新疆哈族奶酪中產(chǎn)蛋白酶非發(fā)酵劑乳酸菌的篩選及其系統(tǒng)發(fā)育分析

杜紫萱，盧士玲，王曉雯，蘆文娟，魏玉霞，李寶坤*

（石河子大學(xué)食品學(xué)院，新疆石河子832000）

新疆哈族奶酪中產(chǎn)蛋白酶非發(fā)酵劑乳酸菌的篩選及其系統(tǒng)發(fā)育分析

杜紫萱，盧士玲，王曉雯，蘆文娟，魏玉霞，李寶坤*

（石河子大學(xué)食品學(xué)院，新疆石河子832000）

以采集10份新疆塔城地區(qū)哈薩克族牧民自制的奶酪為原料，用改良的ROGOSA和MRS兩種培養(yǎng)基對(duì)其分離純化，共篩選出43株菌種，其中球菌32株，桿菌11株。對(duì)篩選出的菌株進(jìn)行產(chǎn)蛋白酶和菌株自溶能力測(cè)定，結(jié)合生理生化特性和16S rDNA序列同源分析和建立系統(tǒng)發(fā)育樹分析，對(duì)挑選出的10株優(yōu)勢(shì)菌進(jìn)行了菌株分子生物學(xué)鑒定，鑒定結(jié)果表明：菌株R6-6自溶度最高，為42.32%；而自溶度最低的菌株為R4-4，達(dá)到6.21%；菌株R2-2、R4-2、R4-7為表皮葡萄球菌（Staphylococcus epiderm idis）；菌株R3-5、R10-6為乳酸片球菌（Pediococcus acidilactici）；菌株R3-2為戊糖片球菌（Pediococcus pentosaceus）；菌株R6-6為干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）；菌株R9-5、R9-6為鼠李糖乳桿菌（Lactobacillus rhamnosus）。其中產(chǎn)蛋白酶的最優(yōu)勢(shì)非發(fā)酵劑乳酸菌（NSLAB）菌株為乳酸片球菌（P. acidilactici）。

哈薩克族奶酪；非發(fā)酵劑乳酸菌；蛋白酶；鑒定

新疆少數(shù)民族素有食用奶酪的傳統(tǒng)習(xí)慣，并且新疆民族特色奶酪歷史悠久、制作講究、風(fēng)味獨(dú)特，是少數(shù)民族人民必食的奶制品之一，酸奶疙瘩等自制的奶酪制品遍布牧民家中，有的牧民把自養(yǎng)奶牛所產(chǎn)牛奶的50%以上用于制作奶酪供長(zhǎng)年食用［1］。新疆哈薩克族乳酪是一種獨(dú)具民族特色，集營(yíng)養(yǎng)性、安全性于一體的風(fēng)味食品，在營(yíng)養(yǎng)學(xué)界享有“奶黃金”的稱號(hào)［2］。采用傳統(tǒng)發(fā)酵方式對(duì)奶酪進(jìn)行制作，選用經(jīng)過(guò)幾千年的世代相傳和自然選擇的優(yōu)良的微生物制成，風(fēng)味獨(dú)特。

