本土乳酸菌与酵母的共生关系：对干香肠品质提升及微生物共存网络的影响

《Food Bioscience》：Autochthonous lactic acid bacteria-yeast symbiotic interactions: Implications for quality improvement and microbial co-occurrence networks in dry sausage

共生乳酸菌-酵母菌株协同促进干香肠品质及微生物群落结构优化研究。通过筛选干香肠中分离的3株乳酸菌（L. plantarum HRB1、L. sakei HRB10、L. lactis HRB0）与3株酵母（D. hansenii SH4、D. hansenii HRB1、P. kudriavzevii MDJ1）的共培养体系，发现L. plantarum HRB1与D. hansenii SH4组合在24小时内显著促进互生长（P<0.05），且共接种干香肠LAB数量达8.26 log CFU/g，红度值提升17.77%，发酵气味评分提高5.31%。基因组学分析表明该组合通过改变L. plantarum、L. sakei等菌属丰度，增强微生物共现网络复杂性与稳定性，显著提升碳水化合物及氨基酸代谢活性。

　　

李向敖|严富杰|张子怡|王强|孔宝华|陈倩

中国黑龙江省哈尔滨市东北农业大学食品科学学院，邮编150030

摘要

干香肠的发酵依赖于以乳酸菌（LAB）和酵母为主的协同微生物生态系统。这些微生物之间的共生相互作用增强了代谢活动和微生物生长，对干香肠的质量有着重要贡献。本研究对三种乳酸菌菌株和三种酵母菌株进行了成对共培养，以筛选出具有显著共生作用的组合。研究了选定的乳酸菌-酵母共生组合对干香肠的理化特性、微生物群落结构及其共现网络的影响。结果表明，Lactiplantibacillus plantarum HRB1和Debaryomyces hansenii SH4的共培养在24小时内显著促进了双方的共同生长（P < 0.05）。与单菌接种的香肠相比，共接种的香肠在发酵结束时表现出更高的乳酸菌数量（P < 0.05，8.26 log CFU/g）、更高的红色值（17.77）和更好的发酵气味（5.31）。宏基因组分析显示，共接种显著改变了微生物群落组成，特别是影响了L. plantarum、Latilactobacillus sakei、Latilactobacillus pentosus和D. hansenii的相对丰度，同时增强了微生物共现网络的复杂性和稳定性。此外，与碳水化合物和氨基酸代谢相关的微生物代谢活动也得到了显著促进。这些发现强调了乳酸菌-酵母共生相互作用对提高发酵肉制品质量的关键作用。

引言

干香肠是中国东北地区的特色发酵肉制品，以其丰富的营养价值和独特的风味而受到消费者的喜爱。传统干香肠的主要原料是瘦肉和猪背脂（质量比9:1），并添加盐、糖、亚硝酸钠、葡萄酒和香料，随后进行9-15天的自然发酵（Zhang等人，2024年）。原料中的丰富营养成分、开放的发酵环境以及独特的发酵技术共同促进了复杂而动态的微生物群落在干香肠中的形成。这些微生物通过将蛋白质、碳水化合物和脂质分解为小分子代谢物来控制干香肠的质地和风味（Li等人，2024年；Li等人，2024年）。乳酸菌（LAB）被认为是干香肠中的核心菌群，在塑造其理想品质方面起着关键作用（Hu、Zhang、Liu等人，2020年；Hu、Zhang等人，2022年）。一方面，LAB将碳水化合物转化为有机酸，从而降低pH值，抑制病原菌和腐败菌的繁殖（Canon等人，2020年）；另一方面，某些LAB通过其脂肪分解和蛋白质分解活性显著增加了干香肠中特定挥发性化合物的含量（Hu、Zhang等人，2022年；Sun等人，2023年）。此外，真菌（酵母和丝状真菌）在干香肠中的作用也不容忽视。我们之前的研究表明，在发酵过程中，Debaryomyces hansenii、Trichosporon caseorum、Trichosporon asahii、Aspergillus pseudoglaucus和Aspergillus gracilis是干香肠中的主要真菌种类，与关键风味化合物呈正相关（Wen等人，2021年）。尽管最近的研究阐明了参与干香肠发酵的核心微生物的多样性、演替模式和功能作用，但由于香肠微生物生态系统的复杂性，仍需进一步研究以揭示微生物之间的相互作用（Hu、Wang等人，2021年；Stegmayer等人，2023年；Yang等人，2022年）。

