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        自然發(fā)酵的酸菜中微生物多樣性研究

        2022-08-30 08:16:04續(xù)釗盧前明
        中國調(diào)味品 2022年9期
        關鍵詞:乳酸桿菌酸菜試劑盒

        續(xù)釗,盧前明

        (1.鄭州職業(yè)技術學院,鄭州 450121;2.河南工程學院 資源與安全工程學院,鄭州 451191)

        發(fā)酵類食品是通過微生物作用食品而制成,在我國具有豐富的歷史文化[1-2]。在我國古代,發(fā)酵是人們保存食物的一種傳統(tǒng)方法[3],隨著發(fā)酵工藝經(jīng)過無數(shù)次的演變和傳承,形成了我國獨特的中國食品發(fā)酵工藝[4-5]。我國傳統(tǒng)的發(fā)酵食品種類多樣,包括發(fā)酵谷類食品[6]、發(fā)酵蔬菜類食品[7]、發(fā)酵豆類食品以及其他與發(fā)酵相關的肉類制品[8-9]、乳品和酒類[10]。由于發(fā)酵食品具有獨特的風味,自古以來就深受我國人民的喜愛,并隨著國際之間的交流,對很多國家也產(chǎn)生了不小的影響[11]?,F(xiàn)代醫(yī)學研究結(jié)果也表明,適當食用發(fā)酵食品對身體具有保健功效。

        酸菜在發(fā)酵時,主要分為3個步驟[12]:發(fā)酵的前期,以需氧型微生物發(fā)酵為主,隨著發(fā)酵過程的進行,酸菜中的氧氣逐漸被消耗為無氧的環(huán)境;發(fā)酵中期,以乳酸菌發(fā)酵為主要的發(fā)酵方式,此發(fā)酵過程中,乳酸菌產(chǎn)生大量的乳酸,導致發(fā)酵液中的pH值迅速下降;最后,以乳酸菌中的短乳酸桿菌發(fā)酵為主,形成泡菜中的多種風味物質(zhì),此階段是泡菜中風味物質(zhì)形成的主要階段。

        先前的一些研究人員主要采用分離、純化和鑒定的方法,對酸菜中的微生物進行鑒定,不僅消耗大量的時間,而且培養(yǎng)的過程中也極易受到環(huán)境因素的影響,不能夠正常地反映出酸菜中細菌多樣性的情況,結(jié)果的可靠性也較差。近些年,隨著分子生物技術的發(fā)展和進步,也為分析復雜的微生物群落提供了先進的技術和手段。

        發(fā)酵酸菜是在低濃度食鹽的條件下,利用微生物發(fā)酵而制成的一種蔬菜食品[13]。酸菜營養(yǎng)豐富且具有獨特的風味,同時也具有開胃健脾等生物學功能[14]。一般用于發(fā)酵的蔬菜表面具有大量的微生物,如果發(fā)酵方法不規(guī)范[15],可能會導致一些對人體有害的微生物混入發(fā)酵酸菜中。本研究基于此條件,利用分子生物學手段,對不同發(fā)酵階段酸菜中所含的微生物種類多樣性進行研究,旨在為酸菜的標準化和規(guī)范化生產(chǎn)提供一個基礎理論[16]。

        1 材料與方法

        1.1 試驗材料和設備

        白菜:購于當?shù)爻?;食鹽:無碘鹽深井礦鹽350 g袋裝;干酪乳酸桿菌:中國微生物研究所提供。

        全自動機械攪拌不銹鋼發(fā)酵罐 無錫興順生物科技有限公司;PCR基因擴增儀 上海泰坦科技股份有限公司;電子天平 山東歐萊博儀器有限公司;pH計 奧豪斯儀器(上海)有限公司;電泳儀、臺式離心機 濟南童鑫生物科技有限公司;高壓蒸汽滅菌鍋 山東博科生物產(chǎn)業(yè)有限公司;ZD-9560水平脫色搖床 常州市凱航儀器有限公司;DZKW-A電熱恒溫水浴鍋 北京京創(chuàng)泰寧偉業(yè)科技發(fā)展有限公司;SHPY-70F生化培養(yǎng)箱 深圳市澳德瑪電子科技有限公司;干燥箱 鶴壁市鑫誠信儀器儀表有限公司;超凈工作臺 蘇州安泰凈化有限公司;超低冰箱 日本三洋公司;顯微鏡 奧林巴斯(中國)有限公司;移液槍 德國Ependoff公司。

        1.2 試驗所需引物

        試驗過程中所需要的引物均由上海生物科技有限責任公司合成,見表1。

        表1 發(fā)酵酸菜中微生物測序所需引物

        1.3 培養(yǎng)基制作

        1.3.1 MRS培養(yǎng)基

        牛肉膏蛋白胨8 g,酵母浸膏粉4 g,磷酸二氫鉀 2 g,檸檬酸銨3 g,乙酸鈉 3 g,葡萄糖18 g,硫酸鎂1 g,瓊脂18 g,水1000 mL,pH 6~7,121 ℃滅菌20 min[17]。

        1.3.2 YPD培養(yǎng)基

        葡萄糖18 g,酵母粉8 g,蛋白胨18 g,瓊脂18 g,pH 6~7,蒸餾水1000 mL,121 ℃滅菌20 min[18]。

        1.3.3 PDA培養(yǎng)基

        土豆200 g,葡萄糖18 g,磷酸二氫鉀 2 g,硫酸鎂1 g,磷酸二氫鉀1 g,瓊脂18 g,pH 6~7,蒸餾水1000 mL,121 ℃滅菌20 min[19]。

