殖提供了理想的条件（Rawdkuen，2016年）。新鲜肉类的变质是由多种微生物引起的，这些微生物会导致感官品质的变化，使产品不再适合人类食用（Snyder等人，2024年）。微生物引起的食品变质是导致食品浪费、产品召回和撤市的因素之一，也对食品行业的声誉和盈利能力产生负面影响（Amubieya & Olawepo，2024年；Snyder等人，2024年）。

牛肉的腐败微生物群起源于屠宰和胴体处理过程中来自胃肠道和皮肤的微生物污染、加工环境、进一步处理以及运输和储存过程中的污染（Bj?rkroth & Korkeala，1997年；De Filippis等人，2013年；Hultman等人，2015年；Koutsoumanis & Sofos，2004年；Stellato等人，2016年；Sung等人，2013年；Yal?in等人，2001年）。通常，只有产品中存在的一小部分微生物（称为短暂/特定腐败微生物（E(S)SO）会导致腐败（G. J. E. Nychas & Skandamis，2005年）。腐败对肉类的影响很大程度上取决于产品类型及其内在特性，如pH值、水分活性、脂肪和糖含量、酶活性、添加的防腐剂、包装条件、储存温度、储存时间以及主导的微生物群（Sofos，2014年）。变质肉类的感官品质下降包括黏液形成、异味产生、颜色变化和气体生成（Borch等人，1996年；Nychas等人，2008年）。

在冷藏条件下储存的肉类产品中，常见的腐败细菌是革兰氏阴性需氧菌或兼性厌氧菌，如Pseudomonas属细菌（P. fragi、P. fluorescens、P. putida和P. lundensis）（Doulgeraki等人，2012年；Sofos等人，2013年）。真空包装肉和在改良气氛（MAP）中储存的肉的微生物群主要由革兰氏阳性兼性厌氧菌或厌氧菌组成，如乳酸菌（Lactobacillus属、Leuconostoc属、Carnobacterium属）和B. thermosphacta（Doulgeraki等人，2012年；Pellissery等人，2020年；Sofos等人，2013年），而在低温真空储存的肉中Clostridium属也被认为是腐败微生物（Doulgeraki等人，2012年）。Shewanella putrefaciens和肠杆菌科细菌也会导致肉类产品的腐败，无论包装条件如何（Doulgeraki等人，2012年；Nychas等人，2008年；Pellissery等人，2020年）。

通过多种保存方法可以控制食品的腐败并延长新鲜肉类和加工肉制品的保质期，包括添加化学防腐剂（Amit等人，2017年）。然而，消费者越来越倾向于选择不含合成防腐剂的天然产品，因此肉类公司正在探索使用天然化合物，通常结合其他加工方法，来开发“清洁标签”肉类产品（Delgado-Pando等人，2021年；Lucera等人，2012年；Sbardelotto等人，2023年），例如精油和植物提取物、有机酸、黄酮类化合物、细菌素或动物来源的化合物（Papadochristopoulos等人，2021年）。

在大多数已发表的研究中，通过依赖培养的微生物学方法评估肉类产品的保质期，这些方法仅针对有限数量的可培养微生物种类（Chounou等人，2013年；Crist等人，2014年；Emiroglu等人，2010年；Khan等人，2017年；O’ Neill等人，2018年）。相比之下，使用不依赖培养的方法（如16S rRNA测序）可以提供更多关于总微生物组成、主要导致腐败的微生物群以及不同包装条件和添加剂如何影响产品微生物组的信息，以及微生物组在储存过程中的变化（Brightwell等人，2009年；Ercolini等人，2011年；Kaur等人，2017年；Stoops等人，2015年；Xu等人，2022年）。总体而言，关于抗菌剂对微生物组单独作用或对肉类产品中固有微生物群和食源性病原体共同作用的影响的研究较少（Bodie等人，2022年；Brown等人，2024年；Stoops等人，2015年；Wang等人，2022年；Weinroth等人，2019年；Yang等人，2021年，2023年）。

两种因其在肉类产品中的抗菌特性而受到关注的天然物质是壳多糖和蔓越莓（Chounou等人，2013年；Duran & Kahve，2020年；Papadochristopoulos等人，2025年；Qiu & Wu，2007年；Stobnicka & Gniewosz，2018年）。据报道，蔓越莓浓缩物可以破坏革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌的细胞壁、膜和细胞内基质（Wu等人，2008年），而壳多糖可以破坏细菌膜，导致细胞内容物泄漏（Raafat等人，2008年）。此外，在我们团队之前的研究中，来自虾和蘑菇的壳多糖以及蔓越莓提取物在真空包装的牛肉汉堡中表现出抗李斯特菌活性（Papadochristopoulos等人，2025年）。由于这些物质对肉类产品中常见食源性病原体具有潜在的抑制作用，因此也研究了它们对腐败细菌的抑制作用；因此，选择了它们作为本研究的对象，旨在评估它们对在3±1°C下储存的真空包装牛肉汉堡的保质期以及储存过程中汉堡细菌群落的影响。

部分摘录

抗菌剂

本研究中测试的抗菌剂包括：来自Sigma Aldrich（Merck Life Science Limited，爱尔兰威克洛郡阿克洛）的壳多糖（来源：虾，低分子量（50–190 KDa），脱乙酰化程度为75–85%；来自Handary S.A.（比利时布鲁塞尔）的Agaricus bisporus来源的蘑菇壳多糖（Chitoly? AB），低分子量（45 KDa），脱乙酰化程度为98%；以及来自Artemis International（美国韦恩堡）的纯蔓越莓（Vaccinium macrocarpon）提取物，花青素含量为22.5%（BL-DMAC方法）。

结果

表1显示了在储存过程中，来自这两种来源的壳多糖和蔓越莓提取物对选定腐败细菌群落的影响。结果显示，在对照组汉堡和添加了任一来源壳多糖的汉堡中，总活细菌数和与腐败相关的细菌种类随储存时间增加，而无论处理方式如何，到第16天时乳酸菌始终占主导地位。

每种添加物的效果...

讨论

研究了天然抗菌剂抑制腐败细菌生长的效果及其对储存过程中真空包装牛肉汉堡细菌群落的影响。不同抗菌剂的效果各不相同，表明某些抗菌剂可能延长牛肉汉堡的保质期，而另一些则可能促进腐败细菌的生长。

添加2.5%的虾壳多糖或蘑菇壳多糖会影响...

作者贡献声明

安杰洛斯·帕帕多克里斯托普洛斯（Angelos Papadochristopoulos）：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、数据可视化、实验设计、概念化。约瑟夫·P·凯里（Joseph P. Kerry）：撰写 – 审稿与编辑、监督、资金筹集。娜雷尔·费根（Narelle Fegan）：撰写 – 审稿与编辑、监督、资金筹集。凯瑟琳·M·伯吉斯（Catherine M. Burgess）：撰写 – 审稿与编辑、监督、资金筹集。杰拉尔丁·达菲（Geraldine Duffy）：撰写 – 审稿与编辑、监督、项目管理、资金筹集。

资助

本研究由Teagasc Walsh奖学金计划资助（项目编号：2020030）。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。