模拟蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）在不同温度、pH值和水活度条件下的蜡样芽孢蛋白（Cereulide）产生情况

《Food Research International》：Modelling Cereulide production of Bacillus cereus under different temperature, pH, and water activity conditions

嗜肺菌素生产动力学研究显示温度、pH及水活度三因素协同作用，其中温度主导产率变化，中性至碱性pH环境加速合成，酸化（pH5.0）可延长大约6小时的初检预警窗口，而低水活度显著抑制积累。模型为食品安全风险评估提供量化依据，温度控制、酸化及水分限制构成协同干预策略。

　　

杨学峰|王亚婷|刘阳泰|刘振民|尤春平|王业如|董青丽|陈定昌

中国上海市光明乳业股份有限公司乳品生物技术工程研究中心，国家乳品生物技术重点实验室，上海200436

摘要

由蜡样芽孢杆菌产生的蜡样芽孢毒素对食品安全构成重大威胁，然而其在复合环境压力下的产生动力学仍缺乏定量研究。本研究旨在利用呕吐型菌株F4810/72，建立定量模型来描述温度（15–45°C）、pH值（5.0–8.0）和水分活度（0.945–0.996）对蜡样芽孢毒素产生的影响。通过建立一级和二级模型来描述蜡样芽孢毒素的积累过程。在常温、高水分活度和中性至碱性pH条件下，蜡样芽孢毒素的浓度和产生速率达到最高。温度是影响产生速率的主要因素。值得注意的是，将pH值降低到5.0会使初始检测时间延长约6小时，从而建立了一个可量化的早期预警窗口。相反，高水分活度会加速其合成，而低水分活度则会严重抑制其积累并延长潜伏期。这些模型为风险评估提供了定量依据，并证实温度控制、酸化和水分限制是降低食品中蜡样芽孢毒素风险的潜在协同干预策略。

引言

当蜡样芽孢杆菌产生蜡样芽孢毒素时，该毒素在食品环境中可能积累到足以引发食物中毒的浓度（Jovanovic等人，2021年；Li等人，2023年）。根据相关报告，在蜡样芽孢杆菌引起的食物中毒样本中检测到的最低蜡样芽孢毒素浓度为3.2 ng/g（Rouzeau-Szynalski等人，2020年）。在动物模型中，蜡样芽孢毒素的最低有效剂量为8–10 μg/kg（Allende等人，2016年）。因此，蜡样芽孢毒素浓度的增加会直接增加人类接触蜡样芽孢杆菌相关食物中毒的风险。

食品中细菌产生的蜡样芽孢毒素通常受环境因素调控，这些因素可以通过数学模型进行描述。例如，Silva等人（2022年）建立了描述牛奶在12–20°C温度范围内蜡样芽孢毒素产生的定量模型。Cai等人（2023年）构建了一个动态模型，用于预测奶酪成熟过程中金黄色葡萄球菌肠毒素的生成，考虑了多种环境变量。Kapetanakou等人（2011年）建立了炭黑曲霉在不同温度（15–25°C）、水分活度（0.90–0.99）和明胶浓度（0%–20%）下产生赭曲霉毒素的定量模型。这类模型的开发不仅明确了不同环境条件下蜡样芽孢毒素的积累模式，还为设计抑制其在食品系统中产生的策略提供了关键指导。

尽管已经研究了温度、pH值和水分活度对蜡样芽孢毒素产生的影响，但现有的建模研究主要集中在温度方面。此外，这些模型的适用温度范围有限，无法全面量化蜡样芽孢毒素的生成。目前关于pH值和水分活度的影响的研究主要集中在它们对最终蜡样芽孢毒素浓度的影响上。例如，在酸性食品中通常检测到较低的蜡样芽孢毒素浓度（J??skel?inen等人，2003年；Agata和Yokoyama，2002年），而水分活度的增加会促进蜡样芽孢毒素的产生（Biesta-Peters，2011年；Dommel等人，2011年；Wang等人，2024年）。因此，本研究通过建立全面的动力学模型，描述了蜡样芽孢杆菌在环境相关温度（15–45°C）、pH值（5.0–8.0）和水分活度（0.945–0.996）范围内的蜡样芽孢毒素产生过程，填补了这一关键空白。所得的动力学参数为预测性风险评估和干预策略设计提供了必要的定量基础。

实验部分

培养准备

本研究使用了标准的产呕吐毒素菌株蜡样芽孢杆菌 F4810/72，整个实验过程在实验室条件下进行。该菌株储存在-80°C下的50%甘油溶液中。实验前，将其接种到10 mL脑心浸液（BHI）培养基（青岛海博生物技术有限公司）中，在30°C下培养20小时。然后将细菌悬浮液接种到胰蛋白胨大豆琼脂（TSA，青岛海博生物技术有限公司）上继续培养。

环境因素对蜡样芽孢毒素首次检测时间的影响

1总结了在不同温度、pH值和水分活度下蜡样芽孢毒素的初始检测时间和校正后的初始检测时间（$t_{\mathrm{cer}}$从37.37小时缩短至4.80小时。相比之下，在45°C时，蜡样芽孢毒素的浓度低于检测限（LoQ）。这一观察结果表明，适度的温度升高有助于

结论

本研究建立了全面的动力学模型，定量描述了环境因素如何差异性地调节蜡样芽孢杆菌的蜡样芽孢毒素产生。研究结果表明，温度是决定产生速率的主要因素，最大产生速率出现在25–30°C之间，在极端温度下产生速率显著下降。基础温度模型估计蜡样芽孢毒素产生的理论最低温度为8.32°C，尽管这一数值

CRediT作者贡献声明

杨学峰：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，方法学，研究，正式分析，数据管理。王亚婷：撰写 – 原稿，可视化，验证，方法学，研究，正式分析，数据管理。刘阳泰：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，监督，软件使用，资源管理，项目协调，方法学，研究，资金申请，正式分析，

未引用的参考文献

ISO 18465, 2017

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家乳品生物技术重点实验室开放项目计划（编号：SKLDB2024-003）和中国2024-2026年国家食品安全优先风险评估项目的资助。