        1.4 試劑盒

        Ezup柱式細菌基因組DNA試劑盒,瓊脂糖DNA回收試劑盒。

        1.5 自然發(fā)酵腌菜制作流程

        選取優(yōu)質(zhì)白菜→晾曬→食鹽→裝罐發(fā)酵→腌菜。

        選取優(yōu)質(zhì)菜,晾曬3 d,去除變黃的菜葉,用清水清洗干凈,將清洗好的白菜放于發(fā)酵罐中并進行密封,添加1%~1.5%濃度的食鹽,控制發(fā)酵罐溫度為15~20 ℃,每間隔2 d取1次樣本,連續(xù)取30 d樣本[20]。

        1.6 菌株的分析純化及計數(shù)

        在發(fā)酵過程中,每間隔2 d取出發(fā)酵液體的20 mL樣品,在超凈工作臺上分別稀釋10,100,1000,10000倍,分別涂布于MRS、YPD和PDA 3種培養(yǎng)基上,每個稀釋濃度分別涂布3個平板,然后檢測菌落的個數(shù)。

        1.7 形態(tài)學鑒定

        將MRS、YPD和PDA 3種培養(yǎng)基上分離獲得的菌落進行劃分,對形態(tài)純化獲得的菌株進行顯微鏡形態(tài)特征的觀察(菌落的大小、形態(tài)、直徑和光澤)。

        1.8 樣品中DNA的提取

        按照Ezup柱式細菌基因組DNA試劑盒上所攜帶的說明書進行操作。

        1.9 16S rDNA分析

        分離純化后的菌株進行形態(tài)學鑒定之后,將待測菌株進一步利用16S rDNA的序列進行對比和分子水平鑒定。系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建流程:將獲得的序列放置于NCBI中和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行比對,比對之后,確定大致類群;從NCBI數(shù)據(jù)庫中下載該類群的所有數(shù)據(jù),將獲得的數(shù)據(jù)與這些數(shù)據(jù)進行合并,合并之后的數(shù)據(jù)上傳至MAFFT網(wǎng)站,對數(shù)據(jù)進行排序;將排好順序的系列上傳至Cipres網(wǎng)站,利用網(wǎng)站建立最大簡約樹,最后進行物種親緣關系分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 菌種分離純化

        由表2可知,隨著發(fā)酵時間的增長,自然發(fā)酵的酸菜中微生物多樣性先增加后不變,其中3種不同培養(yǎng)基最后分離出的菌株數(shù)量也不相同。MRS培養(yǎng)基中分離獲得7個菌株,YPD培養(yǎng)基中分離獲得4個菌株和PDA培養(yǎng)基中分離獲得3個菌株,分離效果分別為MRS培養(yǎng)基>YPD培養(yǎng)基>PDA培養(yǎng)基。

        表2 自然發(fā)酵酸菜中分離純化的菌株種類統(tǒng)計

        2.2 形態(tài)學鑒定

        從MRS、YPD和PDA 3種培養(yǎng)基上一共分離出14個菌株,分別觀察形狀、大小,是否有隆起,表面是否光滑、有光澤和顏色。

        由表3可知,所有分離出來的細菌都呈現(xiàn)乳白色,細菌大小均小于1 mm,形狀主要為圓形和近圓形,根據(jù)形態(tài)特征鑒定大致可以分為乳酸桿菌、不動桿菌、酵母菌和大腸桿菌4大類,結(jié)果表明自然發(fā)酵的酸菜中微生物多樣性豐富。

        表3 分離純化菌株菌落形態(tài)

        2.3 16S rDNA 鑒定

        對上述的14個菌株進行16S rDNA鑒定,利用細菌基因組的DNA抽提試劑盒進行基因組DNA的抽提,在提取的DNA中加入正、反向引物,經(jīng)PCR測量,將獲得的PCR產(chǎn)物送至上海生物科技有限責任公司進行測序。獲得原始序列后,將原始系列在BioEdit軟件上進行檢查和拼接,將拼接后得到的系列放入NCBA數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行Blast比對,大致確定微生物的類群之后,下載該類群的相關物種序列,進行物種多樣性分析。

        表4 分離菌株Blast比對結(jié)果

        2.4 系統(tǒng)發(fā)育分析

        從NCBI數(shù)據(jù)庫中下載相關的數(shù)據(jù),使用MAFFT進行數(shù)據(jù)的排齊,在BioEdit中進行手動編輯,剪出多余和不合格的序列。把整理好的數(shù)據(jù)集上傳至Cpries網(wǎng)站,建立最大簡約樹,見圖1。

        圖1 利用最大簡約樹表示自然發(fā)酵的酸菜中微生物的多樣性

        由圖1可知,自然發(fā)酵的酸菜中主要分為3大類:乳酸桿Lactobacillus菌類、芽孢桿菌Esherichia類和酵母菌Candida類。其中乳酸桿菌為自然發(fā)酵酸菜中的主要類群,占11/14,酵母菌和芽孢桿菌都占有較低的比例,二者所占的比例為2/14。

        3 小結(jié)

        發(fā)酵酸菜具有營養(yǎng)豐富、風味獨特和開胃健脾等特點。目前,酸菜的發(fā)酵主要是家庭式小規(guī)模生產(chǎn),存在發(fā)酵時間長、產(chǎn)量不穩(wěn)定等諸多因素。為了人們的健康,本研究主要利用形態(tài)學和分子生物學手段對自然發(fā)酵酸菜中的微生物多樣性進行研究,研究結(jié)果表明,自然發(fā)酵的酸菜中,乳酸桿菌的種類占有主導優(yōu)勢,其次為酵母菌和芽孢桿菌。

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