非發(fā)酵劑乳酸菌（non-starter lactic acid bacteria，NSLAB）是奶酪微生物中的一種獨(dú)特的菌群，屬于奶酪外源微生物，存在于所有的天然奶酪中。關(guān)于NSLAB的種類，目前研究較為成熟的有嗜溫乳酸桿菌（Mesophilic lactobacilli）、片球菌（Pediococci）、腸球菌（Enterococci）及明串珠球菌（Leuconostoc）［3］四類，但在部分研究中，也有將微球菌（M icrococci）列入非發(fā)酵劑乳酸菌的報(bào)道［4-5］。近10年來(lái)，國(guó)外研究者對(duì)奶酪中的非發(fā)酵劑乳酸菌的組成、影響微生物生長(zhǎng)的因素等方面進(jìn)行了大量研究。但國(guó)內(nèi)在這方面的研究報(bào)道較少［6］。蛋白酶是一種重要的工業(yè)用酶，其生產(chǎn)幾乎占酶制劑市場(chǎng)的65%以上［7］，廣泛運(yùn)用于食品、藥物、皮革制備、蛋白水解和紡織工業(yè)等［8-9］。何捷等［10］在對(duì)新疆傳統(tǒng)酸奶中，利用透明圈法篩選出一株高產(chǎn)蛋白酶的乳酸菌，經(jīng)生理生化試驗(yàn)和16S rRNA序列比對(duì)鑒定為發(fā)酵乳桿菌，為我國(guó)發(fā)酵食品提供了新的乳酸菌資源。張咚咚等［11-12］則對(duì)產(chǎn)蛋白酶的乳酸菌進(jìn)行研究，采用16S rRNA同源性分析對(duì)高產(chǎn)蛋白酶乳酸菌的篩選及鑒定。本實(shí)驗(yàn)以哈薩克族普通農(nóng)戶家庭的自制奶酪中非發(fā)酵劑乳酸菌為基礎(chǔ)，在厭氧條件下，對(duì)產(chǎn)蛋白酶的乳酸菌進(jìn)行了篩選分離純化，并進(jìn)行生理生化試驗(yàn)及16S rDNA同源性比對(duì)，希望能將獲得的高產(chǎn)蛋白酶NSLAB菌株進(jìn)行篩選并建立系統(tǒng)發(fā)育分析。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

1.1.1原料

采自新疆塔城地區(qū)的10份不同的哈薩克族牧民家自制的傳統(tǒng)奶酪，樣品經(jīng)采集后裝入無(wú)菌袋密封，封口后立即放入便攜式自制冰箱內(nèi)，間隔一定時(shí)間更換冰袋保持在較低的溫度下帶回實(shí)驗(yàn)室后，將樣品放入-4℃冰箱保存，及時(shí)對(duì)樣品進(jìn)行分離培養(yǎng)。

1.1.2培養(yǎng)基

改良的ROGOSA培養(yǎng)基［13］：蛋白胨10 g/L、酵母粉5 g/L、葡萄糖20 g/L、檸檬酸三銨2 g/L、磷酸二氫鉀6 g/L、乙酸鈉2.5 g/L、硫酸鎂乙酸鈉0.58 g/L、硫酸錳乙酸鈉0.15 g/L、硫酸亞鐵0.03 g/L、吐溫-80 1 m L、瓊脂20 g/L、蒸餾水1 000 m L。

MRS培養(yǎng)基：蛋白胨10 g/L、牛肉膏10 g/L、酵母膏10 g/L、葡萄糖、吐溫80、磷酸氫二鉀2g/L、乙酸鈉5g/L、檸檬酸三銨2 g/L、硫酸鎂0.58 g/L、硫酸錳0.25 g/L、瓊脂20 g/L和蒸餾水1 000 m L。

蛋白酶測(cè)定采用改良MRS培養(yǎng)基：在MRS培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上加入2%的脫脂乳粉。

以上培養(yǎng)基均在115℃條件下滅菌20 min。

1.1.3化學(xué)試劑

0.85%無(wú)菌生理鹽水、50×TAE緩沖液、無(wú)水乙醇（分析純）、丙三醇（分析純）、脫脂乳粉、細(xì)菌基因組總脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）提取試劑盒（離心柱型）、溶菌酶、MarkerⅠ、2×PCR M ixture、ddH2O：天根生化科技（北京）有限公司；GoldView：北京索萊寶科技有限公司。

1.2儀器與設(shè)備

5417R高速冷凍離心機(jī)：德國(guó)Eppendorf公司；TC-512PCR擴(kuò)增儀：意大利Techne公司；DNP-9272電熱恒溫培養(yǎng)箱：上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；MP-502B電子天平：上海精密科學(xué)儀器有限公司；Gel.Doc2000凝膠成像儀：美國(guó)Bio-Rad公司；W-CJ-1C無(wú)菌操作臺(tái)：蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司；LD2X-50KB蒸汽滅菌鍋：上海申安醫(yī)療器械廠；DYY-8C電泳儀：北京市六一儀器廠。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1NSLAB的分離及純化

