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        自然發(fā)酵甜面醬中芽孢桿菌的分離、篩選及鑒定

        2018-10-22 12:01:36劉達玉劉陽鄧靜楊進軍姜元華
        中國調(diào)味品 2018年10期
        關(guān)鍵詞:實驗

        劉達玉,劉陽,鄧靜,楊進軍,姜元華*

        (1.成都大學(xué) 生物工程學(xué)院,成都 610106;2.四川旅游學(xué)院,成都 610100)

        甜面醬是以小麥粉或面粉為主要原料,經(jīng)制曲和保溫發(fā)酵制成的一種醬狀調(diào)味品[1],其味甜中帶咸,同時擁有醬香和酯香。甜面醬含有多種風(fēng)味物質(zhì)和豐富的營養(yǎng)物,在人們?nèi)粘I钪惺遣豢苫蛉钡恼{(diào)味品,其在烹飪醬爆和醬燒菜中,具有上色、提鮮、增香的作用;此外,甜面醬還作為黃瓜、大蔥、烤鴨等菜品的蘸料,其味道鮮甜可口,具有增加食欲的功效,深受廣大消費者喜愛[2-4]。

        甜面醬屬于傳統(tǒng)發(fā)酵醬類制品,其在形成過程中與微生物活動密不可分。目前,甜面醬研究中已研究報道的有霉菌、酵母菌、細菌等,其中霉菌主要包括米曲霉、黑曲霉、根霉等,酵母菌主要為假絲酵母、產(chǎn)酯酵母等,細菌則為芽孢桿菌、乳酸菌等[5-7]。霉菌主要是在甜面醬發(fā)酵的前期發(fā)揮作用,諸如米曲霉、毛霉、根霉和黑曲霉等是制曲階段的主要菌種,其中米曲霉與釀造過程的快慢、顏色、滋味有直接關(guān)系[8,9];酵母菌主要是在甜面醬發(fā)酵的第二個階段起作用,在無氧環(huán)境下酵母菌通過EMP途徑將葡萄糖分解最終還原生成乙醇,對甜面醬的特有香氣有一定的促進作用[10];細菌在甜面醬發(fā)酵過程中也至關(guān)重要,醬醅中的乳酸菌可發(fā)酵糖類,進行乳糖代謝,對醬制品風(fēng)味有著重要的貢獻[11];此外,一些芽孢桿菌在發(fā)酵過程中可利用淀粉酶、蛋白酶降解的小分子糖類和氨基酸等進行生長,并通過發(fā)酵產(chǎn)酸和氨基酸等物質(zhì),形成了醬類成品的風(fēng)味成分和營養(yǎng)成分[12]。

        可見,在甜面醬發(fā)酵形成過程中,各種微生物共同協(xié)作,才使得其營養(yǎng)豐富、風(fēng)味香醇?,F(xiàn)階段在甜面醬的研究中,人們對霉菌和酵母菌進行了很多研究,對細菌的研究相對較少,特別是忽略了芽孢桿菌的重要性。芽孢桿菌是一類優(yōu)秀的潛在益生菌,擁有繁殖速度快,產(chǎn)酶性能高,抵抗有害病原菌效果好等優(yōu)點,工業(yè)生產(chǎn)中常用作動物微生態(tài)制劑的生產(chǎn)菌種[13-15]。目前,芽孢桿菌在甜面醬發(fā)酵中發(fā)揮的作用有待深度探討,其對甜面醬形成的風(fēng)味成分和營養(yǎng)物質(zhì)有何種關(guān)系還是未知,因此非常有必要對甜面醬中的芽孢桿菌進行分離、篩選,并對其相關(guān)特性進一步研究。本實驗從成熟的自然發(fā)酵甜面醬中,分離、篩選得到芽孢桿菌,并對其進行形態(tài)學(xué)觀察和分子生物學(xué)鑒定,從而確定其種屬,為進一步探究其在甜面醬發(fā)酵過程中的作用機理提供基礎(chǔ)。

        1 材料與方法

        1.1 實驗材料

        1.1.1 材料來源

        樣品:成熟的自然發(fā)酵甜面醬,四川自貢仙味源釀造有限公司提供。

        1.1.2 儀器與設(shè)備

        SHP0201147047型電子分析天平 上海恒平科學(xué)儀器有限公司;SW-CJ-IF型超凈工作臺 蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司;SM530C型立式壓力蒸汽滅菌器 成都盛德先華科貿(mào)有限公司;BH200型微生物顯微鏡 寧波舜宇儀器有限公司;LRH-250型生化培養(yǎng)箱 上海齊欣科學(xué)儀器有限公司;QYC-2102C型搖床 上海?,攲嶒炘O(shè)備有限公司;TGL-16B型臺式高速離心機 湖南星科科學(xué)儀器有限公司;S-3C型pH計 成都世紀(jì)方舟科技有限公司;S1000型PCR擴增儀、Gel Doc 2000型凝膠成像系統(tǒng) 美國BIO-RAD公司;DY-6C型電泳儀 北京市六一儀器廠。

