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        枯草芽孢桿菌DZSY21 對致病菌生物膜的抑制研究

        2022-10-17 02:45:02付春情薛婉婷韓旺旺魯瞳彤王海心陳冠宇姚沛琳徐禮生
        農產(chǎn)品加工 2022年17期

        付春情,薛婉婷,韓旺旺,魯瞳彤,王海心,陳冠宇,姚沛琳,徐禮生,蘇 博

        (宿州學院生物與食品工程學院,安徽 宿州 234000)

        食品中毒及食品安全問題長期以來備受人們關注,常見致病菌包括大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和李斯特菌[1-2]。傳統(tǒng)化學防腐劑存在潛在的危害,因此新型天然生物防腐劑的開發(fā)已成為食品添加劑發(fā)展最熱門的方向之一。目前,我國允許使用的2 種天然微生物防腐劑為納他毒素和乳酸鏈菌素[3]。然而,乳酸鏈菌素的抑菌譜較窄,僅對G+細菌有明顯的抑制生長作用,不能抑制G-細菌和真菌;納他毒素能殺死霉菌、酵母菌和絲狀真菌,但不能殺死細菌。因此,開發(fā)出一種安全、廣譜的微生物天然食品防腐保鮮劑具有重要意義[4]。

        枯草芽孢桿菌是一種需氧產(chǎn)芽孢的G+細菌,其特性各式各樣,廣泛存在于自然界中[5]。因其不產(chǎn)生有害毒素,是公認的安全微生物[6]。它通過產(chǎn)生活性抗菌物質發(fā)揮生物防治作用,主要包括兩類活性抗菌物質:抗菌肽和脂肽類化合物[7]??莶菅挎邨U菌可產(chǎn)生廣譜的抗菌活性物質,能明顯抑制植物病原菌、致病菌等的生長,抗氧化能力強,是極具研發(fā)潛能的微生物天然食品防腐劑和保鮮劑[8-9]。

        多數(shù)自然界的細菌都可形成生物膜,這是對不利環(huán)境的一種保護機制[10]。細菌生物膜是指在相對惡劣的環(huán)境下細菌生長過程中形成的一種膜狀結構[11]。絕大多數(shù)細菌在自然界和人類生活中以生物膜存在,并黏附在各類有機或無機物體表面[12-14]。此外,細菌生物膜耐藥性極強,可以在宿主的免疫應答和吞噬作用下保護細菌[15]。因此,研究如何抑制細菌生物膜的形成成為食品及其他學科的要點[16-17]。

        1 材料與方法

        1.1 主要材料

        1.1.1 試驗菌種

        試驗菌:枯草芽孢桿菌DZSY21(分離于杜仲葉內)、解淀粉芽孢桿菌FZB42、枯草芽孢桿菌OKB105。

        指示菌(致病菌):金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、李斯特菌。

        1.1.2 試劑及儀器

        主要試劑:腦心浸出液肉湯(BH)I,青島高科技工業(yè)園海博生物科技有限公司提供;PI 染料,上海生物工程有限公司提供;胰蛋白胨、牛肉浸膏等其他化學試劑,國藥集團化學試劑有限公司提供。

        主要儀器:WT-ZNO 型超凈工作臺,鄭州中旺實驗室設備有限公司產(chǎn)品;智能生化培養(yǎng)箱,上海三發(fā)科學儀器有限公司產(chǎn)品;MuLtiskan GO 酶標儀,美國Thermo 公司產(chǎn)品;OLYMPUS IX71 型熒光倒置顯微鏡,廣州市明美科技有限公司產(chǎn)品等。

        1.2 試驗方法

        1.2.1 枯草芽孢桿菌對指示菌生物膜形成定量和定性分析

        (1) 微孔板法定量。O Toole G A 等人[18]方法中,聚苯乙烯材質的96 平底孔板通常作為對體外生物膜進行定量的載體。指示菌過夜培養(yǎng),分別調節(jié)菌液濃度 OD600=0.3、OD600=0.5、OD600=0.7,96 孔板每孔加入不同吸光度下指示菌菌懸液150 μL 與試驗菌菌液或上清液150 μL,于37 ℃下培養(yǎng)24 h。移除孔內液體,pH 值為7 的PBS 緩沖液洗滌2 次,甲醇溶液固定15 min,移除孔內液體,吹干。用質量分數(shù)為0.5%的結晶紫溶液染色20 min,清除染液,pH 值為7 的PBS 緩沖液洗滌2 次,吹干。加體積分數(shù)為95%乙醇 300 μL,靜置 30 min,吸出 200 μL 洗脫液到另一孔板中,酶標儀于波長570 nm 測吸光度。做5 組平行試驗,并重復3 次。分別以甲醇和培養(yǎng)基做陽性和陰性對照。

        (2) 熒光顯微鏡法。在直徑6 cm 的玻璃培養(yǎng)皿中放入18 mm×18 mm 規(guī)格的無菌蓋玻片,加入1 mL指示菌懸液和3 mL 試驗菌懸液,于37 ℃下培養(yǎng)24 h,取出玻片PBS 沖洗3 次,去除表面浮游細菌,立即室溫避光條件用熒光染料PI 對死菌進行染色。30 min 后,取出玻片,沖洗染液,在熒光顯微鏡下觀察成膜情況[19]。

