楊 新,陳 莉,盧紅梅,白成松,楊華連,楊雙全*
(1.貴州大學(xué) 貴州省發(fā)酵工程與生物制藥重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴州 貴陽(yáng) 550025;2.貴州大學(xué) 釀酒與食品工程學(xué)院,貴州 貴陽(yáng) 550025;3.貴州大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院,貴州 貴陽(yáng) 550025)
食醋是以糧谷為原料經(jīng)過(guò)糖化、酒精發(fā)酵、醋酸發(fā)酵而制成的含醋酸的液態(tài)酸味調(diào)味品[1]。其不僅作為一種調(diào)味品深受人們的喜愛(ài),而且作為一種保健品被人們廣泛食用。研究表明[2-7],食醋具有促進(jìn)食欲、保護(hù)胃腸道、抗菌殺菌、降血壓、抗氧化、抗衰老、促進(jìn)鈣的吸收、預(yù)防骨質(zhì)疏松、抗癌、防癌等功能。
赤水曬醋是貴州省赤水市生產(chǎn)的一種具有典型地方特色的優(yōu)質(zhì)食醋產(chǎn)品,其選料考究、制作精良、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求高,具有不可復(fù)制的獨(dú)特性。傳統(tǒng)的赤水曬醋工序繁多,精湛復(fù)雜,需要中草藥制曲、大米精選、蒸煮、發(fā)酵、醋醅裝壇曝曬、醋醅浸淋、產(chǎn)品精釀、滅菌等三十六道工序,整個(gè)生產(chǎn)周期在兩、三年以上。由于傳統(tǒng)的赤水曬醋釀造工藝周期長(zhǎng),產(chǎn)量低,難以滿足市場(chǎng)需求,因此部分企業(yè)對(duì)傳統(tǒng)工藝進(jìn)行了改進(jìn),以縮短工藝周期,提高產(chǎn)量,但是工藝的改變也給產(chǎn)品質(zhì)量帶來(lái)了挑戰(zhàn),部分新工藝產(chǎn)品出現(xiàn)了產(chǎn)氣、黏度增加等問(wèn)題,不僅影響了產(chǎn)品質(zhì)量安全,而且給企業(yè)信譽(yù)和形象造成了損害,而且類似問(wèn)題在其他食醋企業(yè)中也時(shí)有發(fā)生。因此進(jìn)行食醋中污染雜菌的相關(guān)研究成為食醋行業(yè)較為迫切的問(wèn)題,這對(duì)于促進(jìn)食醋行業(yè)的發(fā)展具有積極的意義。
本研究以出現(xiàn)黏度增加質(zhì)量問(wèn)題的赤水曬醋為研究對(duì)象,從中分離篩選出導(dǎo)致黏度增加的菌株,并對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證,通過(guò)生理生化特征和16S rDNA基因序列分析對(duì)分離篩選所得到的菌株進(jìn)行鑒定,并對(duì)分離篩選得到的菌株的生長(zhǎng)特性進(jìn)行研究,以期為食醋中雜菌的防治提供理論基礎(chǔ)及參考,這對(duì)于保障赤水曬醋產(chǎn)品質(zhì)量安全、減少企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失具有切實(shí)的意義。
1.1.1 樣品
黏稠的曬醋(食醋A)、正常的曬醋(食醋B):均由某赤水曬醋企業(yè)提供。
1.1.2 培養(yǎng)基
營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基:北京陸橋技術(shù)股份有限公司;LB液體培養(yǎng)基:蛋白胨10.0 g/L,牛肉膏3.0 g/L,氯化鈉5.0 g/L,pH自然,121℃滅菌20 min。
1.1.3 主要試劑
碘化鉀、碘(均為分析純):貴州賽蘭博科學(xué)儀器有限公司;氯化鈉(分析純):成都臨江化工廠;無(wú)水乙醇、體積分?jǐn)?shù)為95%乙醇(均為分析純):天津市富宇精細(xì)化工有限公司;剛果紅、孔雀綠(均為分析純):天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司;番紅(分析純):北京索萊寶科技有限公司;脫氧核糖核苷三磷酸(deoxy-ribonucleosidetriphosphate,dNTP)、TaqDNA聚合酶、MgCl2(分析純):上海生工生物工程公司。
YXQ-LS-5D S11立式壓力蒸汽滅菌器、SN-CJ-IF潔凈工作臺(tái):上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;SPX-250B智能型生化培養(yǎng)箱:上?,槴\實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;DMS-653廣西生物數(shù)碼顯微鏡:深圳市博宇儀器有限公司;∑IGMAZEISS電子掃描顯微鏡:北京普瑞賽司儀器有限公司;NDJ-1旋轉(zhuǎn)黏度計(jì):上海天平儀器廠。
1.3.1 微生物的分離、純化