參照樊哲新等［13］對(duì)新疆酸駝乳NSLAB的篩選及鑒定方法，對(duì)純菌株進(jìn)行革蘭氏染色，鏡檢觀察菌體形狀、大小等，同時(shí)進(jìn)行接觸酶試驗(yàn)，參照《乳酸細(xì)菌分類鑒定及實(shí)驗(yàn)方法》將革蘭氏染色陽(yáng)性、接觸酶陰性的菌株初步判定為NSLAB。純菌株用終濃度為50%的甘油保藏于-18℃冰箱備用。

1.3.2產(chǎn)蛋白酶NSLAB菌株的篩選

產(chǎn)蛋白酶NSLAB的篩選采用加入脫脂乳粉（2%）MRS培養(yǎng)基［14］。操作方法：經(jīng)液體培養(yǎng)基增菌后，選擇適宜的稀釋菌液用移液槍接種于MRS+2%脫脂乳粉培養(yǎng)基平板上，接種量為10 μL，置于37℃生化恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h，以菌落透明圈（水解圈）作為初篩依據(jù)。

1.3.3產(chǎn)蛋白酶NSLAB的自溶度的測(cè)定

將連續(xù)活化兩代的菌株，低溫離心（5 000 r/min、15 min、4℃），將收集到的菌體用磷酸鈉緩沖液（0.1 mol/L，pH 6.8）［15］洗滌2次，并重懸于磷酸鈉緩沖液中，30℃培養(yǎng)24 h后，分別測(cè)定培養(yǎng)初始和24 h的OD645nm值。自溶度的計(jì)算公式如下：

式中：A1為菌體初始懸浮液吸光度值；A2為菌體培養(yǎng)24 h吸光度值。

1.3.4產(chǎn)蛋白酶NSLAB生理生化試驗(yàn)

參照參考文獻(xiàn)［16-17］，將菌株分別進(jìn)行硝酸鹽還原試驗(yàn)、運(yùn)動(dòng)性試驗(yàn)、產(chǎn)氣試驗(yàn)等。通過(guò)生理生化試驗(yàn)根據(jù)結(jié)果初步鑒定菌株。

1.3.5產(chǎn)蛋白酶NSLAB菌株16S rDNA分析

（1）純菌株DNA的提取

按照細(xì)菌基因組總DNA提取試劑盒（離心柱型）說(shuō)明書的操作要求提取NSLAB菌株的DNA：其中第二步添加了溶菌酶，37℃水浴30 min，目的是破壞NSLAB的細(xì)胞壁。

（2）在質(zhì)量方面，因路橋施工過(guò)程中涉及很多隱蔽工序，這些工序的質(zhì)量能否得到保證，關(guān)鍵在于按照設(shè)計(jì)要求與現(xiàn)行規(guī)范來(lái)完成所有工序，并在此基礎(chǔ)上落實(shí)三檢制，即班組內(nèi)自檢、班組間互檢和交接檢查，把好質(zhì)量大關(guān)，完成驗(yàn)收并確認(rèn)合格后，才能正式進(jìn)入到下一道工序當(dāng)中，經(jīng)過(guò)逐層檢查與嚴(yán)格把關(guān)，保證工程整體質(zhì)量[2]。

（2）16S rDNA片段的PCR擴(kuò)增

對(duì)NSLAB 16S rDNA進(jìn)行聚合酶鏈反應(yīng)（polymerase chain reaction，PCR）擴(kuò)增。PCR采用50 μL擴(kuò)增體系：DNA稀釋液2μL，上游、下游引物各2μL，2×PCRM ixture 25μL，ddH2O 19 μL。

引物由生工生物工程（上海）股份有限公司合成，上游引物為341F（5-CCTACGGGNGGCWGCAG-3），下游引物為805R（5-GACTACHVGGGTATCTAATCC-3）。

PCR反應(yīng)條件：95℃預(yù)變性10 min，35個(gè)循環(huán)（95℃變性30 s，56℃退火30 s，72℃延伸30 s），72℃延伸10 min。

