番茄发酵液中乳酸杆菌的分离鉴定及对模拟胃肠液耐受性研究.pdf
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1、54JOURNALOFVol.42lssue82023研究论文番茄发酵液中乳酸杆菌的分离鉴定及对模拟胃肠液耐受性研究覃志成12,2,周笑犁*1.2吴承木12,2,管庆林12耿瑞鸿12,施英群12(1.贵阳学院食品科学与工程学院,贵州贵阳5 5 0 0 0 5;2.贵州省普通高等学校功能食品重点实验室,贵州贵阳5 5 0 0 0 5)摘要:为获得具有较好生长能力及胃肠耐受性的果蔬发酵剂,作者以自然发酵6 0 d的番茄液为对象,利用形态学及16 SrDNA基因序列分析等方法,从中分离鉴定出3株乳酸杆菌(分别命名为L1、L2、L3),并研究其生长特性及对模拟胃肠环境的耐受能力。其中,L1和L3属于植
2、物乳杆菌属(Lactiplantibacilus plantarum);L2 为乳杆菌属(Lactobacillus brevis),3株菌的最适生长pH值均为6.6,最适生长温度为30 38。耐受性研究发现,L1和L3具有更强的高温及高盐耐受性,L2具有更好的胆盐耐受性;3株乳酸杆菌尤其是L3对人工胃液环境具有良好的耐受能力,存活率均高于9 6%。在人工肠液环境下3株菌的存活率超过9 0%,尤其L1表现出更好的稳定性。结果表明,作者分离得到的3株乳杆菌均具有良好的生长特性和胃、肠耐受特性,本研究结果可为果蔬发酵剂的研制及其发酵制品的开发提供参考。关键词:自然发酵:乳酸杆菌;分离鉴定:耐受性;
3、生长性能中图分类号:TS201.3文章编号:16 7 3-16 8 9(2 0 2 3)0 8-0 0 5 4-0 8DOl:10.3969/j.issn.1673-1689.2023.08.007Isolation and Identification of Lactobacillus in Tomato Fermentation Brothand Investigation of Its Tolerance to Simulated Gastrointestinal EnvironmentQINZhichengl-2,2ZHOU Xiaoli.2,WU Chengmul-2,(GUANQi
4、nglinl2,GENG Ruihong-2,SHIYingqunl-2(1.College of Food Science and Engineering,Guiyang University,Guiyang 550005,China;2.Key Laboratory ofFunctional Food in Universities of Guizhou Province,Guiyang 550005,China)Abstract:To obtain fruit and vegetable starters with good growth ability and gastrointest
5、inaltolerance,3 strains of Lactobacillus were isolated and identified(named L1,L2 and L3)from tomatofermentation broth that was naturally fermented for 60 days by morphology and 16S rDNA genesequence analysis,and the growth characteristics and the tolerance to simulated gastrointestinalenvironment w
6、ere studied.L1 and L3 belong to Lactobacillus plantarum,while L2 is Lactobacillusbrevis.The optimum pH value for growth of the three strains was 6.6,and the optimum growthtemperature was 3038 C.The tolerance study results showed that L1 and L3 had stronger hightemperature and high salt tolerance,whi