        1.1.3 主要試劑

        蛋白胨、牛肉膏、氯化鈉、瓊脂、葡萄糖、肌酸、甲基紅試劑、溴甲基酚紫、麥芽糖、乳糖、蔗糖、氫氧化鈉、酵母浸膏、磷酸氫二鉀、乙酸鈉、檸檬酸鈉、硫代硫酸鈉、草酸銨、結(jié)晶紫、碘化鉀、碘、鹽酸、甘油、甲醛、苯酚、品紅、異戊醇、乙醇、溴化乙錠(EB)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB):購于成都市科龍化工試劑廠。

        1.1.4 培養(yǎng)基

        牛肉膏蛋白胨固體培養(yǎng)基:蛋白胨10 g,氯化鈉5 g,牛肉膏3 g,瓊脂20 g,水1000 mL,pH 7.0~7.2,121 ℃滅菌20 min(液體培養(yǎng)基不加瓊脂即可)。

        PCA培養(yǎng)基:胰蛋白胨5 g,酵母浸膏2.5 g,葡萄糖1 g,瓊脂15 g,蒸餾水1000 mL,pH 6.8~7.2,121 ℃滅菌20 min。

        蛋白胨水培養(yǎng)基:蛋白胨 10 g,氯化鈉 2.5 g,水1000 mL,pH 7.4~7.6。

        葡萄糖蛋白胨培養(yǎng)基:蛋白胨5 g,葡萄糖5 g,磷酸氫二鉀5 g,蒸餾水1000 mL,pH 7.2。

        H2S培養(yǎng)基:葡萄糖20 g,氯化鈉5 g,檸檬酸鈉0.5 g,硫代硫酸鈉0.5 g,瓊脂5~8 g,水1000 mL,pH 7.2。

        1.2 實驗方法

        1.2.1 菌株分離

        三角瓶中加入99.0 mL牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基,再加入1.0 g自然發(fā)酵的甜面醬,置于37 ℃,140 r/min搖床富集培養(yǎng)24 h。將培養(yǎng)好的菌懸液于85 ℃水浴15 min,用移液槍取1.0 mL菌懸液,以無菌水按10倍系列梯度稀釋成10-1,10-2,10-3,10-4,10-5,10-6。分別吸取不同梯度的菌懸液各0.1 mL,無菌環(huán)境下在牛肉膏蛋白胨平板上涂布分離,于37 ℃生化培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h后,挑選單菌落純化培養(yǎng)。

        1.2.2 芽孢桿菌的篩選

        選取單菌落進行芽孢染色,挑出產(chǎn)生芽孢的菌落,進一步在牛肉膏蛋白胨平板純化培養(yǎng),并多次于固體培養(yǎng)基中四區(qū)劃線分離,37 ℃培養(yǎng)24 h后,仔細觀察菌落形態(tài)并進行記錄。確認為純培養(yǎng)物后,取菌落的一部分轉(zhuǎn)接到牛肉膏蛋白胨斜面培養(yǎng)基中同條件培養(yǎng)24 h,待生長旺盛后,置于4 ℃冰箱中保藏,每月移種1次,另取生長旺盛的菌體用甘油懸液保藏法保藏,以備用于后續(xù)實驗。

        1.2.3 形態(tài)學(xué)鑒定

        1.2.3.1 菌落形態(tài)觀察

        按無菌操作將各個菌株接種于牛肉膏蛋白胨固體培養(yǎng)基,37 ℃培養(yǎng)48 h,觀察菌落大小、形態(tài)、顏色、光澤度、透明度等,做好記錄。

        1.2.3.2 個體形態(tài)觀察

        芽孢染色:取潔凈的小試管加入0.2 mL無菌水,加入1~2接種環(huán)的芽孢桿菌的菌苔充分混合得到菌懸液;在菌懸液中加入0.2 mL苯酚品紅溶液,沸水浴加熱3~5 min;接種環(huán)挑取少量菌懸液,在載玻片上涂薄,風(fēng)干,用95%乙醇沖洗載玻片至無紅色液流出;再用自來水沖洗,濾紙吸干;吸取少量黑色素溶液于涂片處,均勻涂薄,自然干燥,進行油鏡觀察。

        按革蘭氏染色法對各菌株染色,辨別其為陽性菌或是陰性菌;并在100倍油鏡下觀察其菌體形態(tài)、大小、有無芽孢及著生位置等,嚴(yán)謹觀察、描述、拍照、記錄。

        1.2.4 生理生化實驗鑒定

        對芽孢桿菌進行了酶觸反應(yīng)、糖發(fā)酵實驗、甲基紅實驗、VP實驗、H2S實驗、吲哚實驗、明膠液化、檸檬酸鹽的利用實驗,對已經(jīng)分離出的芽孢桿菌進行鑒定,從而確定其生理生化特性。

