林先鋒 陳思達 張興明 林麗萍 張鳳英**
(1 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 江西南昌 330045 2 江西省食品檢驗檢測研究院 江西南昌 330045)
土豆塊莖中約含淀粉15~25%,蛋白質(zhì)2~3%,脂肪0.7%,粗纖維0.15%,還含有豐富的鈣、磷、鐵、鉀等礦物質(zhì),以及VC、VA 和B 族維生素,營養(yǎng)豐富[1-2]。土豆葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基(簡稱PDA)是一種以土豆為主要原料的半合成培養(yǎng)基,常用于真菌的培養(yǎng)[3]。由于現(xiàn)配PDA 需經(jīng)過購買土豆、洗凈、切片和煮制等較繁瑣的過程,相關(guān)企業(yè)開發(fā)了商品化速成PDA 培養(yǎng)基,只需稱量加水融化即可,簡單方便快捷。但在使用PDA 進行傳代、活化和轉(zhuǎn)接培養(yǎng)菌種的過程中,發(fā)現(xiàn)用當(dāng)季和過季土豆制備的PDA 培養(yǎng)青霉、黑曲霉和根霉等常見霉菌菌株時,它們的長勢有明顯差別,現(xiàn)配PDA 與商品化速成PDA 的效果也有所不同。例如,在使用商品化速成PDA 培養(yǎng)桔青霉時,發(fā)現(xiàn)不僅菌絲生長緩慢,而且培養(yǎng)4~5 d 都不長孢子或孢子很少;用于轉(zhuǎn)接曲霉、根霉菌體生長狀況也不理想。鑒于目前未見任何有關(guān)現(xiàn)配PDA 與商品化速成PDA 應(yīng)用效果方面的報道,本文對幾種霉菌在現(xiàn)配PDA 與商品化速成PDA 上的生長、產(chǎn)孢子量及胞外酶活力進行了比較研究。
本文以米根霉2-2、黑曲霉柚-1 和酒精酵母Sa2 為實驗菌株,通過比較各菌株分別在當(dāng)季土豆現(xiàn)配PDA、過季土豆現(xiàn)配PDA 和商品化速成PDA 上的生長情況、胞外酶活力及應(yīng)用效果,確定商品化速成PDA 的應(yīng)用范圍和應(yīng)用價值。以期為從事相關(guān)研究的科研工作者在選擇PDA 培養(yǎng)基時提供參考,針對所培養(yǎng)菌株的用途選擇配制方法簡便有效的PDA 培養(yǎng)基。
1.1 材料
1.1.1 菌種 黑曲霉柚-1(Aspergillus niger)、米根霉2-2(Rhizopus oryzae)和釀酒酵母Sa2(Saccharomyces cerevisiae),均由江西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院微生物實驗室提供。
1.1.2 原料 市售當(dāng)季土豆、過季土豆、豆芽及糯米;福建平和琯溪蜜柚皮,購自江西農(nóng)業(yè)大學(xué)校園水果店。
1.1.3 藥品及主要儀器 商品化速成PDA 培養(yǎng)基粉(南昌醫(yī)藥公司),分析純無水葡萄糖、冰醋酸及醋酸鈉,生物試劑DNS 溶液,食品級羧甲基纖維素(CMC),定性濾紙。
SPX-450 智能生化培養(yǎng)箱(上海谷寧儀器有限公司),GZX-DH 電熱恒溫干燥箱(上海躍進醫(yī)療器械廠),DSX-280 手提式壓力滅菌器(上海申安醫(yī)療器械廠)。
1.2 實驗方法
