紀(jì)明淮,高 雯,周幗萍*
(武漢輕工大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院,湖北 武漢 430023)
經(jīng)輻照殺菌的無菌袋中耐輻照微生物分離與鑒定
紀(jì)明淮,高 雯,周幗萍*
(武漢輕工大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院,湖北 武漢 430023)
對某番茄醬生產(chǎn)企業(yè)提供的輻照殺菌(輻照劑量≥15 kGy)的5 L無菌袋進行菌落計數(shù)、分離和鑒定。3 L無菌水反復(fù)漂洗,濾膜過濾后進行平板菌落計數(shù),分離純化后采用16S rDNA和dnaJ序列分析分別鑒定到屬和種。結(jié)果表明,5 批次的樣品中均有細菌檢出,數(shù)量在5~132 CFU/袋,9 個典型菌落經(jīng)過16S rDNA序列分析后,分別屬6 個屬,其中棲水菌屬(Enhydrobacter)、不動桿菌屬(Acinetobacter)和考克斯菌屬(Kocuria)各1 株,微球菌屬(Micrococcus)、微桿菌屬(Microbacterium)和芽孢桿菌屬(Bacillus)各2 株;dnaJ序列分析則將一株葡萄球菌C8-3鑒定到種-表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis)。輻照殺菌的無菌袋雖然微生物數(shù)量不高,但是依然殘留了一些耐輻照的細菌,它們或多或少會給內(nèi)裝食品帶來一定的食品安全隱患或影響食品保質(zhì)期。
耐輻照;輻照殺菌的無菌袋;不動桿菌屬;考克斯菌屬;微球菌屬;微桿菌屬;芽孢桿菌屬;棲水菌屬;表皮葡萄球菌
隨著食品工業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)代化,各種非熱殺菌技術(shù),如輻照、紫外、超聲波、臭氧超高壓、高壓脈沖電場殺菌技術(shù)等迅速崛起。其中輻照殺菌具有穿透力強、殺菌有效、時間短、低能耗、不升溫等特點,雖然有不少關(guān)于安全問題的爭議,還是得到廣泛應(yīng)用[1]。
不同生物體其能耐受的輻射劑量不同,一般微生物能耐受最高劑量達3 000 Gy,而可在高劑量輻射環(huán)境下生存的微生物通常稱為耐輻照微生物[2]。1956年美國科學(xué)家Anderson等[3]從經(jīng)輻照滅菌的罐頭里首次發(fā)現(xiàn)耐輻射奇球菌(Deinococcus radiodurans),該菌是地球最耐輻射的生物之一;1961年Duggan[4]從變質(zhì)的輻照殺菌牛肉餡中分離出大量腐敗菌——耐輻射微球菌(Micrococcus radiodurans)和Brevibacterium oregonium。
耐輻照微生物是一種重要的極端微生物資源,該類微生物對離子輻射、誘變劑和干燥環(huán)境具有極端的抗性,還能夠具有厚壁、休眠結(jié)構(gòu)并能高效精確的修復(fù)DNA等特點。目前已報道的耐輻射微生物包括原核微生物和真核微生物,其中原核耐輻射微生物研究最多。根據(jù)達爾文進化論可知隨著輻照殺菌技術(shù)的推廣,會涌現(xiàn)出越來越多的耐輻照菌。
前期的研究中本課題組發(fā)現(xiàn)經(jīng)過輻照殺菌的調(diào)味料-辣椒粉和花椒粉等樣品確實含菌量大幅下降,但是總有個別細菌檢出,初步判斷多是葡萄球菌和芽孢桿菌。2015年在某變質(zhì)產(chǎn)氣的番茄醬樣品中分離到多個菌株,其中1 株經(jīng)過16S rDNA序列分析與Bacillus nealsonii最為接近,而B. nealsonii是2003年NASA從太空飛船組件上分離的菌株,研究表明其芽孢能耐受γ射線輻射[5],推測輻照殺菌無菌袋極可能是該菌株的污染源。
已有一些針對輻照殺菌的食品和藥物中殘留微生物研究,但是鮮見對輻照后包裝材料的研究,而包材能直接接觸食品成品,對食品安全和質(zhì)量穩(wěn)定性的影響很大,有待深入研究。因此本研究收集企業(yè)庫存的無菌袋進行微生物檢查和16S rDNA和dnaJ序列分析,研究有哪些種類耐輻照的微生物,以及它們是否有影響食品安全和質(zhì)量的能力,以期為食品包裝行業(yè)的殺菌技術(shù)發(fā)展和風(fēng)險評價提供參考。
1.1 材料與試劑
新疆某番茄醬生產(chǎn)企業(yè)送檢的于2014年和2015年購進的5 個批次庫存5 L無菌袋(經(jīng)由輻照殺菌,輻照劑量≥15 kGy。
平板計數(shù)瓊脂培養(yǎng)基 北京陸橋技術(shù)股份有限公司;馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基 英國Oxoid公司;LB培養(yǎng)基 自制。
瓊脂糖 西班牙Biowest公司;Premix Taq聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(polymerase chain reaction,PCR)預(yù)混體系、DL2000 DNA Marker和核酸染料Goldview 日本TaKaRa公司;PCR引物合成和產(chǎn)物測序均由蘇州金唯智科技有限公司完成。
