川大郭俊凌/迟原龙食品领域重要综述：植物源发酵食品的生物膜机理、安全性、前沿功能化策略

后疫情时代，为了平衡人类健康和环境的可持续发展，联合国宣布将2021年设为“国际果蔬年”。植物源性饮食受到越来越多的关注。此外，随着非乳制品类营养品消费量的增加和乳糖不耐症患者的增多，设计新的、安全的、非肉类/乳制品的益生菌产品也成为重要趋势。植物源性发酵食品是以蔬菜或水果为主要原料，通过微生物及其代谢产物转化的最终产品，例如泡菜、豆腐乳等，在生产和储存过程中，通常被生物膜覆盖。生物膜在植物源性发酵食品中很常见，传统认为与发酵食品的腐败有关。然而，近年来的研究表明，这些复杂的微生物生态系统是益生菌和抗菌化合物的来源，它们有益于健康并能改进食品加工过程。生物膜对最终产品风味、质地、外观、色泽以及食用安全性有双重影响。系统性探究生物膜的形成机制和组成特征，提出新的物理灭活技术、生物方法和栅栏技术等生物膜抑制和消除的绿色新技术是生物膜以及微生物领域发展的趋势。

近日，国际食品领域顶级期刊Trends in Food Science & Technology 特邀四川大学郭俊凌教授与食品工程系副系主任迟原龙副教授发表重要综述，题为“Biofilms in plant-based fermented foods: Formation mechanisms, benefits and drawbacks on quality and safety, and functionalization strategies”。该综述首先从机理层面总结了植物源性发酵食品中生物膜的产生原因、代表性产膜微生物、生物膜形成对植物源性发酵食品质量和安全的双重影响，其次整理了对不良生物膜的抑制和消除方法，强调植物源性发酵食品中生物膜的有益作用，提出生物膜的创新设计和材料化应用，为微生物和发酵领域的发展提出了新的思路。四川大学2019级硕士研究生龚川杰、何云翔（助理研究员）为共同一作，郭俊凌教授和迟原龙副教授为该论文的共同通讯作者。四川大学轻工科学与工程学院副院长何强教授、食品工程系主任吕远平教授、四川东坡中国泡菜产业技术研究院执行院长张其圣以及日本东京大学和芬兰阿尔托大学等多位国际学者也参与了综述写作。

图1. 植物源性发酵食品中生物膜形成的发育过程

要点1：生物膜对植物源性发酵食品产生的有益效果。

生物膜可以促进发酵食品特征风味、质地和色泽的形成，延长了食品的货架期；作为发酵剂启动发酵，能够提高发酵食品的生产效率；可以有效固定益生菌；作为一种易于操作的微生物群落模型，为量化复杂微生物群落中的关键微生物相互作用提供了研究机会。

图2. 生物膜对植物源性发酵食品的影响：启动发酵、双重作用、风味形成和健康益处

要点2：对有益生物膜进行保护、创新利用和功能化。

合成生物学通过结合不同宿主生物的代谢途径和酶系统来规划微生物群落的代谢可塑性，从而理解和控制分子相互作用机制，增加生物膜发酵所得植物源性发酵食品的健康效益；植物源性发酵食品中的生物膜可以实现以相对较低的能源和经济成本生产生物乙醇、细菌纤维素等功能材料；生物膜的抗菌活性可用作生物医学敷料或临时替代皮肤的功能材料；构成生物膜的胞外多糖作为可降解的食品涂料，可减少食品的褐变和脱水；生物膜中多糖细胞间黏附素可开发新型双仿生黏附水凝胶材料，用于高效止血和伤口愈合。

图3. 植物源性发酵食品中生物膜的再设计和功能化应用方案

总结与展望

生物膜在植物源发酵食品中的形成并不罕见，但对生物膜形成的目的与意义的科学理解尚无完整系统的关注。本综述系统性总结和强调了植物源生物膜对发酵微生物和发酵食品的有益功能。了解典型植物性发酵食品中生物膜的形成机制，可以指导有益生物膜的形成，进一步合理设计发酵过程，朝着更高质量的食品和先进材料的方向发展。