        1.2.2 應用性試驗

        牛奶和蔬果防腐試驗:向每個試管中加入15 mL純牛奶,再加入300 μL 的指示菌菌液??瞻讓φ战M不加試驗菌,其余分別加入500 μL DZSY21、FZB42、OKB105 菌液及其上清液。振蕩混勻后置于37 ℃下培養(yǎng),觀察牛奶變質情況。用75%乙醇對蔬果表面消毒后,將致病菌噴灑在其表面,于37 ℃下培養(yǎng)4 h,分為3 組,空白組不進行操作,分別將DZSY21、FZB42、OKB105 菌液及其上清液涂抹在它們表面,再次放入37 ℃培養(yǎng)箱中觀察腐敗狀況。做3 組平行試驗,并重復3 次。

        2 結果與分析

        2.1 生物膜抑制性分析

        2.1.1 生物膜形成量分析

        不同OD 值指示菌生物膜形成量見圖2,試驗菌菌液對指示菌生物膜形成量的影響見圖3,試驗菌上清液對指示菌生物膜形成量的影響見圖4。

        圖2 不同OD 值指示菌生物膜形成量

        圖3 試驗菌菌液對指示菌生物膜形成量的影響

        圖4 試驗菌上清液對指示菌生物膜形成量的影響

        由圖2 可看出,在吸光度為0.3 時生物膜形成量最多,故在后續(xù)試驗在吸光度為0.3 時進行。在以培養(yǎng)基為陰性對照,甲醇為陽性對照的條件下,由圖3可看出,枯草芽孢桿菌DZSY21 菌體抑制指示菌生物膜形成量最好,F(xiàn)ZB42 其次,OKB105 最差。由圖4 可看出,枯草芽孢桿菌DZSY21 上清液抑制指示菌生物膜形成量最好,OKB105 其次,F(xiàn)ZB42 最差。從綜合的角度來看,枯草芽孢桿菌菌體和上清液對試驗菌生物膜的形成均表現(xiàn)出較好的抑制效果,但是枯草芽孢桿菌上清液的作用效果較菌體抑制效果差。

        2.1.2 熒光顯微鏡定性檢測生物膜構造

        熒光顯微鏡下生物膜構造見圖5。

        圖5 熒光顯微鏡下生物膜構造

        由圖5 可看出,A、B 和C 圖分別為金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和李斯特菌的生物膜構造,D、E 和F 圖分別為加了DZSY21 后的生物膜構造。同一熒光強度下,未添加試驗菌處理的細菌生物膜,死菌菌體成團塊蘑菇狀緊密地連接在一起,黑色區(qū)域為孔狀通道,呈現(xiàn)出典型的生物膜結構。添加試驗菌的指示菌生物膜都呈現(xiàn)出被打散抑制的情況,且DZSY21 抑制效果最好,OKB105 次之,F(xiàn)ZB42 最差。

        2.2 牛奶及蔬果防腐試驗結果

        牛奶防腐試驗見圖6,尖椒防腐試驗見圖7,千禧果防腐試驗見圖8,草莓防腐試驗見圖9。

        圖6 牛奶防腐試驗

        圖7 尖椒防腐試驗

        圖8 千禧果防腐試驗

        圖9 草莓防腐試驗

        由圖6 可看出,在37 ℃下放置5 d 后,空白組的牛奶已發(fā)生變質,出現(xiàn)分層,伴有明顯酸味。從左到右分別為上清液和菌液 OKB105、FZB42、DZSY21,除DZSY21 試驗組未見明顯腐敗現(xiàn)象外,其余都出現(xiàn)明顯腐敗狀況,且OKB105 腐敗最為嚴重,F(xiàn)ZB42 其次。

        由圖7 ~圖9 可看出,從左到右分別為空白組、菌液組與上清液組,噴灑致病菌的空白組腐敗最為嚴重,而噴灑離心上清液組有較明顯腐爛情況,其中腐爛情況OKB105>FZB42>DZSY21,噴灑菌液一組基本完好。

        3 結論

        在指示菌OD600為0.3 時生物膜的形成量最多,OD 值大小與生物膜形成量并非呈現(xiàn)正相關。抑制生物膜的試驗結果表明,在OD 值恒定時,枯草芽孢桿菌DZSY21 及其上清液的抑制效果要好于另2 個試驗菌,且菌體的抑制效果好于上清液。試驗中,菌液和上清液對于抑制致病菌生物膜形成差別較大,且尚未發(fā)現(xiàn)二者的相關性。熒光顯微鏡下,枯草芽孢桿菌DZSY21 對致病菌生物膜具有破壞力,且對不同致病菌破壞力不同,對照組試驗菌對致病菌的破壞力較弱。應用性試驗中,選用易被致病菌感染或存在的蔬果和牛奶,處理后的牛奶于37 ℃下放置5 d 后,空白對照組的牛奶已明顯變質,有分層現(xiàn)象和酸味,添加菌體的試驗組腐敗現(xiàn)象稍好于上清液組,而枯草芽孢桿菌組幾乎沒有變質。在蔬果的防腐試驗中,經(jīng)枯草芽孢桿菌處理后的試驗組品相均好于其他試驗組,且菌體組要好于上清液組,表現(xiàn)出枯草芽孢桿菌具有良好的防腐保鮮效果。盡管如此,但還需通過基因調控機制與動物臨床試驗進一步研究枯草芽孢桿菌DZSY21 應用于食品是否安全。

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