PCR擴(kuò)增產(chǎn)物經(jīng)1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)，結(jié)果在凝膠成像儀中觀察。委托生工生物工程（上海）股份有限公司對(duì)PCR產(chǎn)物進(jìn)行測(cè)序，測(cè)序結(jié)果通過(guò)美國(guó)國(guó)家生物技術(shù)信息中心（national center of biotechnology information，NCBI）上的局部序列比對(duì)基本檢索工具（basic local alignment search tool，BLAST）程序進(jìn)行序列同源性比對(duì)。

2　結(jié)果與分析

2.1NSLAB分離純化結(jié)果

2.1.1菌株形態(tài)特征

圖1　菌株菌落形態(tài)（a，b）及革蘭氏染色（c，d）Fig．1 Colony morphology（a，b）and gram staining（c，d）of strains

2.1.2產(chǎn)蛋白酶NSLAB菌株的篩選結(jié)果

由于菌株產(chǎn)蛋白酶后水解培養(yǎng)基中脫脂乳粉蛋白，使得原本不透明的培養(yǎng)基變透明。以菌落透明圈作為初篩依據(jù)，選取的每個(gè)樣品分離出來(lái)的菌進(jìn)行產(chǎn)蛋白酶NSLAB菌株篩選，結(jié)果見表2，部分菌株菌落透明圈的產(chǎn)生情況見圖2。由表2中43株菌落透明的產(chǎn)生情況可以看出，有32株菌產(chǎn)蛋白酶，產(chǎn)蛋白酶達(dá)到74.4%。由圖2可知，菌株R3-2、R4-7、R7-1產(chǎn)蛋白酶周圍都有明顯水解圈，菌株R3-3則沒有水解圈的產(chǎn)生，說(shuō)明菌株R3-3不產(chǎn)蛋白酶。選取產(chǎn)蛋白酶的32株菌進(jìn)行NSLAB菌株復(fù)篩。

圖2　NSLAB水解脫脂乳產(chǎn)生透明圈Fig．2 Transparent circle of skim m ilk hydrolyzed by NSLAB

表2　NSLAB產(chǎn)蛋白酶水解圈情況Tab le 2 Situation of pro tease hyd rolysis circ le of NSLAB

NSLAB的自溶受很多因素影響，所謂的自溶即是在一定的條件下，細(xì)胞自身的類水解細(xì)胞壁肽聚糖的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，造成細(xì)胞裂解［18］。NSLAB快速自溶會(huì)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，因?yàn)樽匀芸梢允勾罅康陌麅?nèi)酶得以釋放，可以加速干酪的成熟過(guò)程，大大的縮短了干酪的成熟周期，可降低生產(chǎn)成本。但是在生產(chǎn)乳酸菌發(fā)酵劑時(shí)，要求大量、高活力發(fā)酵劑菌體的生物量積累，然而菌體細(xì)胞在增殖的過(guò)程中會(huì)發(fā)生自溶，因此很難使NSLAB的活菌數(shù)達(dá)到較高的水平。因此，NSLAB自溶的快慢直接關(guān)系到干酪成熟的速度及其品質(zhì)［19-20］。選取產(chǎn)蛋白酶的32株菌進(jìn)行自溶度測(cè)定，結(jié)果見圖3。

圖3　菌株培養(yǎng)24 h自溶度Fig.3 Autolysis rate of strains culturing for 24 h

由圖3可知，32株菌的自溶能力各不相同，存在個(gè)體差異，與其所在種屬并無(wú)太大的關(guān)系。其中菌株R6-6自溶度最高，為42.32%；而自溶度最低的菌株為R4-4，達(dá)到6.21%；其余菌株的自溶度均在此范圍內(nèi)變化。表明32株菌均有一定自溶度，但是具有一定差異性。

