野生獼猴桃酒蘋果酸-乳酸發(fā)酵優(yōu)良乳酸菌的篩選與耐受性研究

李建芳，周 楓*，王 爽，王榮榮，朱 靜

（1.信陽農(nóng)林學(xué)院 食品學(xué)院，河南 信陽 464000；2.中國海洋大學(xué) 食品學(xué)院，山東 青島 266000）

我國作為獼猴桃的原產(chǎn)國，野生資源豐富，擁有62個種，已有2 000多年的文字記載歷史[1]。野生獼猴桃具有較高的營養(yǎng)價值和功能作用，是釀造果酒的優(yōu)質(zhì)資源，但因其含有較高的有機(jī)酸，造成酒體粗糙，酸味過重，通常還會伴隨著酒體失光、渾濁等不良現(xiàn)象[2]。

蘋果酸-乳酸發(fā)酵（malolactic fermentation，MLF）是乳酸菌以L-蘋果酸為底物，在蘋果酸乳酸酶（malolactic enzyme，MLE）的催化作用下，轉(zhuǎn)變成L-乳酸和CO2的過程[3-4]。其被認(rèn)為是一個二次發(fā)酵過程，在大多數(shù)果酒的生產(chǎn)中發(fā)揮著不可或缺的作用。MLF可適當(dāng)?shù)亟档途企w中的有機(jī)酸含量[5-6]，改善葡萄酒的穩(wěn)定性[7]，降低果酒中某些有害成分[8]，是提高果酒柔和度和穩(wěn)定性的重要工序，已在葡萄酒或蘋果酒中廣泛應(yīng)用。

在傳統(tǒng)的果酒發(fā)酵過程中，MLF是在酒精發(fā)酵剛剛完成之后進(jìn)行的，可以是自然發(fā)酵，也可以是接種發(fā)酵劑發(fā)酵。然而，在復(fù)雜的酒體中，并非所有的細(xì)菌都容易生長，如低pH值（＜3.5）、高SO2（＞50mg/L）、高酒精度（＞4%vol）以及中鏈脂肪酸、酚類化合物（如酚酸、單寧）和酵母發(fā)酵副產(chǎn)物抑制蛋白質(zhì)等均可以抑制乳酸菌的生長[9]。因此，篩選蘋果酸-乳酸發(fā)酵的優(yōu)良菌株，最基本的要求是具有良好的適應(yīng)性和釀酒特性，并具有較強(qiáng)的蘋果酸降解能力。目前，國內(nèi)外獼猴桃酒優(yōu)良MLF乳酸菌相關(guān)研究較少。以果酒為原料分離篩選優(yōu)良MLF乳酸菌是MLF乳酸菌選育的主要手段之一[10]。

因此，本研究通過形態(tài)觀察、生理生化試驗從自然發(fā)酵的野生獼猴桃酒中分離篩選出能夠進(jìn)行MLF的乳酸菌，以商業(yè)用菌為對照菌株，對分離菌株的SO2、酒精、pH耐受能力進(jìn)行研究，從而獲得綜合耐受能力較強(qiáng)的優(yōu)良菌株。旨在為獼猴桃酒的工業(yè)生產(chǎn)提供MLF高耐受性優(yōu)良菌株，同時為提高獼猴桃酒的質(zhì)量和穩(wěn)定性提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 原料

野生獼猴桃果實(shí)：于2017年9月采摘自豫南大別山區(qū)，成熟度為八成。

1.1.2 菌株

果酒專用酵母：安琪酵母股份有限公司；商業(yè)乳酸菌（SY）（Leuconostoconos.b.V.D）：法國LALLEMANDS.A.公司。

1.1.3 化學(xué)試劑

過氧化氫、D-L蘋果酸、乳酸、溴酚藍(lán)、體積分?jǐn)?shù)50%冰乙酸、正丁醇：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。所用試劑均為分析純。

1.1.4 培養(yǎng)基

改良MRS培養(yǎng)基、改良番茄汁瓊脂（tomato juice agar，TJA）培養(yǎng)基：北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司；酸性番茄（acid tomato juice，ATB）培養(yǎng)基：招遠(yuǎn)拓普生物工程有限公司；糖發(fā)酵培養(yǎng)基：杭州微生物試劑有限公司；石蕊牛奶培養(yǎng)基：北青島高科園海博生物技術(shù)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

