陈朋教授课题组利用现代技术实现传统发酵食品——浆水的快速质量安全评价

 浆水是西北地区一种非常盛行的蔬菜发酵食品，已有几千年的制作和食用历史,不仅风味独特，而且营养丰富，对人体健康有益。它从蔬菜中自然发酵而来，不需要盐和各种调味料，具有独特的酸味风味和微生物群落特征，然而浆水一直处于家庭小作坊式的制作方式，因人因地而异，制作、运输或者保存期间可能被污染，浆水质量无法得到保障，这涉及千家万户的食品安全，亟待建立现代食品安全的快速检测评价技术。

随着高通量技术和生物信息学的发展，对浆水微生物组进行系统分析与功能注释成为可能，结合定量PCR技术，可达到快速检测的目标。陈朋教授团队前期研究发现，乳酸杆菌(74.65%),片球菌(5.92%)和醋酸杆菌(2.43%)是浆水微生物群落中最丰富的三个属，大肠杆菌则是浆水中最常见的致病菌。同时发现，这些优势菌的群落及发育多样性受pH影响最大，为评估浆水质量安全奠定了基础。

在兰州大学药学院陈朋教授的指导下，硕士研究生周忠坤和张仁涛等人对浆水的质量评估进行了系统研究。在属和种水平证明，浆水的优势属为乳酸杆菌属(74.65%)和醋杆菌属(2.43%)，而德氏乳杆菌,植物乳杆菌,发酵乳杆菌和巴氏醋杆菌是排名前4的种（图A）。KEGG，eggNOG和CAZy通路注释显示，浆水发酵过程中的酶主要属于糖苷水解酶和糖基转移酶，微生物基因主要与碳水化合物、氨基酸和能量代谢相关。在柠檬酸循环中，相关基因与富马酸、琥珀酸和羟乙基-ThPP的产生有关。在糖酵解/糖异生途径中，熊果苷、水杨苷和 D-葡萄糖的降解以及 L-乳酸盐、乙醛和乙酸盐的产生是主要的相关过程（图B）。因此提出乳酸杆菌，醋酸杆菌，大肠杆菌及非生物因素pH用于浆水质量评估。基于灰度关联分析模型，团队首先利用16S rRNA测序结果及理化参数获得了指标权重，并将有益菌（乳酸杆菌及醋酸杆菌）划分为正面指标，有害菌（大肠杆菌）划分为负面指标，pH值划分为中性指标。结合国家食品安全标准（GB 2714-2015/GB7101-2015）及检测数据，确立了风险指标的合理范围。随后，团队设计特异性引物，利用qPCR技术实现了浆水标志物的快速、特异性检测（扩增效率90%-110%）（图C）。与传统的平板计数法相比，检测灵敏度更高，速度更快，费用更低。最后，该技术体系的可靠性在独立的样本集上得到了进一步验证，并根据五级分类法实现了浆水的质量评级（图D）。

该研究论文《A simple and novel biomarker panel for serofluid dish rapid quality and safety assessment based on gray relational analysis》于近日在食品科技刊物《Food Bioscience》（DOI: 10.1016/j.fbio.2021.101188）在线发表。周忠坤为本文第一作者，陈朋教授为通讯作者。该研究得到兰州大学大学生创新创业计划和企业横向课题等项目资助。

图. 浆水质量安全评估。 A. 浆水微生物群落宏基因组测序结果中排名前十的属；B. KEGG注释，发酵过程中与三羧酸循环相关的微生物基因；C. 利用qPCR对浆水微生物的特异性检测及标准曲线；D. 基于灰度关联分析，将不同质量安全级别的浆水划分为五个等级。