Individual effects of γ aminobutyric acid and melatonin on Aspergillus growth and mycotoxin synthesis under controlled water activity and pH in a dried fig model
γ-氨基丁酸与褪黑素在无花果基质不同水分活度和pH条件下对真菌生长及霉菌毒素合成的影响
来源：Applied Food Research, Volume 6, 2026, Article 102239, doi:10.1016/j.afres.2026.102239
《应用食品研究》，第6卷，2026年，文章编号102239
摘要
本研究以无花果基质为模拟体系，结合响应面法中的Box-Behnken设计，探究水分活度、pH、γ-氨基丁酸（GABA）、褪黑素四种因素对两株产毒曲霉（韦氏曲霉、黄曲霉）生长及霉菌毒素合成的影响。结果表明，水分活度是调控真菌生长与毒素生成的最核心因素，pH在试验区间内影响微弱。低水分活度（0.92）可显著抑制真菌增殖与赭曲霉毒素、黄曲霉毒素产生。GABA呈现剂量效应，30 mM左右的中浓度会促进黄曲霉生长与韦氏曲霉产毒，同时改变霉菌毒素合成的最适水分活度至0.96；褪黑素对真菌生长和毒素合成整体影响较小，应用安全性更高。研究构建的预测模型对真菌生长拟合度超99%，对赭曲霉毒素、黄曲霉毒素拟合效果中等偏上，经验证具备实用价值，可为无花果产前防控产毒真菌、保障食品安全提供模型支撑。
关键词
γ-氨基丁酸；褪黑素；水分活度；pH；韦氏曲霉；黄曲霉；赭曲霉毒素；黄曲霉毒素；无花果；霉菌毒素；响应面法；食品防腐
研究目的
明确水分活度、pH、GABA、褪黑素对无花果基质中韦氏曲霉、黄曲霉生长的影响；分析上述因子对赭曲霉毒素、黄曲霉毒素合成的单独及交互作用；构建并验证真菌生长与霉菌毒素生成的预测模型；评估两种诱导物作为无花果产前处理剂的应用可行性与安全风险，为果品真菌污染及毒素防控提供理论依据。
研究思路
首先制备模拟无花果半固体培养基，设置不同水分活度（0.92-0.99）、pH（5.6-6.3）、GABA（10-50 mM）、褪黑素（0.1-0.5 mM）梯度，采用Box-Behnken试验设计开展分组试验；利用芬兰Bioscreen C仪器连续监测真菌生长，记录检出时间等生长指标；培养结束后采用高效液相色谱法检测赭曲霉毒素、黄曲霉毒素含量；运用响应面法构建数学模型，分析各因子的主效应与交互作用；设置独立验证组检验模型预测精度；综合试验结果评价两种物质的应用潜力与使用限制。
研究亮点
1. 系统探究GABA、褪黑素结合环境因子对无花果源产毒曲霉及霉菌毒素的影响，填补该领域研究空白。
2. 证实水分活度是控制真菌污染和毒素合成的首要因子，明确低水分活度的防控作用。
3. 发现GABA存在双向剂量效应，中浓度会刺激真菌生长与产毒，存在食品安全隐患。
4. 验证褪黑素在试验浓度下对曲霉及毒素合成影响极小，作为产前处理剂安全性更高。
5. 构建高精度预测模型，真菌生长模型拟合度超99%，可精准预判污染风险。
6. 阐明GABA与水分活度、pH存在显著交互作用，揭示了物质作用的内在机理。
可延伸的方向
1. 结合温度、氧气浓度等田间实际环境因子，完善多因素耦合预测模型。
2. 探究GABA影响真菌氮代谢、毒素合成通路的分子机制。
3. 开展田间试验，验证褪黑素、低剂量GABA在无花果果园的实际防控效果。
4. 研究两种物质复配使用的协同作用，开发复合型天然防控制剂。
5. 拓展试验品类，分析该方案在其他干果、鲜果中的适用性。
6. 探究长期使用诱导物后真菌是否产生适应性变异与抗性。
7. 结合益生菌、植物精油等生物防治手段，组合构建综合防控体系。
测量的数据及研究意义
1 不同条件下真菌生长检出时间数据，数据来自表1、表2、表3、图1、图2、图3。研究意义：量化水分活度、诱导物浓度对韦氏曲霉、黄曲霉生长的影响，明确各因子作用强弱与物种差异性。
2 不同处理组赭曲霉毒素、黄曲霉毒素含量数据，数据来自表4、图4。研究意义：分析各因子对霉菌毒素合成的调控作用，确定GABA促毒的浓度区间。
3 响应面模型拟合参数与方差分析数据。研究意义：判断模型可靠性，证实生长模型高精度、毒素模型中等拟合效果。
4 模型验证相关性数据，数据来自表5。研究意义：验证模型预测能力，证明该模型可用于实际风险预判。
5 不同pH、水分活度与诱导物的交互作用数据。研究意义：解析因子间协同/拮抗关系，解释作用机理。
结论
1 水分活度是影响韦氏曲霉、黄曲霉生长及霉菌毒素合成的最关键因子，0.92的低水分活度可有效抑制真菌增殖与毒素产生，pH在5.6-6.3范围内几乎无独立影响。
2 GABA具有明显剂量依赖性，30 mM左右中浓度会促进黄曲霉生长和韦氏曲霉合成赭曲霉毒素，还会改变毒素合成最适水分活度，使用存在安全风险；褪黑素在试验浓度下对真菌和毒素合成影响微弱，适合作为无花果产前安全处理剂。
3 GABA与水分活度、pH存在显著交互作用，会改变真菌代谢与毒素合成规律，褪黑素未表现出明显交互效应。
4 本次构建的响应面模型对真菌生长预测精度极高（R²＞99%），对赭曲霉毒素、黄曲霉毒素预测效果中等偏上，可用于无花果产业污染风险预测。
5 单一短期使用GABA无法实现安全防控，需严格管控使用浓度，褪黑素凭借高安全性具备良好应用前景。
使用芬兰 Bioscreen仪器测量数据的研究意义
本研究使用芬兰Bioscreen C微生物生长分析仪开展真菌生长动态检测。第一，设备搭载蜂窝培养板，可同时完成多梯度、多组别样本高通量检测，适配Box-Behnken大规模试验设计，提升试验效率。第二，仪器按照田间昼夜温度程序设置培养条件，每间隔固定时长自动读取OD值，连续长时间监测菌株生长全过程，精准记录生长检出时间等核心指标，数据连续性强。第三，设备统一温度、振荡、培养环境，消除人工操作与环境误差，保证不同实验组数据具有可比性，保障响应面试验数据质量。第四，依托仪器采集的连续生长数据，可直观区分不同水分活度、诱导物浓度下的生长差异，精准判定GABA、褪黑素的作用效果。第五，仪器输出的标准化生长数据是构建、拟合生长预测模型的基础，为模型精度提供保障，也为后续试验重复与方法推广提供统一检测标准。