7、le L2 has better bile salt tolerance.The 3 Lactobacillus hadgood tolerance to the artificial gastric fluid environment,especially L3,and the survival rates were收稿日期:2 0 2 1-0 4-2 7基金项目:国家自然科学基金地区基金项目(32 0 6 0 5 36:贵州省科技计划项目重点项目(黔教合基础-ZK2022)重点0 0 5)*通信作者:周笑型(19 8 5 一),女,博士,教授,硕士研究生导师,主要从事食品加工副产物高值化利
8、用研究E-mail:l i z i 0 0 8 0 0 9 12 6.c o m55食品5 生物技术学报2 0 2 3 年第4 2 卷第8 期番茄发酵液中乳酸杆菌的分离鉴定及对模拟胃肠液耐受性研究覃志成,等:研究论文over 96%.In the artificial intestinal fluid environment,the survival rates of the 3 Lactobacillus strainswere over 90%,especially L1 showed better stability.The results showed that the 3 Lacto
9、bacillusstrains had good growth characteristics and gastrointestinal tolerance,which can provide referencefor the development of starter culture and fermented products of fruit and vegetable.Keywords:natural fermentation,Lactobacillus,isolation and identification,tolerance,growthperformance通过微生物发酵水果
10、、蔬菜或其汁水制成的食用酵素产品,在能保留其原有的营养物质的基础上,还能产生一些具有特定保健功能的活性物质。目前食用酵素产品的生产主要有接种益生菌发酵和自然发酵两种方式,其中,自然发酵利用果蔬本身附着及自然环境中的优势菌进行发酵,虽然产生的风味更好,但发酵时间长,且参与菌种复杂难以掌控2。因此,近年来从果蔬自然发酵液中分离并筛选具有益生活性的优势菌种成了研究热点,但根据原料选择,其优势乳酸菌菌种可能存在一定差异。如Taoxiong等在酸菜中分离得到植物乳杆菌3 l焦媛媛等从苹果和梨的混合发酵液中分离得到植物乳杆菌和副干酪乳酸菌4,刘文俊等从自然发酵的橄榄汁中分离得到乳酸乳球菌 5 。此外,赵山
11、山等发现植物乳杆菌A50f7和副植物乳杆菌A50b9的耐胆盐和耐盐性能优良,且人工接种后能够改善泡菜品质。因此,乳酸菌作为果蔬发酵过程的优势菌群,对于提升果蔬发酵制品的品质及发挥益生功能具有较大的潜力番茄原产于南美洲,是全球种植最为普遍的果蔬之一,现在我国南北方均有广泛种植。研究发现,番茄及其制品中含有氨基酸、有机酸、矿物质、酚类化合物、类胡萝卜素和维生素等多种营养成分,具有降低血脂、降低胆固醇和抗氧化等功效17-9。前期实验发现,自然发酵后的番茄液具有良好的抗氧化活性,且总酚和番茄红素等生物活性物质随着发酵时间的延长而增加O,但细菌的多样性却逐渐减小,其中乳球菌丰度显著减少,而乳酸杆菌的丰度
12、显著增加,到发酵6 0 d时成为发酵液中主要优势菌群叫乳杆菌作为一类能利用可发酵碳水化合物产生大量乳酸的细菌2,在各类发酵食品的品质形成中具有重要作用,在肉制品、乳制品及果蔬发酵食品领域中有着广泛应用,也常被用作益生菌筛选的候选菌群。但是,人体胃肠道的极端环境在很大程度上会影响乳酸菌的活性13 ,如果这些乳酸菌能够通过肠胃消化系统,定植在人体的肠道中,才能真正发挥其生理功能4 。因此,为了深入挖掘番茄自然发酵液中乳酸杆菌菌种资源并提高番茄等果蔬发酵液的稳定性,作者以乳酸杆菌为优势菌的6 0 d自然发酵番茄液为对象,对其中乳酸杆菌进行分离、鉴定,并研究其生长特性,模拟其对胃肠道环境的耐受性、高温