1.2.1 培養(yǎng)基的制備 當(dāng)季PDA 培養(yǎng)基(APDA):稱取200 g 當(dāng)季土豆,洗凈去皮切成小塊,加水1 000 mL 煮沸,20 min;紗布過濾,濾液加水補足1 000 mL,再加入20 g 葡萄糖及20 g 瓊脂,加熱使其充分溶解;分裝,121℃滅菌20 min。
過季PDA 培養(yǎng)基(BPDA):稱取200 g 過季土豆,洗凈去皮切成小塊,其余操作同APDA。
商品化速成PDA 培養(yǎng)基(CPDA):稱取商品PDA 粉46.0 g,加入1 000 mL 蒸餾水,115℃高壓滅菌20 min。
液體APDA:同固體APDA,不加瓊脂。
液體BPDA:同固體BPDA,不加瓊脂。
豆芽汁培養(yǎng)基:稱取200 g 新鮮豆芽,洗凈,切碎,加水1 000 mL,煮沸20 min;紗布過濾,濾液加水補足1 000 mL,再加入200 g 葡萄糖,加熱使其充分溶解,分裝三角瓶,121℃滅菌20 min。
1.2.2 3 種PDA 對幾種霉菌形態(tài)的影響 用接種環(huán)分別挑取3~5 環(huán)黑曲霉或米根霉斜面菌體接入5 mL 無菌水中,振蕩搖勻,制成孢子懸液。分別取幾微升孢子懸液點接在各PDA 平板中間,30℃恒溫培養(yǎng)24~72 h,觀察霉菌的菌絲直徑、孢子穗或孢子囊大小、菌落直徑和菌落形態(tài)等[4]。
1.2.3 酵母菌在當(dāng)季和過季液體PDA 的生長情況 用接種環(huán)挑取3~5 環(huán)斜面酵母菌接入5 mL無菌水中,振蕩搖勻,制成菌懸液。用無菌移液管分別吸取1 mL 酵母菌懸液至100 mL 當(dāng)季液體PDA 和過季液體PDA 中,每組3 個平行,30℃恒溫培養(yǎng)16 h,檢測酵母菌大小和數(shù)量。
1.2.4 酵母菌對乙醇發(fā)酵的影響 用無菌移液管分別吸取5 mL 2 種液體PDA 酵母菌培養(yǎng)液至100 mL 豆芽汁培養(yǎng)基中,搖勻,30℃恒溫培養(yǎng)4~5 d,直至豆芽汁培養(yǎng)液中的氣泡消失,用蒸餾法測定發(fā)酵液的酒度。
1.2.5 黑曲霉分解柚子皮能力粗測[5]挑取3 種PDA 斜面培養(yǎng)的黑曲霉接入3 mL 無菌水中,振蕩搖勻,制成孢子懸液備用。稱取10 g 新鮮柚子皮,切塊,放入培養(yǎng)皿中,接入適量黑曲霉孢子懸液,30℃恒溫培養(yǎng)4~6 d,將長滿黑孢子的柚子皮取出,用清水將表面的菌體及分解物沖洗干凈,放入56~60℃烘箱內(nèi)烘干至恒重后稱重(記為M)。同時,將10 g 新鮮柚子皮(不接種孢子懸液)放入烘箱內(nèi)干燥至恒重(記為M0)。計算黑曲霉對柚子皮的分解率(%)=×100%。再用光學(xué)顯微鏡觀察柚子皮分解前、后的顯微結(jié)構(gòu)。
1.2.6 米根霉PDA 斜面培養(yǎng)物的糖化力測定[6]挑取3 種PDA 斜面培養(yǎng)的米根霉菌體放入5 mL 無菌水中,振蕩搖勻,制成孢子懸液備用。稱取糯米100 g 用紗布包好,浸泡4 h 左右放入鍋中隔水蒸至米粒透明無白心。待糯米蒸熟冷卻后,放入杯中。將上述孢子懸液均勻淋入糯米飯中,再加入55 mL 純凈水,保鮮膜封口,30℃恒溫發(fā)酵1.5~2 d,測發(fā)酵液的糖化力和液化力,根霉的糖化力用發(fā)酵液的糖度表示,液化力用壓榨出發(fā)酵液的體積數(shù)表示;同時品嘗發(fā)酵液的口味。
1.2.7 發(fā)酵液的糖度測量 用手持式糖度計測定發(fā)酵液的糖度。
1.2.8 米根霉胞外糖化酶活力的測定 用斐林滴定法[7]測定米根霉胞外糖化酶的活力。
1.2.9 纖維素酶系活力測定
