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    豆豉來(lái)源的纖溶酶產(chǎn)生菌株的篩選及發(fā)酵性能研究

    2017-08-07 10:11:02周秀玲楊延川劉璐張揚(yáng)
    中國(guó)調(diào)味品 2017年7期
    關(guān)鍵詞:纖溶酶納豆豆豉

    周秀玲,楊延川,劉璐,張揚(yáng)

    (聊城大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,山東 聊城 252000)

    豆豉來(lái)源的纖溶酶產(chǎn)生菌株的篩選及發(fā)酵性能研究

    周秀玲,楊延川,劉璐,張揚(yáng)*

    (聊城大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,山東 聊城 252000)

    采用酪蛋白平板初篩的方法,從豆豉中分離到278株具有蛋白酶活力的菌株,經(jīng)過(guò)纖維蛋白培養(yǎng)平板復(fù)篩,并獲得1株產(chǎn)纖溶酶能力較強(qiáng)的菌株,命名為L(zhǎng)Z-238。在對(duì)LZ-238菌株常規(guī)形態(tài)學(xué)及生理生化特性鑒定的基礎(chǔ)上,對(duì)部分長(zhǎng)度的16S rDNA同源性進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)LZ-238菌株與地衣芽孢桿菌相似度達(dá)99.5%,命名為BacillusamyloliquefaciensLZ-238。通過(guò)液體發(fā)酵及阿膠納豆的制作,對(duì)LZ-238菌株產(chǎn)酶及應(yīng)用性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。經(jīng)發(fā)酵,LZ-238菌株纖溶酶的最高產(chǎn)量可達(dá)28.12 U/mL,其制作的阿膠納豆具有豆豉的特有香氣且?guī)缀鯚o(wú)氨味,更符合中國(guó)人的口味。

    豆豉;纖溶酶;篩選;菌株鑒定

    豆豉作為我國(guó)的傳統(tǒng)食品一直受到大眾的青睞,無(wú)論是直接食用還是做菜調(diào)味都是餐中美味。豆豉在制作過(guò)程中經(jīng)微生物作用不僅營(yíng)養(yǎng)價(jià)值得到提升,而且所產(chǎn)生的生理活性物質(zhì)更是具有抗氧化、降血糖、降血壓、抗腫瘤、抗輻射等作用[1-3],特別是其溶栓作用近年來(lái)越來(lái)越受到重視。我國(guó)研究者針對(duì)豆豉纖溶酶進(jìn)行了大量的工作,包括菌株的篩選、纖溶酶基因的克隆表達(dá)、豆豉纖溶酶的純化及溶栓機(jī)制的研究等[4-13]。但是,現(xiàn)有的豆豉纖溶酶酶活力和生產(chǎn)水平直接制約著其進(jìn)一步開(kāi)發(fā)成保健食品和溶栓藥物。因此,通過(guò)高產(chǎn)菌株的篩選等方式提高酶活力及產(chǎn)量成為突破納豆激酶研究瓶頸的關(guān)鍵。

    本研究以商品化和自制豆豉為出發(fā)材料,利用酪蛋白平板初篩及纖維蛋白培養(yǎng)平板高通量復(fù)篩的方法,篩選到一株豆豉纖溶酶高產(chǎn)菌株。通過(guò)生理生化特征分析結(jié)合16S rDNA序列分析確定其分類地位。通過(guò)液體發(fā)酵及阿膠納豆的制作,對(duì)其產(chǎn)酶及應(yīng)用性能進(jìn)行了評(píng)價(jià),為該菌的后續(xù)研究及應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

    1 材料與方法

    1.1 實(shí)驗(yàn)材料

    1.1.1 豆豉

    收集產(chǎn)地為重慶、長(zhǎng)沙、陽(yáng)江、南昌、武漢、北京、臨沂、聊城的商品化或自制的豆豉樣品若干份。

    1.1.2 主要試劑

    纖維蛋白原:購(gòu)自Sigma公司;尿激酶和凝血酶:購(gòu)自北京索萊寶科技有限公司。DNA提取試劑盒、PCR試劑及引物:購(gòu)自上海生工生物工程有限公司。其他生化試劑為進(jìn)口分裝或國(guó)產(chǎn)的分析純?cè)噭?/p>