2.1.3菌株綜合分析

通過(guò)分離純化、革蘭氏染色試驗(yàn)、鏡檢分析和接觸酶試驗(yàn)，菌株產(chǎn)蛋白酶能力及自溶度的測(cè)定，從10種樣品分離得到的43株菌中初步篩選出菌株R2-2、R3-2、R3-5、R4-2、R4-7、R5-2、R6-6、R9-5、R9-6、R10-6。這10株菌革蘭氏染色呈紫色，接觸酶為陰性，產(chǎn)蛋白酶能力強(qiáng)，自溶度高，是具有優(yōu)良性狀的NSLAB。

2.2菌株生理生化試驗(yàn)結(jié)果

將初步篩選出的10株具有優(yōu)良性狀的NSLAB經(jīng)生理生化試驗(yàn)初步鑒定，結(jié)果見表3。由表3可知，10株菌中，葡萄球菌屬（Staphylococcus sp.）3株，其共同特點(diǎn)為可利用多種碳水化合物，硝酸鹽還原反應(yīng)呈陽(yáng)性等；乳桿菌屬（Lactobacillus sp.）3株，其共同特點(diǎn)為15℃能生長(zhǎng)，但在45℃環(huán)境下生長(zhǎng)非常緩慢，反應(yīng)較弱，能發(fā)酵果糖和葡萄糖，幾乎不能利用阿拉伯糖，利用半乳糖能力相對(duì)較弱。片球菌屬（Pediococcus sp.）4株，其共同特點(diǎn)為無(wú)運(yùn)動(dòng)性，不產(chǎn)芽孢，不可發(fā)酵蔗糖、甘露醇，但可以利用果糖、阿拉伯糖、半乳糖等。

表3　菌株生理生化試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of physiological and biochem ical experiments of strains

2.3菌株16S rDNA分析結(jié)果

通過(guò)對(duì)10株菌株的16S rDNA序列的PCR擴(kuò)增，經(jīng)1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)后，得到清晰的特異性條帶，片段大小均在400～500 bp之間，電泳圖結(jié)果見圖4。

對(duì)10株NSLAB進(jìn)行進(jìn)一步分子學(xué)鑒定，通過(guò)擴(kuò)增各菌株的16S rDNA基因序列，并與NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知序列進(jìn)行比對(duì)，選擇與其相似性最高的典型菌株，進(jìn)行相似性分析，并使用Mega5.05軟件中的鄰接法（neighbor-joining，NJ），自展值（bootstrap）設(shè)為1 000構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，結(jié)果見圖5。

由圖5可知，菌株R5-2與Pediococcus lolii的同源性為99%，菌株R3-5、R10-6與乳酸片球菌（Pediococcus acidilactici）的同源性分別為99%、100%，因Pediococcus lolii在NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)中屬于乳酸片球菌種（Pediococcus acidilactici），即將菌株R5-2、R3-5和R10-6共同鑒定為乳酸片球菌；菌株R3-2與戊糖片球菌（Pediococcus pentosaceus）同源性達(dá)到100%，即鑒定為無(wú)糖乳桿菌；菌株R6-6與干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）同源性為100%，即將其鑒定為干酪乳桿菌；菌株R9-5、R9-6與鼠李糖乳桿菌（Lactobacillus rhamnosus）同源性分別為100%、99%，故將其鑒定為鼠李糖乳桿菌；菌株R2-2、R4-2、R4-7與表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）的同源性均達(dá)到100%，即可鑒定為表皮葡萄球菌。ADDIS E等［21］在藍(lán)紋干酪中分離出了葡萄球菌和微球菌，發(fā)現(xiàn)接觸酶呈陰性的表皮葡萄球菌與微球菌之間的界限并不是很清晰，它們均表現(xiàn)出一定程度的蛋白質(zhì)和脂肪水解能力，增強(qiáng)干酪風(fēng)味。此外，伯杰手冊(cè)第七版中也將表皮葡萄球菌劃入了微球菌屬，本研究結(jié)果與之相符。

圖4　菌株16S rDNA的PCR擴(kuò)增電泳圖Fig.4 16S rDNA PCR am p lification elec trophore togram of stra ins

圖5　基于16S rDNA序列的NSLAB系統(tǒng)發(fā)育樹Fig.5 Phy logenetic tree of the NSLAB based on 16S rDNA sequence