微生物相互作用被认为是微生物群落形成和功能表达的关键驱动因素，对于实现理想的产品质量至关重要（Kang等人，2024年）。类似于自然生态系统，发酵食品中的微生物相互作用可以分为五种主要类型：互利共生、共栖共生、偏利共生、寄生和竞争性利用（Chen等人，2025年）。其中，互利共生使共存的微生物通过促进彼此的生长和繁殖而受益，这对发酵食品的质量和安全有益（Zengler & Zaramela，2018年）。例如，在酸奶发酵过程中，Streptococcus thermophilus和Lactobacillus delbrueckii亚种Bulgaricus之间的互利共生促进了两种菌株的快速生长和群落扩展（Liu等人，2016年）。据报道，S. thermophilus为Lb. bulgaricus提供甲酸、叶酸和CO₂，而Lb. bulgaricus通过蛋白质分解为S. thermophilus提供必需氨基酸（Sieuwerts等人，2008年）。在酸面团发酵过程中，酵母将淀粉水解为麦芽糖，随后Fructilactobacillus sanfranciscensis将其代谢以增加面团的酸度。Fructilactobacillus sanfranciscensis从麦芽糖分解中产生的部分葡萄糖被排出，作为不能利用麦芽糖的酵母的碳源。作为回报，这些酵母通过增加氨基酸和肽的可用性来促进L. sanfranciscensis的生长（Sieuwerts等人，2008年）。尽管对发酵食品中微生物共生相互作用的研究较多，但现有研究主要集中在发酵乳制品、发酵谷物和葡萄酒上（Liu等人，2017年；Xu等人，2019年；Sieuwerts等人，2008年），对发酵肉制品的研究相对较少。

近年来，将传统培养方法与分子生物学技术相结合已成为揭示微生物之间复杂相互作用的重要策略。特别是宏基因组技术的进步使得能够深入探索微生物群落内的复杂共生关系，从而能够表征这些共生关系如何影响发酵产品的质量（Chen等人，2024年）。然而，关于发酵肉制品生态系统中关键功能群（尤其是乳酸菌和酵母）之间的具体相互作用模式及其对产品质量的综合影响仍了解不足。

基于上述背景，本研究旨在评估从干香肠中分离出的本地乳酸菌和酵母菌株之间的相互作用模式，并评估乳酸菌-酵母共生组合对干香肠质量的影响。此外，还利用宏基因组技术研究了乳酸菌-酵母共生组合对微生物群落结构、微生物共现网络及其功能潜力的影响。这项研究为乳酸菌和酵母之间的相互作用提供了新的见解，为通过共培养策略有针对性地增强功能微生物和改善发酵肉制品质量奠定了理论基础。

部分内容摘要

起始菌种的制备

乳酸菌菌株（Lactiplantibacillus plantarum HRB1、Lactobacillus sakei HRB10和Lactococcus lactis HRB0）和酵母菌株（Debaryomyces hansenii HRB1、D. hansenii SH4和Pichia kudriavzevii MDJ1）是从自然发酵的干香肠中分离得到的（Hu、Li等人，2022年；Wen等人，2022年）。乳酸菌和酵母菌株分别通过16S rRNA基因测序和ITS1-5.8S rRNA-ITS2基因序列分析进行鉴定。乳酸菌和酵母菌株在适当的培养基中活化并预培养

乳酸菌和酵母的共培养系统的建立

为了确保三种乳酸菌菌株（L. plantarum HRB1、L. lactis HRB0和L. sakei HRB10）和三种酵母菌株（D. hansenii SH4、D. hansenii HRB1和P. kudriavzevii MDJ1）在单菌培养和共培养条件下的良好生长，选择合适的培养基至关重要。选择了MRS、YPD、NB和LB肉汤用于生长曲线的测定。如图1所示，所有三种乳酸菌菌株在MRS肉汤中的生长最佳，其次是YPD肉汤。

结论

本研究建立了一个包含三种本地乳酸菌和三种酵母菌株的体外共培养系统，以识别表现出互利共生关系的微生物组合（L. plantarum HRB1和D. hansenii SH4）。这两种菌株的共接种显著促进了乳酸菌的生长并改善了干香肠的质量特性。共接种改变了微生物群落组成，增强了共现网络的复杂性和稳定性。

作者贡献声明

李向敖：撰写——初稿，数据整理。严富杰：方法学，概念设计。张子怡：实验研究，数据分析。王强：方法学，实验研究。孔宝华：数据可视化，数据整理。陈倩：撰写——审稿与编辑，资金筹集，概念设计。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（U22A20547）和黑龙江省自然科学基金（ZL2024C023）的资助。