1.2 儀器與設(shè)備
無菌過濾器及配套0.2 μm濾膜 德國Milipore公司;T100 Thermal Cycler PCR儀 美國Bio-Rad公司;GeneGenius凝膠圖像分析系統(tǒng) 英國Syngene公司;DYY-6C型電泳儀 北京六一儀器廠。
1.3 方法
1.3.1 樣品中微生物的檢測、計數(shù)和染色觀察
5 L大無菌袋采用3 L無菌水反復(fù)漂洗,用0.2 μm濾膜過濾,濾膜直接貼在進口馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基上,30 ℃培養(yǎng)3~5 d,對平板上出現(xiàn)的菌落按照真菌和細菌分別進行菌落計數(shù),同時挑取單菌落分別于馬鈴薯葡萄糖瓊脂、平板計數(shù)瓊脂培養(yǎng)基上進行劃線分離純化;觀察單菌落的形態(tài)并染色鏡檢顯微形態(tài)。
1.3.2 菌裂解液的制備
LB平板劃線分離待測菌株,30 ℃培養(yǎng)24 h。挑取單菌落,加入裝有50 μL無菌去離子水的PCR管中,混勻,94 ℃、10 min裂解,12 000 r/min離心5 min,收集上清液即菌裂解液,4 ℃保存。
1.3.3 分離株的16S rDNA和dnaJ序列分析
表1 PCR所用引物Table1 Primers used for PCR
表2 PCR反應(yīng)體系和條件Table2 PCR systems and conditions
PCR引物、體系和條件參見表1和表2,產(chǎn)物交蘇州金唯智公司進行雙向測序。對測序結(jié)果用Seqman2.0進行雙向拼接、編輯后提交給GenBank和獲得編號,序列比對:在http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST進行BLASTn比對。并用MEGA6.0軟件(http://www.megasoftware.net)進行聚類分析。
2.1 樣品總數(shù)的計數(shù)
因為樣品數(shù)量有限,而且是5 L無菌袋,漂洗過濾量大,所以選用進口馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基30 ℃培養(yǎng),細菌和霉菌酵母都可以生長。培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)長出的菌落都
是細菌菌落的典型形態(tài):細小菌落,多為表面較光滑有光澤,部分菌落表面粗糙不透明,單染色鏡檢也都是細菌。并未發(fā)現(xiàn)霉菌和酵母樣菌落,顯微觀察也未發(fā)現(xiàn)霉菌和酵母形態(tài)。
表3 樣品的平板菌落計數(shù)結(jié)果Table3 Plate counts of samples
由表3可以看出,同一批次的2014年采購無菌袋都比2015年的細菌總數(shù)高,數(shù)量達到2 倍甚至更高,但是從菌落看菌落形態(tài)比較單一,盡量部分樣品中菌落數(shù)量達到42~132,但是只有2~3 種不同形態(tài)的菌落,挑取不同形態(tài)的菌落進行后續(xù)分析。
2.2 污染菌的顯微形態(tài)分析
這些污染菌的顯微形態(tài)是桿菌和球菌,有的顯微形態(tài)非常相似。根據(jù)分離平板的菌落形態(tài)和顯微形態(tài)初步判斷C8-3是葡萄球菌,而E5-1和Q5-2是芽孢桿菌(分離株編號前兩位與樣品編號對應(yīng),“-”之后的編號是從該樣品分離計數(shù)皿中分離的菌株編號)。圖1為部分分離株的顯微形態(tài)。
圖1 部分分離株的單染色鏡檢Fig.1 Single staining microscopic observation of selected isolates
2.3 16S rDNA和dnaJ序列分析
圖2 MEGA 6.0用鄰近法基于16S rDNA基因序列構(gòu)建的系統(tǒng)進化樹Fig.2 Phylogenetic tree inferred by neighbor-joining method based on 16S rRNA gene sequences by MEGA version 6.0
圖3 MEGA 6.0用鄰近法基于dnaJ基因序列構(gòu)建的系統(tǒng)進化樹Fig.3 Phylogenetic tree inferred by neighbor-joining method based on dnaJ gene sequences by MEGA version 6.0
菌株都作16S rDNA序列分析,只有C8-3因具有葡萄球菌的典型顯微形態(tài)已經(jīng)可以判斷為葡萄球菌屬細菌,所以本實驗直接采用用于鑒定葡萄球菌屬下種的dnaJ序列擴增和分析[7]。將所得測序結(jié)果提交于GenBank庫進行BLASTN,16S rDNA序列分析鑒定到屬:C8-1為棲水菌屬;C8-2和Q5-1為微球菌屬;C9為不動桿菌屬;E4-1和E4-2為微桿菌屬;E5-1和Q5-2為芽孢桿菌屬;E5-2為考克斯菌屬;C8-3通過dnaJ序列分析鑒定可到種-表皮葡萄球菌。它們的序列分析結(jié)果見表4。