        1.2.5 16S rDNA菌種鑒定

        分子鑒定的主要依據(jù)是細菌的16S rDNA片段,其具有高度的保守性、穩(wěn)定性,可作為分子指標(biāo),快速、準(zhǔn)確、簡便地對微生物進行分類鑒定。本研究中DNA的提取參考吉志偉等[16]的方法;PCR擴增采用引物27F/1492r對醋酸菌和乳酸菌的16S rDNA區(qū)進行特異性擴增,其PCR擴增體系參考文獻[17],將結(jié)果送至上海杰李生物技術(shù)有限公司測序,將所測定菌株的16S rDNA序列同GenBank中已提交的序列進行B1ast N分析和同源比對,尋找與目的基因序列同源性最高的已知分類地位的菌種,進一步確定菌株的種屬性質(zhì)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 芽孢桿菌的篩選

        通過1.2.2的實驗步驟,用標(biāo)準(zhǔn)枯草芽孢桿菌作對照菌,獲得純種芽孢桿菌共計13株,分別標(biāo)明為B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7,B8,B9,B10,B11,B12,B13。進行芽孢染色之后,將各菌株置于微生物顯微鏡下油鏡觀察,在淡紫灰色背景的襯托下,菌體呈現(xiàn)白色,菌體內(nèi)的芽孢呈現(xiàn)紅色。部分染色照片見圖1(a~c),由此可初步判斷該13株菌株均為芽孢桿菌(圖片均能清晰觀察,考慮到全部顯示凸顯多余,則以少許圖片為代表表明結(jié)果)。

        圖1 芽孢染色(10×100)Fig.1 Spore staining (10×100)

        2.2 形態(tài)學(xué)鑒定

        對分離出的13株細菌的菌落形態(tài)進行觀察鑒定,其形態(tài)表征結(jié)果見表1。通過各菌株革蘭氏染色結(jié)果可知,13株菌株均為陽性菌。菌落形態(tài)、個體形態(tài)圖片詳見圖2和圖3。由于本實驗菌株圖片太多,選取3種菌株作為代表。

        表1 芽孢桿菌形態(tài)描述Table 1 The description of morphology of Bacillus

        續(xù) 表

        圖2 芽孢桿菌菌落形態(tài)Fig.2 The colony morphology of Bacillus

        圖3 芽孢桿菌菌體形態(tài)(10×100)Fig.3 The cell morphology of Bacillus(10×100)

        2.3 生理生化鑒定結(jié)果

        按照1.2.4的生理生化實驗方法步驟,對已篩選得到的13株芽孢桿菌進行鑒定,各個實驗鑒定菌株結(jié)果見表2。通過不同芽孢桿菌對每個實驗結(jié)果的不同,確定生理特性,從而得出菌株的種類。

        表2 生理生化試驗結(jié)果Table 2 The results of physiological and biochemical test

        續(xù) 表

        注:“+”表示實驗結(jié)果為陽性,“-”表示實驗結(jié)果為陰性。

        2.4 16S rDNA菌種鑒定

        根據(jù)1.2.5的方法步驟,篩選到13株芽孢桿菌,并得到各個菌株的16S rDNA序列,具體各菌株測序結(jié)果見表3。由于本實驗菌株較多,故選取3種菌株作為代表。將各個菌株的16S rDNA序列在CNBI基因庫中進行同源性比較,獲得和各菌株序列相似度最高的菌株,即初步認定該菌株種類,具體結(jié)果見表4。

        表3 16S rDNA基因序列Table 3 The genetic sequence of 16S rDNA

        續(xù) 表

        表4 16S rDNA菌種鑒定Table 4 The identification of 16S rDNA strain

        3 結(jié)論

        本實驗利用10倍梯度稀釋法涂布平板,從自然發(fā)酵的甜面醬中篩選芽孢桿菌,共計得到13株菌株,其革蘭氏結(jié)果均為陽性。各菌株的單菌落形態(tài)呈圓形,白色,直徑1~5 mm,不透明,邊緣整齊,菌體的顯微形態(tài)多為橢圓或柱狀,芽孢基本分布在細胞體的中心。通過對其進行菌落、顯微形態(tài)觀察和16S rDNA片段擴增及序列分析技術(shù)分析,最終確定13株菌株中:菌株B2,B4,B5,B6,B7,B8,B11,B12為枯草芽孢桿菌,菌株B3,B10,B13為解淀粉芽孢桿菌,菌株B1為特基拉芽孢桿菌,菌株B9為短小芽孢桿菌。

        現(xiàn)階段,芽孢桿菌在甜面醬發(fā)酵中發(fā)揮的作用有待深度探討,其對甜面醬形成的風(fēng)味成分和營養(yǎng)物質(zhì)有何種關(guān)系還是未知,因此本研究所得菌株可為進一步探究其在甜面醬發(fā)酵過程中的作用機理奠定重要基礎(chǔ)。

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