將食醋樣品(食醋A)稀釋成10-1,吸取稀釋樣品0.2 mL,涂布接種到營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基[8],然后倒置于恒溫培養(yǎng)箱中,30℃培養(yǎng)3~5 d,同時(shí)接種正常食醋(食醋B)到營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)作為對(duì)照。
選擇菌落數(shù)在3~30之間的平板,用營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基進(jìn)行劃線分離純化,傳代3次,并用相應(yīng)的試管斜面培養(yǎng)基在4℃條件下保存?zhèn)溆肹9]。
1.3.2 增黏微生物的篩選
配制LB液體培養(yǎng)基,調(diào)節(jié)pH值至3.5,分裝到試管中滅菌,再將分離出的微生物接種到上述培養(yǎng)基中,30℃培養(yǎng)3~5 d,用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)檢測(cè)培養(yǎng)基的黏度[10]。同時(shí),以不接種作為對(duì)照,計(jì)算其黏度增加百分比。
1.3.3 微生物形態(tài)觀察以及生理生化測(cè)定
將分離出來(lái)的主要微生物進(jìn)行菌落形態(tài)觀察(形態(tài)、顏色、邊緣、透明度等特征)以及個(gè)體形態(tài)觀察(染色顯微鏡觀察)。
參考《伯杰細(xì)菌鑒定手冊(cè)》[11]和《常見(jiàn)細(xì)菌鑒定手冊(cè)》[12]分別對(duì)獲得的增黏微生物進(jìn)行生理生化試驗(yàn)。生理生化試驗(yàn)包括:甲基紅試驗(yàn)(methyl red,MR)、過(guò)氧化氫酶酶試驗(yàn)、明膠液化試驗(yàn)、淀粉水解試驗(yàn)、硝酸鹽還原試驗(yàn)、檸檬酸鹽試驗(yàn)、石蕊牛奶試驗(yàn)、葡萄糖發(fā)酵試驗(yàn)、木糖發(fā)酵試驗(yàn)、L-阿拉伯糖發(fā)酵試驗(yàn)、D-甘露醇發(fā)酵試驗(yàn)等,每種試驗(yàn)3個(gè)重復(fù)。
1.3.4 16S rDNA基因序列分析
(1)微生物總DNA的提取
利用Ezup柱式細(xì)菌基因組DNA抽提試劑盒(生工生物工程(上海)有限公司)提取實(shí)驗(yàn)菌株的DNA,其具體步驟參見(jiàn)試劑盒的說(shuō)明書(shū)。DNA提取產(chǎn)物保存于-20℃冰箱中[13]。
(2)PCR擴(kuò)增16S rDNA
以提取的基因組DNA為模板,利用通用引物:正向引物27F(5'-AGAGTTTGATCCTGGCTCTAG-3')和反向引物1492R(5'-GGTTACCTTGTTACGACTT-3')進(jìn)行聚合酶鏈反應(yīng)(polymerase chain reaction,PCR)擴(kuò)增。所有PCR均在25μL標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)體系中進(jìn)行。反應(yīng)程序?yàn)?5℃預(yù)變性5min;95℃變性50 s,56℃復(fù)性50 s,72℃延伸90 s,30個(gè)循環(huán);最后于72℃延伸10 min。采用1%的瓊脂糖凝膠電泳對(duì)PCR擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)[13]。
(3)DNA測(cè)序
純化后的目的基因送上海生工公司進(jìn)行測(cè)序。測(cè)序結(jié)果采用Chromas軟件參照正反序列圖譜進(jìn)行人工校正。
(4)系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)的構(gòu)建
用基本局部比對(duì)搜索工具(basic local alignment search tool,BLAST)將測(cè)序結(jié)果在美國(guó)國(guó)家生物技術(shù)信息中心(National Center of Biotechnology Information,NCBI)中與已知細(xì)菌的16S rDNA基因序列進(jìn)行同源性分析,并用MEGA5.10軟件的鄰接法(neighbor joining,NJ)構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù),具體確定菌株的種屬[14-15]。
1.3.5 微生物生長(zhǎng)特性研究
活化菌種:將分離得到的菌株接種于裝液量為100 mL/250 mL LB液體培養(yǎng)基中,于30℃培養(yǎng)24 h。
(1)最適生長(zhǎng)溫度