JC303型生化培養(yǎng)箱：南通嘉程儀器有限公司；SW-CJ-2F型雙人雙面凈化工作臺：杭州博大凈化設(shè)備有限公司；JC101型電熱鼓風(fēng)干燥箱：西安安森智能儀器股份有限公司；WYT-J型手持糖度計：上海滬粵明科學(xué)儀器有限公司；LDZX-50FA型立式壓力蒸汽滅菌器：上海申安醫(yī)療器械廠；TP310型pH計：北京時代新維測控設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 獼猴桃酒的發(fā)酵

選取新鮮、成熟的獼猴桃果實(shí)，破碎，打漿后加入0.2g/L活化果酒專用酵母啟動酒精發(fā)酵。調(diào)節(jié)總SO2質(zhì)量濃度為60mg/L，分裝至2 L發(fā)酵罐中，在25℃條件下進(jìn)行酒精發(fā)酵，待酒精發(fā)酵結(jié)束后去渣倒罐，利用獼猴桃酒體中的乳酸菌自然啟動MLF。

1.3.2 蘋果酸-乳酸發(fā)酵的監(jiān)測

以1.5%乳酸標(biāo)準(zhǔn)液為對照，采用紙層析法[11]測定乳酸含量，進(jìn)而對蘋果酸-乳酸發(fā)酵進(jìn)行監(jiān)測。

1.3.3 蘋果酸-乳酸發(fā)酵乳酸菌的分離

參照何志剛等[12]的方法，略作改動。在無菌條件下，取自然啟動MLF的酒樣，適當(dāng)稀釋后，吸取0.1m L酒樣均勻涂布于ATB培養(yǎng)基，在28℃條件下培養(yǎng)5～6 d，挑取圓形且稍扁平的單菌落在MRS培養(yǎng)基上進(jìn)行分離純化，獲得純菌株進(jìn)行編號。

1.3.4 形態(tài)觀察

參照周安玲[13]的方法，略作改動。將適當(dāng)稀釋度的分離菌懸液分別涂布于TJA培養(yǎng)基，于25℃條件下恒溫培養(yǎng)2～3 d，逐一觀察菌落的形狀、大小、邊緣、表面、隆起形狀、透明度、顏色等特點(diǎn)，并分別進(jìn)行革蘭氏染色，在油鏡下觀察細(xì)胞形態(tài)。

1.3.5 生理生化試驗

對分離菌株進(jìn)行乳糖發(fā)酵試驗、觸酶試驗和石蕊牛奶試驗，參照《伯杰細(xì)菌鑒定手冊》[14]、《葡萄酒釀造微生物學(xué)-實(shí)驗技術(shù)與規(guī)程》[15]及《乳酸細(xì)菌基礎(chǔ)、技術(shù)和應(yīng)用》[16]對試驗結(jié)果進(jìn)行分析，篩選出具有MLF能力的乳酸菌。

1.3.6 耐受性試驗

一般情況下，乳酸菌代謝糖類的適宜溫度為22～25℃，且MLF速度較快，揮發(fā)酸較多；在15～20℃條件下，MLF速度稍慢，酒體成分也會發(fā)生相應(yīng)變化；10℃以下，乳酸菌的生長會受到抑制。因此，本試驗選擇在25℃條件下，參照段浩云等[17]的方法（略作改動）研究篩選菌株的耐受性。具體方法：挑取適量保存于TJA斜面的菌株分別接種于10mLATB液體培養(yǎng)基中，25℃條件下活化24～48h。取1m L種子液（107CFU/m L）分別接種于9m L不同SO2質(zhì)量濃度（40mg/L、60mg/L、80mg/L、100mg/L、120mg/L）、酒精度（8%vol、10%vol、12%vol、14%vol、16%vol）、pH值（2.8、3.0、3.2、3.4、3.6）的MRS液體培養(yǎng)基中，25 ℃條件下靜置培養(yǎng)2 d，在顯微鏡下用血細(xì)胞計數(shù)板對活菌進(jìn)行計數(shù)，篩選出綜合耐受性能較好的乳酸菌。

2 結(jié)果與分析

2.1 乳酸菌的分離篩選

對自然啟動MLF的野生獼猴桃酒樣中的乳酸菌進(jìn)行分離、純化，得到6株疑似乳酸菌，均呈革蘭氏陽性，分別編號為R6、R7、R11、R14、R15、R18，6株疑似乳酸菌的菌落形態(tài)及細(xì)胞形態(tài)詳細(xì)描述見表1。