改善生物膜生产和应用的建议包括：（1）选择具有群体感应效应（QS）的菌株，调节所需微生物的种类，从而实现发酵工艺的可控与标准化;（2）应用现代生物技术开发传统发酵食品生产中有益生物膜作为新型发酵剂;（3）利用生物膜的组成和特性，生产细菌纤维素材料用于智能包装;（4）设计生物膜以适应发酵环境和食品制备的条件。总的来说，生物膜研究将是食品领域发展的重要方向，特别是生物膜作为特定的微生物生态群落，用于定殖于肠道的益生菌组成而改善人体健康，和更多新功能食品开发，以引领消费者偏好和新工艺的改进。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Biofilms in plant-based fermented foods: Formation mechanisms, benefits and drawbacks on quality and safety, and functionalization strategies

Chuanjie Gong, Yunxiang He, Yao Tang, Rong Hu, Yuanping Lv, Qisheng Zhang, Blaise L. Tardy, Joseph J. Richardson, Qiang He, Junling Guo, Yuanlong Chi

Trends Food Sci. Tech., 2021, DOI: 10.1016/j.tifs.2021.08.026

通讯作者简介

郭俊凌简介：教授，博士生导师，国家“海外高层次计划”青年专家，哈佛大学保尔森工学院国际学者，教育部科学技术奖评委组专家，四川大学“双百人”海外高层次引进人才，墨尔本大学化学与分子生物学工程博士，曾任哈佛大学Wyss生物仿生材料研究中心特聘研究员，在轻工典型生物质资源化利用研究方向取得了具有一定影响力的研究成果，主要参与建立了以植物多酚（植物单宁）和皮胶原纤维为核心的生物质基先进材料研究方向，尝试解决了包括重大疾病治疗、生殖医学健康、先进农业技术、微生物绿色合成、高效海水提铀、新一代能源电池等多个领域的重要科学问题，受到国内外学者的广泛关注。相关研究以通讯/第一作者在《Science》、《Nature Nanotechnology》、《Science Advances》等国际顶级期刊上发表，共发表论文80余篇，10余篇论文入选顶级期刊封面，并被多家国际著名新闻媒体报道，包括美国科学促进会EurekAlert!、哈佛大学Harvard Gazette、德国之音等。依托四川大学国家“双一流”重点建设学科，建立了生物质先进材料研究中心bmicenter.org，带领高度学科交叉的研究团队，开展了生物质先进材料与纳米尺度界面的基础研究，同时牵动引领了轻工与跨学科协同发展。

https://www.x-mol.com/university/faculty/65705 

迟原龙副教授简介：博士，硕士生导师。四川大学食品工程系副系主任，四川省食品药品检验系统开展博士后工作并获得优秀博士后，英国牛津大学交流访问学者。《Food Microbiology》、《International Journal of Food Microbiology》、《Journal of Agricultural and Food Chemistry》、《Food Control》等期刊审稿人，作为第五完成人开展的“郫县豆瓣绿色制造关键技术及应用”项目获得2019年中国轻工业联合会科技进步一等奖。主要研究方向：1、四川特色发酵食品质量与安全控制；2、传统发酵食品优良菌株资源发掘、解析与应用；3、川式调味品科学与营养健康。

研究团队招聘及要求：

岗位：高水平研究助理2名（硕士及以上学历），研究中心行政助理1名，优秀博士、硕士研究生多名、优秀本科生多名。具有海外博士学历/博士后并在高水平期刊发表论文的申请人，将协助申请四川大学特聘教授（研究员）、特聘副教授（副研究员）加入BMI团队。请将简历及自荐信发送至：junling.guo@scu.edu.cn。