取活化菌液1mL接種于裝液量為100mL/250mLLB液體培養(yǎng)基中,分別置于30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃溫度梯度下,各個(gè)溫度梯度下設(shè)置3個(gè)平行組,以空LB液體培養(yǎng)基為空白對(duì)照,120 r/min搖床培養(yǎng)24 h,然后用分光光度計(jì)測(cè)定各菌液的OD600nm值,通過(guò)測(cè)得的OD600nm值繪制各細(xì)菌的最適生長(zhǎng)溫度曲線圖[16]。
(2)最適生長(zhǎng)pH
取活化菌液1 mL接種于裝液量為100 mL/250 mL LB液體培養(yǎng)基中,分別設(shè)置pH 2.5、pH 3.5、pH 4.5、pH 5.5、pH 6.5、pH 7.5、pH 8.5、pH 9.5、pH 10.5,各pH梯度下設(shè)置3個(gè)平行組,以空LB液體培養(yǎng)基為空白對(duì)照,120 r/min搖床培養(yǎng)24 h,然后用分光光度計(jì)測(cè)定各菌液的OD600nm值,通過(guò)測(cè)得的OD600nm值繪制各細(xì)菌的最適生長(zhǎng)pH曲線圖[17]。
(3)最適生長(zhǎng)NaCl含量
取活化菌液1 mL接種于裝液量為100 mL/250 mL LB液體培養(yǎng)基中,分別設(shè)置NaCl含量為0、1%、2%、3%、5%、7%、9%、11%、13%,各NaCl濃度梯度下設(shè)置3個(gè)平行組,以空LB液體培養(yǎng)基為空白對(duì)照,120 r/min搖床培養(yǎng)24 h,然后用分光光度計(jì)測(cè)定各菌液的OD600nm值,通過(guò)測(cè)得的OD600nm值繪制各細(xì)菌的最適生長(zhǎng)NaCl含量曲線圖。
(4)微生物生長(zhǎng)曲線
取活化菌液10 mL接種于裝液量為300 mL/500 mL LB液體培養(yǎng)基中,每種菌株做3組平行實(shí)驗(yàn),將其置于最適溫度條件下,120r/min搖床培養(yǎng),前16h每隔4h測(cè)定OD600nm值,之后每隔8 h測(cè)定OD600nm值,連續(xù)檢測(cè)4 d。以未接菌種的同批次LB液體培養(yǎng)基作為空白對(duì)照[18]。1.3.6數(shù)據(jù)處理與分析
采用Origin 8.6、Excel 2016和Design-Expert等軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,每個(gè)處理組進(jìn)行3次平行試驗(yàn)。
采用營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基在恒溫培養(yǎng)箱中對(duì)樣品進(jìn)行培養(yǎng),涂有食醋A樣品的培養(yǎng)基中有微生物生長(zhǎng),食醋B樣品中沒(méi)有微生物長(zhǎng)出。通過(guò)平板劃線對(duì)分離得到菌種進(jìn)行篩選純化,共得到11株菌,分別命名為菌株N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8、N9、N10、N11。
將篩選得到的11株菌株接種在LB液體培養(yǎng)基中,進(jìn)行黏度測(cè)定,結(jié)果如表1所示。

表1 食醋黏度增加驗(yàn)證結(jié)果Table 1 Results of viscosity increment verification of vinegar
由表1可知,接種了菌株N1~N11的培養(yǎng)基黏度均有所增加,其中,接種了菌株N3、N5、N7和N11的培養(yǎng)基黏度增加很明顯,增加了33.62%~39.66%;接種了其他的菌株的培養(yǎng)基的黏度幅度均<15%。菌株N3、N5、N7和N11明顯使食醋黏度增加,說(shuō)明導(dǎo)致食醋黏度增加的主要菌株是N3、N5、N7和N11。
因此,對(duì)菌株N3、N5、N7、N11這4株菌株進(jìn)行鑒定、分析,通過(guò)了解這4株菌的特性,從而控制這4株菌株的生長(zhǎng),更能有效地控制食醋黏稠增加的現(xiàn)象。
菌株N3、N5、N7、N11的菌落及細(xì)胞形態(tài)見(jiàn)圖1。

圖1 菌株N3、N5、N7、N11菌落及細(xì)胞形態(tài)Fig.1 Colony and cell morphology of strains N3,N5,N7 and N11
由圖1可知,菌株N3菌落呈乳白色,表面干燥褶皺,邊緣整齊,易挑起,不透明,該菌株為桿狀,長(zhǎng)約1.50 μm,直徑約0.72 μm。菌株N5菌落呈白色,表面濕潤(rùn)光滑,邊緣呈放射狀,易挑起,不透明,該菌株為桿狀,呈現(xiàn)鏈狀,長(zhǎng)約1.68 μm,直徑約0.76 μm。菌株N7菌落呈棕色,表面干燥不平滑,邊緣不整齊,難挑起,不透明,該菌株為桿狀,長(zhǎng)約1.40 μm,直徑約0.65 μm。菌株N11菌落呈棕黃色,表面濕潤(rùn)光滑,邊緣整齊,易挑起,不透明,該菌株為桿狀,長(zhǎng)約1.24 μm,直徑約0.73 μm。