1.2.9.1 粗酶液的制備 在500 mL 錐形瓶中裝入24 g 柚子皮粉、1 g 麩皮和1 g 硫酸銨,用玻璃棒攪拌均勻,滅菌冷卻后加入16 mL 無菌水,搖勻打散,28℃恒溫培養(yǎng)60 h(培養(yǎng)期間搖晃4~5 次)。取適量發(fā)酵固體于錐形瓶中,加入50 倍蒸餾水,適當(dāng)攪拌后在40℃恒溫水浴鍋中浸提1 h。用濾紙過濾,濾液即為粗酶液。
1.2.9.2 3,5-二硝基水楊酸測定還原糖法檢測濾紙酶活和CMC 酶活 以CMC-Na 或濾紙為底物,加入1 mL 稀釋粗酶液和l mL pH=7.0 的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液于50℃水浴鍋中,保溫65 min,加入2 mL DNS 試劑停止反應(yīng),再沸水浴煮沸10 min;冷卻后,于530 nm 處比色檢測CMC 酶活和 濾紙酶 活[8]。
2.1 霉菌和酒精酵母在不同PDA 上的生長狀況
2.1.1 黑曲霉生長狀況 不同時間內(nèi),黑曲霉在3 種PDA 上的培養(yǎng)情況見表1。由表1可知,培養(yǎng)24 h 和48 h 時,黑曲霉在2 種現(xiàn)配PDA 上的菌落直徑比CPDA 更大,菌落蔓延范圍更廣,菌絲生長速度更快。培養(yǎng)72 h 時,APDA 的菌落直徑最大,CPDA 次之,BPDA 最小。
表1 不同時間黑曲霉的培養(yǎng)狀況
此外,培養(yǎng)48 h 后,APDA 上黑曲霉的孢子穗最大,達到了68.12 μm,菌絲稠密粗壯,達16.20 μm,產(chǎn)大量黑孢子,非常適合黑曲霉的生長。而BPDA和CPDA 上黑曲霉的孢子穗大小和菌絲粗細(xì)相差不大,都不及APDA 培養(yǎng)的效果理想。黑曲霉72 h培養(yǎng)效果見圖1(上)(本文附圖見封四)。由圖1很容易看出,72 h 后,2 種現(xiàn)配PDA 的培養(yǎng)效果比CPDA 更好,表現(xiàn)為菌絲濃密,產(chǎn)大量黑孢子;而CPDA 上黑孢子明顯更少,菌落小,菌叢低矮,邊緣有較大一圈白色菌絲,生長相對更為緩慢。
總體上看,黑曲霉在2 種現(xiàn)配PDA 上生長更旺盛,長速更快。
2.1.2 米根霉生長情況 米根霉在3 種PDA 的生長情況見表2。由表2可知,米根霉在2 種現(xiàn)配PDA 培養(yǎng)24 h 后菌落直徑較大、長勢較快,而在CPDA 上長勢較慢、菌落直徑較??;在APDA 上的菌絲稠密粗壯,有光澤,而在CPDA 上菌絲細(xì)小無光。
表2 米根霉的生長情況
培養(yǎng)48 h 后,米根霉均長滿平皿;在APDA上長勢最好,表現(xiàn)為:菌絲稠密粗壯,有光澤,產(chǎn)大量黑孢子,孢子囊較大。而在CPDA 上米根霉菌絲細(xì)小無光,黑孢子較少。其培養(yǎng)48 h 后效果見圖1(下)。以上結(jié)果說明,2 種現(xiàn)配PDA 對米根霉的生長繁殖更有利。
2.1.3 酵母菌在2 種液體PDA 的生長情況 就數(shù)量而言,酵母菌在液體BPDA 中培養(yǎng)16 h 后比液體APDA 中多,為6.16×107個/mL,而后者僅為4.62×107個/mL;從大小上看,液體APDA 中的酵母菌為5.73×8.80 μm,更接近球形,而液體BPDA中的酵母菌為5.27×9.07 μm,更接近長橢圓形,即液體APDA 培養(yǎng)的酵母菌粗壯一點,液體BPDA培養(yǎng)的酵母菌細(xì)長一點。從酵母數(shù)量上看,液體BPDA 比APDA 多1.46×107個/mL。