表1 分離菌株的菌落和細(xì)胞形態(tài)結(jié)果Table 1 Colonialand cellmorphology of isolated strains

由表1可知，分離得到的6株疑似乳酸菌菌落較小，菌落直徑在0.8～1.8mm，圓形，白色、乳白色或灰白色，均不透明。其中菌株R6、R11、R15、R18菌落表面光滑、濕潤；菌株R7和R14菌落表面半濕潤；菌株R14菌落表面不光滑；菌株R6、R15、R18菌落中央凸起，菌株R7、R11、R14菌落中央平整。菌株R14和R18細(xì)胞呈球形，成鏈排列；其他菌株細(xì)胞形態(tài)為短桿狀或長桿狀，單個或成對或鏈狀排列。

對6株分離菌株分別進(jìn)行乳糖發(fā)酵試驗、觸酶試驗、石蕊牛奶試驗，結(jié)果表明，6株分離菌株觸酶試驗均為陰性，牛奶石蕊試驗和乳糖發(fā)酵試驗均為陽性。結(jié)合菌落形態(tài)和細(xì)胞形態(tài)初步鑒定6株菌均為乳酸菌。

2.2 分離菌株耐受性研究

2.2.1 SO2耐受能力

SO2是果酒釀造中廣為使用的添加劑，其主要作用是防止酒體褐變和避免雜菌的污染。但是乳酸菌的生長對SO2較為敏感，在已報道的菌株中，大多菌株的SO2耐受能力＜60mg/L[18]，為防止酒體氧化褐變和雜菌大量繁殖而導(dǎo)致?lián)]發(fā)酸含量升高，尋找具有耐受高SO2能力的乳酸菌株成為MLF進(jìn)程中的關(guān)鍵。因此，以商業(yè)乳酸菌SY為對照，對分離得到的6株乳酸菌的SO2耐受性進(jìn)行測定，結(jié)果見表2。

表2 分離菌株的SO2耐受性Table 2 SO2 tolerance of isolated strains

由表2可知，當(dāng)SO2含量為40mg/L時，所有菌株活菌數(shù)＞107CFU/m L，最高可達(dá)108CFU/m L；當(dāng)SO2含量為60mg/L時，除菌株R18外，其他菌株均表現(xiàn)出較強(qiáng)的SO2耐受能力，活菌數(shù)均＞106CFU/m L；當(dāng)SO2含量為80mg/L時，菌株R6、R7、R15表現(xiàn)出較強(qiáng)的SO2耐受能力，活菌數(shù)均＞106CFU/m L；當(dāng)SO2含量為100mg/L時，菌株R6、R11、R15、R18均呈現(xiàn)負(fù)增長趨勢，且處于不生長狀態(tài)，菌株R7仍表現(xiàn)出較好的耐受能力，菌株R14未出現(xiàn)負(fù)增長，但處于不生長狀態(tài)；當(dāng)SO2含量為120mg/L時，6株分離菌均呈現(xiàn)負(fù)增長趨勢，且處于不生長狀態(tài)。從桿菌與球菌之間來看，整體上桿菌對SO2的耐受能力高于球菌。以SO2質(zhì)量濃度為80mg/L時，商業(yè)乳酸菌SY的增殖量為標(biāo)準(zhǔn)，可篩選確定SO2耐受能力較強(qiáng)的菌株為R6、R7和R15，其中，菌株R7的SO2耐受能力最強(qiáng)。

2.2.2 酒精耐受能力

在獼猴桃酒發(fā)酵過程中，酵母菌代謝的主要產(chǎn)物是乙醇，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，獼猴桃酒中酒精度越來越高，一般可達(dá)10%vol～14%vol。酒精度是抑制乳酸菌生長的重要因素，過高的酒精度可影響乳酸菌的新陳代謝活動，抑制其生長。因此，以商業(yè)乳酸菌SY為對照，對分離得到的6株乳酸菌的酒精耐受性進(jìn)行測定，結(jié)果見表3。

