首次发现解淀粉芽孢杆菌（Bacillus velezensis）引发蛋糕 “绳索状” 变质导致食源性疾病爆发的研究及意义

《Applied and Environmental Microbiology》：First report of the agricultural biocontrol agent Bacillus velezensis and foodborne outbreak due to rope spoilage in cakes

本文报道了一起零售烘焙蛋糕引发的食源性疾病爆发事件，经研究发现解淀粉芽孢杆菌（B. velezensis）是导致蛋糕 “绳索状” 变质的原因。这是该菌首次被提及引发此类事件，对研究生物防治剂在食品生产和安全中的影响具有重要意义。

　　

引言

在农业行业从使用化学物质转向天然物质作为生物防治剂的过程中，是否存在意外后果？本文将分析一起涉及零售面包店和商业庆典的疾病爆发事件，该事件引发了这一疑问。

芽孢杆菌属（Bacillus）是一类好氧、产芽孢、杆状细菌，在自然界中广泛存在。公众卫生部门高度关注致病的芽孢杆菌种类，如炭疽芽孢杆菌（B. anthracis）和蜡样芽孢杆菌（B. cereus），后者常引发食源性疾病。在美国，2009 年至 2021 年间，由蜡样芽孢杆菌引起的食源性疾病爆发导致了 4900 多例疾病。

解淀粉芽孢杆菌于 2005 年在西班牙的韦莱斯河被分离出来。它是革兰氏阳性菌，最适生长 pH 为 7.0 - 8.5（5 - 10 范围），最适温度为 30°C - 35°C（86°F - 95°F）。该菌能产生多种次生代谢产物，如磷酸盐、果胶酶、几丁质酶、蛋白酶、吲哚 - 3 - 乙酸和氰化氢，使其成为潜在的生物防治剂。此外，解淀粉芽孢杆菌产生的脂肽生物表面活性剂在环境和制药领域有广泛应用，并且该菌在农业上可用于控制昆虫和小麦瘟病。

小型零售面包店在食品安全方面面临独特挑战，其运营需考虑场地空间利用、原料储存、制作区域规划等多方面因素，同时要符合卫生安全法规并接受合规检查，以预防食源性疾病。

面包 “绳索状” 变质是一种重新出现的变质现象，由芽孢杆菌属的产芽孢细菌引起，已有 100 多年的研究历史。其特征包括变色、有腐烂菠萝味、撕开面包时出现细丝。已知解淀粉芽孢杆菌的毒力因子包括编码溶血素 A（hlyA）、细胞溶素（cyl）、肠毒素（如溶血素 BL（Hbl）、非溶血肠毒素（Nhe）和细胞毒素 K（CytK））的基因，这些因子有助于其致病性。

2024 年 5 月 12 日的一场商业庆典中使用了零售面包店的蛋糕，随后发现蛋糕出现异常。5 月 13 日，企业报告蛋糕问题，但最初未有人患病，当地公共卫生部门未展开调查。5 月 15 日，出于谨慎考虑，相关人员询问蛋糕剩余情况、接触人员名单和面粉发票等信息。5 月 16 日，因发现两名人员患病，正式启动爆发调查。

材料与方法

对受影响或可能接触蛋糕的员工进行病例对照调查，调查问题涵盖蛋糕食用量、是否注意到异常、症状情况等。同时，要求公共卫生食品服务项目的经理审查面包店过去的检查报告，分析蛋糕制作过程中可能导致细菌增殖的因素。

对调查数据进行统计分析，包括将蛋糕食用量和症状进行列表，比较不同症状类别下蛋糕的平均食用量，分析变质特征对食用变质食品的保护作用，以及确定蛋糕食用量对症状的影响。此外，使用事后故障模式影响分析（FMEA）识别与谷物农业生产、运输、面包店制作过程以及蛋糕运输和储存相关的潜在危害。