表4 分離菌的16S rDNA和danJ序列分析Table4 Analysis of 16S rDNA and danJ sequences of 10 isolates
表4中值得關(guān)注的是3 個菌株:微球菌C8-2和Q5-1及芽孢桿菌Q5-2的最相似菌株來源都是航天器/宇宙飛船表面。比較16S rDNA和dnaJ序列,通過Mega 6.0軟件鄰近法構(gòu)建進化樹(圖2、3)。
營養(yǎng)體細胞耐受輻照能力強且很早就受到關(guān)注的有革蘭氏陰性菌-莫拉氏菌-不動桿菌類(Moraxella-Acinetobacter group),假單胞菌(Pseudomonas radiora),革蘭氏陽性菌:耐輻射微球菌(Micrococcus radiodurans)和嗜輻射微球菌(M. radiophilus)[8]。本實驗中劃線分離和鑒定得到的耐輻照株有棲水菌屬(Enhydrobacter)、不動桿菌屬(Acinetobacter)、考克斯菌屬(Kocuria)、微球菌屬(Micrococcus)、微桿菌屬(Microbacterium)、芽孢桿菌屬(Bacillus)和表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis)。一般食品腐敗變質(zhì)多以細菌性腐敗為主,根據(jù)SN/T 2376—2009《番茄醬中主要腐敗微生物的檢驗方法》[8]可知,芽孢桿菌和葡萄球菌等是能引起番茄醬產(chǎn)品腐敗的主要微生物[9-10],而從本無菌袋中得到有芽孢桿菌、表皮葡萄球菌等微生物,可見輻照殺菌的無菌袋極有可能是送樣企業(yè)產(chǎn)品的污染源之一。并且在其他類食品中,無菌袋中的檢出的這些耐輻照菌株也可能導(dǎo)致包裝食品的腐敗變質(zhì),如:葡萄球菌和芽孢桿菌是肉制品的腐敗菌[11];微球菌、葡萄球菌是魚糜制品的腐敗菌[12];不動桿菌是對蝦的腐敗菌株[13]。這無疑會對輻照殺菌的食品質(zhì)量保障帶來很多問題。此外食源性致病菌沙門氏菌(Salmonella)也曾在某些輻照殺菌的寵物食品中檢出[14]對食品安全帶來極大隱患。
從無菌袋得到的7 個屬中,棲水菌屬的相關(guān)研究報道甚少,目前已知的唯一種為氣囊棲水菌(Enhydrobacter aerosaccus),經(jīng)鑒定無菌袋中的棲水菌屬與氣囊棲水菌相似度為97%,具體菌種需經(jīng)過生理生化特性等檢驗才能進一步確定,但不排除可能是一株棲水菌屬新種;微球菌屬廣泛存在于自然界,是毒性不強的條件致病菌,一般不致病[15];不動桿菌屬主要分布在水體和土壤中,易感染老年人和嬰幼兒,重癥者甚至死亡[16];微桿菌屬一般發(fā)現(xiàn)于乳制品、污水和昆蟲等;考克氏菌是分布廣泛且適應(yīng)力極強的微生物,可以從哺乳動物表皮、土壤、淡水等多種自然環(huán)境中分離得到。而另外的葡萄球菌屬和芽孢桿菌屬則是目前人們較為關(guān)注的。葡萄球菌屬分布廣泛,于空氣、水、人和動物的體表及腔道都可能存在,某些種的葡萄球菌更是醫(yī)學(xué)上是非常重要的病原菌之一[17],同時也是人們非常關(guān)注的致病菌(例如產(chǎn)生腸毒素引起食物中毒[18]的金黃色葡萄球菌)。無菌袋分離的一株葡萄球菌經(jīng)dnaJ序列分析鑒定,確認(rèn)為表皮葡萄球菌,該菌因細菌間的多糖黏附素作用,易于異物表面黏附和形成生物膜[19-22],且隨著導(dǎo)尿管、人工關(guān)節(jié)等醫(yī)療器械的推廣使用,表皮葡萄球菌已成為醫(yī)院感染的主要病原菌[23],一旦感染致病,常難以治愈,對其存在的危險性不容輕視。芽孢桿菌屬分布廣泛,耐輻照性強,尤其是該屬的枯草芽孢桿菌黑色變種,較之普通枯草芽孢桿菌對輻照的耐受性都有不同程度的提高[24]。在輻照處理過的中藥中還曾分離出過該屬中的彎曲芽孢桿菌(Bacillus flexus)[25-26],此外該屬中的特里希芽孢桿菌(Bacillus tequilensis)還能高產(chǎn)多糖[27]。而由于耐輻照的枯草芽孢桿菌一般對人畜無害,在工業(yè)上有作為工業(yè)酶的主要生產(chǎn)菌,國內(nèi)外也允許用于飼養(yǎng)添加劑內(nèi)服[28]。
雖說一些耐輻照微生物具有危險性,但隨著對耐輻照微生物的進一步探索,它們的潛在價值也是不可忽視的。例如芽孢桿菌屬(Bacillus)、類芽孢桿菌屬(Paneibacillus)、歐文菌屬(Erwinia)等屬均有較高的耐重金屬特性[29];葡萄球菌和芽孢桿菌能溶解念珠藻、銅綠微囊藻等多種藍藻[30];微桿菌屬不但具有耐輻照特性,還能對柴油進行降解[31]等,這些研究都表明深入探索耐輻照微生物,發(fā)掘它們的潛在價值,具有重要意義。
綜上所述,經(jīng)過15 kGy以上的輻照殺菌后的無菌袋上有多達7 種不同細菌存活,數(shù)量在5~132 CFU/袋,其中有番茄醬中常見的污染菌芽孢桿菌和葡萄球菌,也有
其他食品中常見的腐敗菌微桿菌屬、微球菌屬、不動桿菌屬和食品中較為少見的棲水菌屬及考克氏菌屬。它們的存在及對無菌袋包裝的食品帶來的質(zhì)量風(fēng)險值得食品包裝材料行業(yè)重視。