    1.1.3 培養(yǎng)基

    初篩培養(yǎng)基:酪蛋白培養(yǎng)基,KH2PO40.5 g,KH2PO41 g,MgSO40.1 g,CaCl20.3 g,蔗糖1 g,酪蛋白2 g,瓊脂20 g,水1000 mL,pH 7.0~7.2。

    種子培養(yǎng)基:牛肉膏 3 g,蛋白胨 10 g,NaCl 5 g,水 1000 mL,pH 7.0~7.2。

    發(fā)酵培養(yǎng)基:葡萄糖10 g,大豆胨5 g,MgSO40.4 g,ZnSO40.1 g,KH2PO41 g,水1000 mL,pH 7.0~7.2。

    保藏培養(yǎng)基:牛肉膏 3 g,蛋白胨 10 g,NaCl 5 g,瓊脂 15 g,水 1000 mL,pH 7.0~7.2。

    纖維蛋白平板:參照Astrup等的方法進(jìn)行制備[14]。將0.6 g 瓊脂加熱溶解于pH 8.5的20 mL巴比妥鈉-氯化鈉緩沖液中,待溫度降至 50 ℃左右時(shí),加入含有20 mg纖維蛋白原的巴比妥鈉-氯化鈉緩沖液3 mL,混勻后再加入含有20 U凝血酶的巴比妥鈉-氯化鈉緩沖液3 mL,混勻后倒平板。

    纖維蛋白培養(yǎng)平板:在纖維蛋白平板培養(yǎng)基中按酪蛋白培養(yǎng)基的比例加入KH2PO4,KH2PO4,MgSO4,CaCl2其他成分不變。

    1.2 實(shí)驗(yàn)方法

    1.2.1 菌株的初篩

    在超凈工作臺(tái)中分別稱取豆豉樣品1.0 g,加入到盛有95 mL無(wú)菌水和玻璃珠的錐形瓶中,用6層無(wú)菌紗布封口。在37 ℃,180 r/min的條件下恒溫震蕩培養(yǎng),6 h后置于85 ℃的水浴中靜置8 min,取1 mL上清液進(jìn)行梯度稀釋。取各梯度稀釋液100 μL分別涂布于酪蛋白平板上,待風(fēng)干后倒置于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。培養(yǎng)過(guò)程中觀察菌落周?chē)欠裼型该魅Ξa(chǎn)生。選擇產(chǎn)生透明圈較大的菌落,用滅菌的牙簽接種到酪蛋白平板上,37 ℃恒溫培養(yǎng)24 h后測(cè)量菌落直徑及其水解圈的直徑。通過(guò)計(jì)算水解圈直徑與菌落直徑的比,篩選比值較大的菌株進(jìn)行保藏。

    1.2.2 菌株復(fù)篩

    將待篩菌株分別接種到種子培養(yǎng)基中,37 ℃,180 r/min培養(yǎng)16 h后按照0.8%的接種量接種到發(fā)酵培養(yǎng)基中相同條件下培養(yǎng)48 h后,將發(fā)酵液在4 ℃,12000 r/min條件下離心5 min,上清液即為粗酶液。測(cè)定粗酶液的纖溶酶活力,將酶活力較高的菌株保存于斜面,以進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。改進(jìn)方法:將初篩獲得的菌株用滅菌牙簽點(diǎn)種到纖維蛋白培養(yǎng)平板上,37 ℃恒溫培養(yǎng)32 h后測(cè)量菌落及水解圈的直徑,并以水解圈和菌落直徑之比判定菌株的纖溶酶活性。選擇比值大的菌株再按上述方法進(jìn)行液體發(fā)酵培養(yǎng)后檢測(cè)纖溶酶活力。