13、及高盐的耐受性,以期为乳酸菌资源库扩充以及果蔬酵素的开发和利用提供理论依据。材料与方法1.1材料与试剂以新鲜番茄为原料,番茄与白砂糖质量比3:1混匀后置于10 0 0 mL已灭菌的玻璃瓶中,封口,发酵初期每隔1d排气,发酵10 d后每隔3 d排气,室温发酵6 0 d后制成发酵液叫氯化钠:购于江苏强盛功能化学股份有限公司;磷酸二氢钾:购于成都金山化学试剂有限公司;胆盐、胰蛋白酶、胃蛋白酶:购于合肥博美生物科技有限责任公司;盐酸:购于国药集团化学试剂有限公司;氢氧化钠:购于天津市石英钟厂霸州市化工分厂;MRS培养基:购于杭州百思生物技术有限公司1.2仪器与设备SPX-1508BII生化培养箱:天津
14、市泰斯特仪器有限责任公司产品;CX21显微镜、恒温摇床:上海泽仕光电科技有限公司产品;UV2700紫外分光光度计:日本岛津仪器有限公司产品;DYY-8C稳压稳流电泳仪、T100梯度PCR仪、BioradchemidocXRS凝胶成像分析仪:美国BIO-RAD公司产品1.3实验方法1.3.1乳酸杆菌的分离纯化取番茄发酵液样品10mL溶解于10 0 mL无菌生理盐水中,并按10 倍梯度稀释法制成6 个浓度稀释液。取稀释10 4,10 ,56JOURNALOFVol.42lssue82023toSimulatedGastrointestinal EnvironmentFermentation Bro
15、th and Investigation of Its ToleranceARARCHICLQiN Zhicheng,et al:Isolation and Identification of Lactobacillus in Tomato10倍的稀释液0.1mL接种于MRS(含碳酸钙)培养基中,3 7 倒置培养2 4 3 6 h,挑取菌落划线2 3次至菌落一致。1.3.2乳酸杆菌的鉴定1)形态学观察及革兰氏染色将所分离的菌株分别接种到MRS琼脂培养基上,3 7 恒温培养48h。观察菌株的菌落形态,白色、乳白色或淡黄色,中间隆起,菌落呈圆形,边缘整齐,表面湿润,易于挑起的菌株。将分离得到的细菌
16、进行革兰氏染色实验,观察菌体颜色及形态,具有革兰氏染色阳性、不运动、无芽孢、杆状等特征的初步鉴定为乳酸杆菌115 。2)16SrDNA序列分析将疑似乳酸杆菌的菌株活化2 次至稳定期,送武汉天一辉远生物科技有限公司进行菌株DNA提取、PCR扩增及16 SrDNA序列测序。3)系统发育树构建将测序得到的基因序列登录NCBI进行BLAST同源性比对,并在MEGA7软件中Neighbor-Joining法构建系统发育树,应用自展法(bootstrap)检验系统发育树,自展数据集为1000次。1.3.3乳酸杆菌的生长特性分析1)最适生长温度实验将体积分数1%的菌液接种到MRS液体培养基中,摇匀,分别在2
17、 6、3 0、34、3 8、4 2 下培养12、2 4 h,测菌悬液0 D6o值,设置3 个平行,以未接种的培养基做对照2最适生长pH值实验将体积分数1%菌液接种至pH值分别为5.4、6.0、6.6、7.2、7.8 的MRS肉汤中,置于3 7 下培养12、2 4 h,以未接种的培养基做对照,测定菌悬液的OD60值。1.3.4乳酸杆菌的耐受性分析1)高温耐受性实验 16 将体积分数1%菌液接种到MRS液体培养基中,摇匀,分别在4 2、4 6、5 0 下培养12、2 4 h,以未接种的培养基作为对照,测定菌悬液OD6o值,设置3 个平行,计算菌株存活率。2)高盐耐受性实验 17将体积分数1%菌液分