按文獻(xiàn)《伯杰細(xì)菌鑒定手冊(cè)》和《常見(jiàn)細(xì)菌鑒定手冊(cè)》分別對(duì)4株菌株進(jìn)行生理生化測(cè)定,測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 菌株生理生化試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of physiological and biochemical tests of strains

續(xù)表

圖2 菌株N3(A)、N5(B)、N7(C)和N11(D)基于16S rDNA序列的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)Fig.2 Phylogenetic tree of strains N3(A),N5(B),N7(C)and N11(D)based on 16S rDNA sequence
由表2可知,菌株N3、N5、N7和N11的過(guò)氧化氫酶試驗(yàn)、明膠液化試驗(yàn)、淀粉水解試驗(yàn)、硝酸鹽還原試驗(yàn)、檸檬酸鹽試驗(yàn)、葡萄糖發(fā)酵試驗(yàn)、木糖發(fā)酵試驗(yàn)、L-阿拉伯糖發(fā)酵試驗(yàn)、D-甘露醇發(fā)酵試驗(yàn)呈陽(yáng)性,石蕊牛奶試驗(yàn)呈陰性。同時(shí)菌株N3的甲基紅試驗(yàn)(MR試驗(yàn))也呈陽(yáng)性,而菌株N5、N7和N11的甲基紅試驗(yàn)(MR試驗(yàn))呈陰性。通過(guò)對(duì)比《伯杰細(xì)菌鑒定手冊(cè)》和《常見(jiàn)細(xì)菌鑒定手冊(cè)》可知,菌株N3、N5、N7和N11均呈現(xiàn)芽孢桿菌屬(Bacillussp.)的主要特征,其具體菌種有待進(jìn)行分子鑒定。
采用16S rDNA測(cè)序方法對(duì)菌株N3、N5、N7和N11進(jìn)行分子生物學(xué)鑒定,對(duì)DNA進(jìn)行擴(kuò)增檢測(cè),將檢測(cè)結(jié)果輸入美國(guó)國(guó)家生物技術(shù)信息中心(NCBI)進(jìn)行基本局部比對(duì)搜索工具(BLAST)對(duì)比,采用鄰接法(N-J)構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù),結(jié)果見(jiàn)圖2。
由圖2(A)可知,菌株N3的16SrDNA基因序列與Bacillus licheniformis的相似度最大,為100%。結(jié)合菌株N3的細(xì)胞形態(tài)、菌落形態(tài)及生理生化特征可以鑒定菌株N3為地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)。由圖2(B)可知,菌株N5的16S rDNA基因序列與Bacillus amyloliquefaciens的相似度最大,為84%。結(jié)合菌株N5的細(xì)胞形態(tài)、菌落形態(tài)及生理生化特征可以鑒定菌株N5為解淀粉芽孢桿菌(Bacillus amyloliquefaciens)。由圖2(C)可知,菌株N7的16S rDNA基因序列與Bacillus licheniformis的相似度最大,為99%。結(jié)合菌株N7的細(xì)胞形態(tài)、菌落形態(tài)及生理生化特征可以鑒定菌株N7為索諾拉沙漠芽孢桿菌(Bacillus sonorensis)。由圖2 D)可知,菌株N11的16S rDNA基因序列與Bacillus acidicola的相似度最大,為100%。結(jié)合菌株N11的細(xì)胞形態(tài)、菌落形態(tài)及生理生化特征可以鑒定菌株N11為酸居芽孢桿菌(Bacillus acidicola)。
2.5.1 菌株最適生長(zhǎng)溫度的確定

圖3 溫度對(duì)菌株N3、N5、N7和N11生長(zhǎng)的影響Fig.3 Effect of temperature on the growth of strains N3,N5,N7 and N11
由圖3可知,隨著培養(yǎng)溫度的上升,菌株N3、N5、N7、N11的OD600nm值均呈先增加后降低的趨勢(shì),在30~40℃溫度范圍內(nèi),OD600nm值上升比較緩慢;在40~45℃溫度范圍內(nèi),OD600nm值上升較快;當(dāng)溫度為45℃時(shí),OD600nm值達(dá)到最大值,之后OD600nm值快速下降。因此菌株N3、N5、N7、N11的最適生長(zhǎng)溫度均為45℃。
2.5.2 pH值對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響

圖4 pH值對(duì)菌株N3、N5、N7和N11生長(zhǎng)的影響Fig.4 Effect of pH on the growth of strains N3,N5,N7 and N11