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Isolation and Identification of Radiation Resistant Microorganisms Detected in Radiation Sterilize Pouches
JI Minghuai, GAO Wen, ZHOU Guoping*
(School of Biology and Pharmaceutical Engineering, Wuhan Polytechnic University, Wuhan 430023, China)
Objective: To count, isolate and identify the radiation-resistant microorganisms present in 5 L sterile pouches provided by a tomato paste producer, sterilized by radiation at doses equal to or greater than 15 kGy. Methods: The pouches were washed repeatedly with 3 L of sterile water. The water was filtrated through a membrane and then spread on medium plates for counting microbial colonies. Finally, the microorganisms were isolated, purified and identified at the genus and species levels by analysis of their 16S rDNA sequences and dnaJ sequences. Results: All 5 batches of samples were found to contain detecTablelevels of bacteria, varying from 5 to 132 CFU/pouch. After analysis of the 16S rDNA sequences of 9 typical colonies, a total of 6 genera were found, namely, Enhydrobacter, Acinetobacter, Kocuria, Micrococcus, Microbacterium and Bacillus. Among these, strain C8-3 was identified as Staphylococcus epidermidis by dnaJ sequence analysis. Conclusion: Although the quantity of the radiation resistant bacteria in sterile pouches is sparse, some of them survive the radiation. Those bacteria may cause more or less effects on food safety and the stability of food quality.
radiation resistant bacteria; radiation sterilized pouches; Acinetobacter sp.; Kocuria sp.; Micrococcus spp.; Microbacterium spp.; Bacillus spp.; Enhydrobacter sp.; Staphylococcus epidermidis
10.7506/spkx1002-6630-201622031
Q939.97
A
1002-6630(2016)22-0205-05
紀(jì)明淮, 高雯, 周幗萍. 經(jīng)輻照殺菌的無菌袋中耐輻照微生物分離與鑒定[J]. 食品科學(xué), 2016, 37(22): 205-209. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201622031. http://www.spkx.net.cn
JI Minghuai, GAO Wen, ZHOU Guoping. Isolation and identification of radiation resistant microorganisms detected in radiation sterilize pouches[J]. Food Science, 2016, 37(22): 205-209. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201622031. http://www.spkx.net.cn
2016-01-14
武漢輕工大學(xué)大學(xué)生科研項目
紀(jì)明淮(1993—),男,本科生,研究方向為生物工程。E-mail:1056204780@qq.com
*通信作者:周幗萍(1971—),女,教授,博士,研究方向為食品微生物安全。E-mail:wjczgp@163.com