3　結(jié)論

以采集自新疆塔城地區(qū)的10份哈薩克族牧民自制的奶酪為原料，篩得非發(fā)酵劑乳酸菌43株，其中球菌32株，桿菌11株。并對(duì)菌株的產(chǎn)蛋白酶能力及其自溶度進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明，在43株菌中有32株菌在加入2%的脫脂乳粉培養(yǎng)基中產(chǎn)生透明的水解圈，說(shuō)明菌株產(chǎn)蛋白酶水解了脫脂乳粉中的蛋白質(zhì)，而產(chǎn)蛋白酶菌株達(dá)到74.4%；選取產(chǎn)蛋白酶的菌株測(cè)定自溶能力，而菌株自溶能力與其所在種屬并無(wú)太大的關(guān)系，存在個(gè)體差異，菌株R6-6自溶度最高，為42.32%；而自溶度最低的菌株為R4-4，達(dá)到6.21%；

最后，結(jié)合生理生化特性，利用16S rDNA序列同源分析和建立系統(tǒng)發(fā)育樹分析對(duì)挑選出的10株菌進(jìn)行了分子鑒定，鑒定結(jié)果表明，菌株R2-2、R4-2、R4-7為表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）；菌株R3-5、R10-6為乳酸片球菌（Pediococcus acidilactici）；菌株R3-2為戊糖片球菌（Pediococcus pentosaceus）；菌株R6-6為干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）；菌株R9-5、R9-6為鼠李糖乳桿菌（Lactobacillus rhamnosus）。

在對(duì)新疆塔城哈族牧民自制奶酪中篩得的菌株中，種類并不多，其中產(chǎn)蛋白酶的優(yōu)勢(shì)NSLAB菌株為乳酸片球菌屬（P.acidilactici）。

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Screening of protease-producing non-starter lactic acid bacteria from Xinjiang Kazak cheese and its phylogenetic analysis

DU Zixuan，LU Shiling，WANG Xiaowen，LU Wenjuan，WEI Yuxia，LI Baokun*
（College of Food Science，Shihezi University，Shihezi 832000，China）

A total of 43 strains were screened from 10 pieces of the Kazak homemade cheese in Xinjiang Tacheng prefecture by improved ROGOSA and MRS medium，in which 32 strains were Coccus and 11 strains were Bacillus.The ability of protease-producing and autolysis of strains were determ ined.Combined w ith physiological and biochemical characteristics，16S rDNA sequence homology and phylogenetic tree analysis，the 10 dom inant strains selected were identified by molecular biology method.The results showed that the autolysis rate of strain R6-6 was the highest of 42.32%，and the autolysis rate of strain R4-4 was the lowest of 6.21%.Strain R2-2，R4-2 and R4-7 were identified as Staphylococcus epiderm idis，strain R3-5 and R10-6 were identified as Pediococcus acidilactici，strain R3-2 was indentified as Pediococcus pentosaceus，strain R6-6 was indentified as Lactobacillus casei，and strain R9-5 and R9-6 were identified as Lactobacillus rhamnosus，in which the non-starter lactic acid bacteria（NSLAB）with high protease-producing was identified as P.acidilactici.

Kazak cheese；non-starter lactic acid bacteria；protease；identification

Q939．97

0254-5071（2016）05-0020-05

10．11882/j．issn．0254-5071．2016．05．005

2016-03-04

國(guó)家自然基金地區(qū)項(xiàng)目（31560444，31460007）；國(guó)家自然基金青年項(xiàng)目（31201395，31301523）；兵團(tuán)博士基金專項(xiàng)（2014BB005）；石河子大學(xué)重大科技攻關(guān)項(xiàng)目（gxjs2014-zdgg07）；石河子大學(xué)高層次人才啟動(dòng)項(xiàng)目（RCZX201223）

杜紫萱（1991-），女，碩士研究生，研究方向?yàn)樾螽a(chǎn)品加工與安全。

李寶坤（1979-），男，副教授，博士，研究方向?yàn)樾螽a(chǎn)品加工與質(zhì)量安全。