2.2 不同PDA 培養(yǎng)的霉菌和酵母的應(yīng)用效果
2.2.1 黑曲霉分解柚子皮能力的粗測 圖2(上)為黑曲霉在柚子皮上生長6 d 的效果。很明顯,APDA 組柚子皮上布滿黑孢子,BPDA 組柚子皮上基本布滿黑孢子,而CPDA 組柚子皮上僅一半?yún)^(qū)域長有黑孢子,說明2 種現(xiàn)配PDA 上的黑曲霉對柚子皮的利用率更高。
由表3可知,用2 種現(xiàn)配PDA 培養(yǎng)的黑曲霉對柚子皮的分解率分別為60.77%和54.70%,均比用CPDA 培養(yǎng)的黑曲霉對柚子皮的分解率更高,說明2 種現(xiàn)配PDA 更適合黑曲霉生長繁殖,產(chǎn)纖維素酶的活性更強。用APDA 培養(yǎng)的黑曲霉分解能力最強,對柚子皮的利用率最高,比BPDA高6.07%,比CPDA 高6.63%。
表3 黑曲霉分解柚子皮能力
柚子皮被3 種PDA 培養(yǎng)的黑曲霉分解前、后的顯微結(jié)構(gòu)見圖2(下)。顯而易見,原本致密的纖維結(jié)構(gòu)被不同PDA 培育的黑曲霉分解后的松散程度明顯不一樣,其中由現(xiàn)配PDA 培養(yǎng)的黑曲霉分解后的柚子皮纖維結(jié)構(gòu)的松散程度比CPDA 更高,這說明2 種現(xiàn)配PDA 培養(yǎng)的黑曲霉產(chǎn)纖維素酶活力更高,分解柚子皮纖維素能力更強,應(yīng)用效果更好。
2.2.2 3 種PDA 培養(yǎng)米根霉的應(yīng)用效果 PDA米根霉斜面培養(yǎng)物發(fā)酵糯米的糖化力和液化力見表4。由表4可知,用2 種現(xiàn)配PDA 培養(yǎng)的米根霉的糖化力和液化力,均比用CPDA 培養(yǎng)的米根霉的糖化力和液化力更高,說明現(xiàn)配PDA 更有利于米根霉分泌糖化酶,且其酶活力更高。就2 種現(xiàn)配PDA 來說,用APDA 培養(yǎng)的米根霉的液化力比用BPDA 培養(yǎng)的米根霉的液化力更高。
表4 米根霉和黑曲霉的胞外酶活
2.2.3 酵母菌對乙醇發(fā)酵的影響 從發(fā)酵液酒度分析,液體APDA 培養(yǎng)的酵母菌發(fā)酵的酒度為11.13 度,而用液體BPDA 培養(yǎng)的酵母菌發(fā)酵的酒度為10.73 度,前者比后者提高了3.73%。
總體分析,雖然酵母菌在液體BPDA 中培養(yǎng)16 h 后的數(shù)量更多,但其酒化酶活性不如APDA中培養(yǎng)的酵母菌,發(fā)酵能力較差。酵母數(shù)量多少與初始接入的酵母種細(xì)胞數(shù)量有一定關(guān)系;說明酒化酶活性與所培養(yǎng)的酵母的發(fā)酵能力關(guān)系較大,與酵母細(xì)胞數(shù)量關(guān)系較小。綜上可知,液體APDA培養(yǎng)的酵母菌的酒化酶活性較強。由此可見營養(yǎng)對酒精酵母發(fā)酵能力的重要性。
2.3 不同PDA 培養(yǎng)霉菌的胞外酶活力
2.3.1 米根霉胞外糖化酶活力 以米根霉孢子的麩皮培養(yǎng)物作為酒曲,檢測不同PDA 培養(yǎng)米根霉的胞外糖化酶活力,結(jié)果見表4。由表4可知,3 種PDA 培養(yǎng)的米根霉的胞外糖化酶活力大小排列次序為:APDA>BPDA>CPDA,與上面用于糖化糯米的結(jié)果一致。