18、别接种到盐质量浓度分别为0、15、3 0、4 5、6 0 mg/mL的MRS培养基中,3 7 培养2 4 h,以未接种的培养基为空白对照,测定菌悬液OD6oo值,设置3 个平行,计算菌株存活率。3)人工胃液耐受性实验 18-19配制胃蛋白酶浓度为10 mg/mL的人工胃液,分别调节pH值为2.0和3.0,0.2 2 m滤膜过滤除菌后备用。然后取二次活化的菌液种,4 0 0 0 r/min离心5 min,弃掉上清液,用等体积无菌水重悬。以体积分数10%分别接种至pH2.0和pH3.0的人工模拟胃液中,3 7 下培养,分别于0、1、2 h时取样测定菌悬液OD6o值,设置3 个平行,并计算菌株存活率
19、。4)人工肠液耐受性 18-19取经人工胃液处理后的菌液,以体积分数10%接种至人工肠液中(3.4 gK,HPO4充分溶于2 5 0 mL蒸馏水中,调节pH值为7.6,稀释后加人胰蛋白酶使其质量浓度达到10 mg/mL,最后0.2 2 m滤膜过滤除菌),3 7 下培养,分别于0、1、2、4、6 h 时取样测定菌悬液OD6oo值,设置3 个平行,计算菌株存活率。5)胆盐耐受性实验 2 0 取用二次活化的菌种,将种子液以体积分数5%分别接种至不同胆盐质量浓度(0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g/dL)的MRS液体培养基中,于3 7 培养2 4 h,测定菌悬液OD6o值,设置3个平行,并
20、计算菌株存活率Ax100%A0式中:Y为菌株存活率,%;A,为处理后菌悬液吸光度;A。为处理前菌悬液吸光度1.4数据统计分析每组试验重复3 次,采用IBMSPSS22.0进行统计分析,数据用平均值标准差表示,使用Duncan等多重方法对数据进行比较,以P0.05作为差异显著性判断标准,最后用GraphpadPrismv8.0进行绘图。2结果与讨论2.1乳酸杆菌的分离鉴定2.1.1形态学观察和革兰氏染色从番茄自然发酵液中分离得到3 株疑似乳酸杆菌的菌株,分别命名为L1、L2 和L3。3 株菌的菌落均突起,呈圆形,湿润光滑,边缘齐整,见表1。对菌株分别进行革兰氏染色,均为阳性(Gt),无芽孢。L2
21、呈短杆状,成对或堆状排列;L1和L3均为单生或链状排列。图1中分别显示了3 株菌的菌落及菌体形态2.1.216SrDNA序列分析对分离并经过形态学初步鉴定疑似乳酸杆菌的菌株进行DNA提取,然后对16 SrDNA基因序列进行PCR扩增。如图2 所示,3 株菌株的琼脂糖电泳条带明亮且无明显拖尾,相对分子质量均在15 0 0 bp左右,符合测序要求。57会品5 生物技术学报2 0 2 3 年第4 2 卷第8 期番茄发酵液中乳酸杆菌的分离鉴定及对模拟胃肠液耐受性研究覃志成,等:研究论文表1菌体及细胞形态特征Table 1 Colonies and cell morphological characte
22、ristics菌株编号菌落形态革兰氏染色形态及镜检结果LI乳白色、圆形、湿润光滑、不透明G+、中间隆起、不运动、无芽孢、短杆L2浅黄色、圆形、湿润光滑、不透明G+、中间隆起、不运动、无芽孢、短杆L3白色、圆形、湿润光滑、透明G+、中间隆起、不运动、无芽孢、短杆L1L2L3图1细胞形态特征Fig.1Cell morphological characteristicsMarkerL1L2L36 000bp3000bp一一2.000bp一1000bp750bp500bp250bp100bp图216SrDNA扩增电泳图Fig.2Amplificationof16SrDNA将测序结果输人NCBI中进行B
23、LAST同源性比对,结果如图3。L1和L3均为植物乳杆菌属(Lactiplantibacillus),其中Ll与LactiplantibacillusplantarumHeal19菌株同源性为10 0%,L3与LactiplantibacillusplantarumSRCM100440菌株同源性为10 0%。L2为乳杆菌属(Lactobacillusbrevis),且与LactobacillusbrevisLMT1-73菌株同源性为100%。国立东等从东北酸菜中分离筛选到1株乳酸菌,经分析鉴定为植物乳杆菌,并命名为HUCM11512。焦媛媛等从梨和苹果混合发酵液中分离得到植物乳杆菌ZG2和副干
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