将 5 份剩余蛋糕样本送往州实验室进行检测，采用 VitekMS 基质辅助激光解吸 / 电离飞行时间（MALDI - TOF）质谱法进行鉴定，但未进行补充测试以确认结果。由于未获取患者的临床分离株，未进行全基因组测序。

结果

2024 年 5 月 16 日至 6 月 15 日共收集到 35 份调查回复，大部分在 5 月 20 日前完成。蛋糕混合包装上注明需彻底煮熟后食用，防止小麦粉中天然存在的细菌致病。现场对蛋糕进行宏观检查，发现撕开蛋糕时可见明显的细丝（绳索）。

回顾面包店的检查报告发现，在疾病爆发前约 10 个月和 3 个月进行过检查，存在两个主要问题：洗手池和冰箱工作不正常。面包店的烘焙过程包括设置烤箱温度、准备烤盘、混合蛋糕粉、烘焙等步骤，不同批次蛋糕的制作过程存在时间重叠。

通过 FMEA 确定了可能导致细菌增殖的因素，如农业过程中孢子负载增加、pH 值过高、面糊在搅拌机中停留时间过长、烹饪时间缩短、表面和烤盘清洁不彻底、冷却时间过长、烘焙食品趁热包装、最终产品水活度（a_w）过高等。

分析结果显示，闻到异味的人平均食用蛋糕量为 9.3 克，未闻到异味的人平均食用量为 161 克，异味显著降低了蛋糕食用量。暴露于蛋糕导致患病的比值比为 9.23（95% 置信区间 1.02 - 83），症状在食用蛋糕后 25 分钟至 4.5 小时开始出现，多数患者出现急性肠道症状，部分患者出现潜伏性腹泻。

讨论

解淀粉芽孢杆菌作为食源性疾病爆发的原因可能未被充分报道。本次疫情中，该菌具有机会性致病特征，但也能导致员工患病，并非仅为机会致病菌，其致病可能需要较大剂量，未来可对此进行剂量递增挑战研究。

变质的蛋糕为潜在食用者提供了早期预警信号，本次爆发符合布拉德福德?希尔（Bradford Hill）证明因果关系的所有标准。解淀粉芽孢杆菌在农业上作为生物防治剂优于化学杀菌剂，但该菌的芽孢可在烘焙过程中存活，在一定条件下会萌发并导致蛋糕变质。蛋糕制作过程中的多种因素，如缩短烹饪时间、不当处理烘焙后蛋糕等，都可能导致细菌增殖和疾病爆发。

面包店的一些违规行为，如洗手池和冰箱问题，可能对食品安全产生影响，但缺乏足够证据证明其与本次 “绳索状” 蛋糕问题相关。此外，蛋糕是否应被视为时间 - 温度控制安全（TCS）食品以及其水活度水平等问题也有待进一步研究。

细菌生长曲线表明，解淀粉芽孢杆菌的生长和次生代谢产物的产生与蛋糕中观察到的变质迹象相符。虽然理论上可以估计细菌数量，但这并非确定每块蛋糕细菌剂量的常规做法。综合多方面因素，本次疫情是由解淀粉芽孢杆菌在蛋糕中增殖引起的，其最可能的来源是面粉中的天然芽孢。

美国食品药品监督管理局（FDA）存在人员不足和资金短缺的问题，但这与本次谷物烘焙食品 “绳索状” 变质问题无关。本次疫情首次报道了解淀粉芽孢杆菌导致食源性疾病爆发，由于芽孢杆菌分类学的更新，此前未将其列为 “绳索状” 变质的原因。

为预防类似事件发生，面包店应注意正确储存原料、用酸性清洁剂清洁设备、控制面糊 pH 值、确保正确烹饪和冷却时间、保证产品储存环境适宜等。鉴于解淀粉芽孢杆菌在农业中的应用，需要研究整个食物链中的相关问题，平衡生物防治添加剂对食品生产和安全的影响，进一步研究其毒力。本次疫情中所有病例症状均为轻度，未出现死亡和住院情况。