2.3.2 黑曲霉的胞外纖維素酶活力 不同PDA培養(yǎng)的黑曲霉的胞外纖維素酶的濾紙酶活力和CMC 酶活力見表4。由表4可知,3 種PDA 培養(yǎng)的黑曲霉的胞外纖維素酶的CMC 酶活力大小排列 次 序 為:APDA >BPDA >CPDA,APDA 和BPDA的CMC 酶活力比CPDA 高23.2~40.7 U/mL;APDA與BPDA 的濾紙酶活相差不大,但比CPDA 要高8.1~8.7 U/mL。
用土豆現(xiàn)煮現(xiàn)配的PDA 培養(yǎng)生長的黑曲霉菌絲濃密粗壯,黑孢子多,生長速度快;在商品化速成PDA 上菌落小,菌叢低矮,黑孢子少,生長較緩慢?,F(xiàn)配PDA 培養(yǎng)的黑曲霉產(chǎn)胞外纖維素酶活力更高,現(xiàn)配PDA 的CMC 酶活比商品化速成PDA 高23.2~40.7 U/mL,濾紙酶活高8.1~8.7 U/mL,分解柚子皮纖維素能力更強,應(yīng)用效果更好。
米根霉在當(dāng)季土豆現(xiàn)配PDA 上長勢良好:菌絲稠密粗壯,有光澤,黑孢子多,孢子囊也較大。在商品化速成PDA 上生長速度不僅慢,而且菌絲纖細(xì)無光,黑孢子也更少、更小。2 種現(xiàn)配PDA 培養(yǎng)的米根霉產(chǎn)胞外糖化酶性能較好,且酶活更高。對于根霉菌來說,2 種現(xiàn)配PDA 應(yīng)用效果也更好。
用當(dāng)季液體PDA 培養(yǎng)的酒精酵母分泌的酒化酶活性更好,酒精發(fā)酵能力更強。
綜上所述:現(xiàn)配PDA 培養(yǎng)的根霉、黑曲霉和酒精酵母生產(chǎn)應(yīng)用性能明顯比商品化速成PDA 更優(yōu)越。當(dāng)季土豆現(xiàn)配PDA 由于營養(yǎng)成分豐富,非常適合霉菌的生長繁殖,有助于其產(chǎn)酶性能及生產(chǎn)應(yīng)用效果的穩(wěn)定;商品化速成PDA 雖然配制簡便快捷,但只適合做一般驗證實驗和生理生化實驗,不適合生產(chǎn)用菌株的活化、轉(zhuǎn)接培養(yǎng)。如果要應(yīng)用于生產(chǎn),必須選用當(dāng)季土豆現(xiàn)配的PDA。
為何過季土豆PDA 和商品化速成PDA 培養(yǎng)的微生物長勢弱,應(yīng)用效果差?深究其原因應(yīng)該是二者營養(yǎng)價值比當(dāng)季土豆要差,因為許多營養(yǎng)成分有半衰期,例如,磷的半衰期為14 d、鐵的半衰期為90 d,還有一些生長素例如VC 遇空氣中氧、熱、光、堿性物質(zhì),特別是氧化酶及銅、鐵等金屬離子存在時,可促進其氧化破壞。導(dǎo)致土豆在儲存過程中,有些營養(yǎng)成分含量會降低;商品化速成PDA 粉不僅存在營養(yǎng)成分衰變的問題,還有在加工過程中需要高溫噴霧干燥或高溫烘干工藝,有些營養(yǎng)物質(zhì)會受到一定程度的破壞;此外商品化速成PDA 粉在保質(zhì)期內(nèi)的某些營養(yǎng)成分也可能會隨著時間的延長而流失;所以導(dǎo)致用其培養(yǎng)的微生物生長緩慢、應(yīng)用性能減弱。
由于受季節(jié)限制,微生物科研工作者無法一年四季都能獲得當(dāng)季新鮮土豆。為保證有效的菌株轉(zhuǎn)接培養(yǎng)活化應(yīng)用科研工作的順利進行,建議將當(dāng)季新鮮土豆按每400 g 加1 L 水煮成雙料土豆汁,置于冰箱中冷凍。用時取出所需量融化,加一倍水,再按比例添加葡萄糖和瓊脂即可,使用效果與現(xiàn)配當(dāng)季PDA 相當(dāng)。