由表3可知，酒精度對分離乳酸菌的生長均表現(xiàn)出一定程度的抑制作用，隨著培養(yǎng)基中酒精度由8%vol逐漸增大，對乳酸菌的抑制作用逐漸增強(qiáng)，兩者呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。當(dāng)酒精度為8%vol時，6株菌株的活菌數(shù)均＞107CFU/mL，生長狀況良好；當(dāng)酒精度為10%vol時，菌株R11、R15、R18的活菌數(shù)下降一個級別，而菌株R6、R7的活菌數(shù)依然為108CFU/m L；當(dāng)酒精度增至12%vol時，所有分離菌株的活菌數(shù)均下降一個級別，其中菌株R18降至105CFU/m L以下或不生長；當(dāng)酒精度為14%vol時，6株分離菌株酒精耐受能力繼續(xù)下降，大部分菌株不生長，而篩選菌株R6和R7的活菌數(shù)仍為106CFU/m L，表現(xiàn)出較強(qiáng)的酒精度耐受力，但均低于商業(yè)乳酸菌SY；當(dāng)酒精度增至16%vol時，分離菌的活菌數(shù)均降至105CFU/m L以下或不生長。參照菌株SY在酒精度12%vol的活菌數(shù)，確定酒精度耐受性較強(qiáng)的菌株為R7，整體上桿菌對酒精的耐受能力高于球菌。

2.2.3 pH值耐受能力

不同乳酸菌對pH值的適應(yīng)能力不同，大部分的乳酸菌最適生長pH接近中性[19]，也有一些種屬如酒球菌屬（Oenococcus）和乳桿菌（Lactobacillus）是嗜酸的[20]。獼猴桃酒體的pH值一般在2.8～3.6范圍內(nèi)變化，因此，以商業(yè)乳酸菌SY為對照，對分離得到的6株乳酸菌的pH值耐受性進(jìn)行測定，結(jié)果見表4。

由表4可知，pH值對分離乳酸菌的生長均表現(xiàn)出一定程度的抑制作用，隨著培養(yǎng)基中pH由3.6逐漸降低，對乳酸菌的抑制作用逐漸增強(qiáng)，兩者呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）。當(dāng)pH值為3.6時，6株乳酸菌活菌數(shù)均＞107CFU/m L，總體生長較好，其中菌株R6、R15和R18的活菌數(shù)達(dá)到108CFU/m L；當(dāng)pH值下降到3.4時，除菌株R11、R18外，其他菌株活菌數(shù)均下降一個級別，活菌數(shù)開始顯著下降；當(dāng)pH值下降到3.2時，活菌數(shù)繼續(xù)顯著下降，其中，菌株R14下降到105CFU/m L以下或不生長；當(dāng)pH值下降到3.0時，活菌數(shù)繼續(xù)顯著下降，但菌株R15仍表現(xiàn)出較好的pH值耐受能力；當(dāng)pH值下降到2.8時，分離菌株及商業(yè)乳酸菌SY的活菌數(shù)均不增長。整體上桿菌對pH的耐受能力高于球菌。參照商業(yè)乳酸菌SY，菌株R15的pH耐受性較好。

表4 分離菌株的pH值耐受性Table 4 pH tolerance of isolated strains

綜上，可以初步認(rèn)為在從自然啟動MLF的野生獼猴桃酒中分離得到的6株乳酸菌中，菌株R6、R7和R15的SO2、酒精及pH耐受性較好，可以作為獼猴桃酒的生物降酸優(yōu)良菌株，對果酒生物降酸技術(shù)的提升及果酒質(zhì)量的提高有著重要意義。

3 結(jié)論

采用ATB培養(yǎng)基，通過形態(tài)觀察及生理生化試驗從自然啟動MLF野生獼猴桃酒中初篩得到6株乳酸菌，分別為R6、R7、R11、R14、R15、R18。通過對6株乳酸菌的SO2、酒精及pH耐受性的研究發(fā)現(xiàn)，分離菌株中乳酸桿菌的耐受能力高于球菌。其中，3株乳酸菌（R6、R7、R15）具有較強(qiáng)的SO2、酒精及pH耐受能力，菌株R6、R15在SO280mg/L及菌株R7在SO2100mg/L可維持生長；菌株R6、R7在酒精度14%vol及菌株R15在酒精度12%vol可維持生長；菌株R6、R7在pH值3.2及菌株R15在pH 3.0時可維持生長。結(jié)果表明，菌株R6、R7、R15可以作為MLF優(yōu)良乳酸菌進(jìn)一步開發(fā)與應(yīng)用的研究對象。