由圖4可知,菌株N3、N5、N7、N11的OD600nm值隨pH值的升高均呈先增加后降低的趨勢(shì),且分別在pH8.5、4.5、4.5和5.5時(shí),OD600nm值達(dá)到最大值,因此,菌株N3、N5、N7、N11的最適pH值分別為8.5、4.5、4.5和5.5。
2.5.3 NaCl含量對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響

圖5 NaCl含量對(duì)菌株N3、N5、N7和N11生長(zhǎng)的影響Fig.5 Effect of NaCl content on the growth of strains N3,N5,N7 and N11
由圖5可知,隨著NaCl含量的增加,菌株N3、N5、N7、N11的OD600nm值呈先增加后降低的趨勢(shì),菌株N3、N7、N11的OD600nm值在NaCl含量為1%時(shí)達(dá)到最大值,而菌株N5的OD600nm值在NaCl含量在NaCl含量為2%時(shí)達(dá)到最大值,繼續(xù)增加NaCl含量,菌株OD600nm值逐漸下降,當(dāng)NaCl含量為7%時(shí),菌株N7的OD600nm值為0;當(dāng)NaCl含量為9%時(shí),菌株N3、N5、N11的OD600nm值幾乎為0。因此,菌株N3、N7、N11的最適生長(zhǎng)NaCl含量均為1%;菌株N5的最適生長(zhǎng)NaCl含量為2%。
2.5.4 微生物生長(zhǎng)曲線

圖6 菌株N3、N5、N7和N11的生長(zhǎng)曲線Fig.6 Growth curves of strains N3,N5,N7 and N11
由圖6可知,菌株N3、N5、N7和N11在LB液體培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)規(guī)律符合典型的S形生長(zhǎng)曲線,在LB液體培養(yǎng)基中的延遲期都比較短,能夠快速進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期。菌株N3、N5、N7和N11分別在30 h 、20 h、16 h和40 h后進(jìn)入穩(wěn)定期和衰亡期。因此菌株N3、N5、N7和N11具有較快的生長(zhǎng)速度,對(duì)數(shù)期開(kāi)始比較早。
綜上所述,導(dǎo)致食醋黏稠增加的主要的微生物是幾種耐熱耐酸的芽孢桿菌。根據(jù)這些菌株特點(diǎn),可以采取一些措施來(lái)進(jìn)行防范,如杜絕生醋連日存放,配兌后的生醋立即滅菌,減少微生物在食醋中生長(zhǎng)繁殖;避免總酸5 g/100 mL以下生醋存放過(guò)夜;過(guò)程交叉污染將導(dǎo)致脹桶桿菌增殖泛濫,交叉污染主要包括生熟醋交叉、好壞醋交叉、生產(chǎn)場(chǎng)所污染等,因此,工廠管理者應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量管理、保證潔凈的操作環(huán)境、養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣,堅(jiān)決杜絕交叉污染[19-21]。
本研究在恒溫培養(yǎng)箱中通過(guò)營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基對(duì)樣品(食醋A)進(jìn)行培養(yǎng),經(jīng)過(guò)劃線分離純化得到11株菌,經(jīng)黏度增加驗(yàn)證試驗(yàn),得到導(dǎo)致黏稠增加的4株主要菌株。通過(guò)其菌落菌株形態(tài)、生理生化特征以及16S rDNA基因序列分析,鑒定菌株N3為地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)、菌株N5為解淀粉芽孢桿菌菌株(Bacillusamyloliquefaciens)、菌株N7為索諾拉沙漠芽孢桿菌(Bacillus sonorensis)、菌株N11為酸居芽孢桿菌(Bacillus acidicola)。4株菌的生長(zhǎng)特性研究表明,其最適生長(zhǎng)溫度均為45℃;菌株N3、N5、N7、N11的最適生長(zhǎng)pH值分別為8.5、4.5、4.5和5.5;菌株N3、N7、N11的最適生長(zhǎng)鹽度均為1%,菌株N5的最適生長(zhǎng)鹽度為2%;菌株N3、N5、N7、N11在LB液體培養(yǎng)基中均具有較快的生長(zhǎng)速度和較強(qiáng)的繁殖能力。本研究結(jié)果為食醋中雜菌的防治提供了理論參考,對(duì)保障赤水曬醋產(chǎn)品質(zhì)量安全、減少企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失具有切實(shí)的意義。
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