    1.2.3 纖溶酶活力測(cè)定

    纖溶酶活力的測(cè)定參照文獻(xiàn)[15]的方法,略有改動(dòng),簡(jiǎn)述如下:向滅過(guò)菌的10 mL離心管中加入50 mmol/L,pH 8.5的硼酸緩沖液4 mL,再加入0.72%的纖維蛋白原溶液0.4 mL,充分混勻后37 ℃水浴10 min,加入10 U/mL的凝血酶0.1 mL。混勻后37 ℃水浴,待纖維蛋白原完全凝固成纖維蛋白后,加入0.1 mL稀釋的粗酶液,充分混勻后37 ℃水浴60 min,然后加入0.2 mol/L三氯乙酸2 mL以終止反應(yīng)。室溫下靜置20 min后,5000 r/min離心10 min,取上清液在275 nm波長(zhǎng)下測(cè)量吸光度,記為Ar??瞻讓?duì)照組將三氯乙酸的加入放在加入酶液之前,其他操作過(guò)程不變,其上清液的吸光度記為Ac。1個(gè)單位的纖溶酶活性被定義為在60 min內(nèi),使吸光度每增加0.001時(shí)所需要的酶量。

    FU=(Ar-Ac)×稀釋倍數(shù)/0.001×60×0.1。

    1.2.4 菌株的鑒定

    1.2.4.1 生理生化特性檢測(cè)

    參閱文獻(xiàn)[16,17]按一般細(xì)菌常用鑒定方法進(jìn)行生理生化特性檢測(cè)。

    1.2.4.2 16S rDNA分析

    細(xì)菌總DNA的提取使用通用基因組小量抽提試劑盒進(jìn)行提取。16S rRNA基因的擴(kuò)增:利用通用引物27f 和1495r擴(kuò)增16S rRNA 基因。PCR 50 μL反應(yīng)體系:5 μL 10×Taq 酶緩沖液、3 μL dNTP、5 μL引物、1 μL DNA模板、35 μL雙蒸水和1 μL Taq 酶。 PCR反應(yīng)條件:94 ℃預(yù)變性5 min,94 ℃變性40 s,62 ℃退火40 s,72 ℃延伸1.5 min,循環(huán)數(shù)為35;72 ℃充分延伸10 min;4 ℃保存。 PCR產(chǎn)物經(jīng)瓊脂糖凝膠電泳,目標(biāo)片段由上海生物技術(shù)工程有限公司測(cè)序。測(cè)序結(jié)果登陸GenBank進(jìn)行 BLAST比對(duì)。

    1.2.5 菌株發(fā)酵性能檢測(cè)

    1.2.5.1 液體發(fā)酵培養(yǎng)

    取1環(huán)菌種接種到種子培養(yǎng)基中,37 ℃,180 r/min培養(yǎng)12 h后按照1.2%的接種量接入發(fā)酵培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng),期間每隔4 h取樣2 mL,進(jìn)行菌體生長(zhǎng)情況及產(chǎn)酶量的檢測(cè)。

    1.2.5.2 阿膠納豆的制作

    參照文獻(xiàn)[18]的方法進(jìn)行阿膠納豆的制作,制作完成后對(duì)其進(jìn)行感官評(píng)價(jià)、纖溶酶活力、蛋白酶活力以及游離氨基酸總量的檢測(cè)。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 菌株篩選

    2.1.1 菌株初篩結(jié)果

    利用稀釋涂布的方法從不同產(chǎn)地的豆豉中篩選到1286株具有酪蛋白分解能力的菌株,將其點(diǎn)種于酪蛋白平板上進(jìn)行培養(yǎng)后獲得水解圈直徑與菌落直徑比較大的菌株278株,命名為L(zhǎng)Z1~LZ278。不同菌株在篩選平板上形成的水解圈見(jiàn)圖1,圖1中a為產(chǎn)酶菌株在酪蛋白平板上形成的透明圈。

    圖1 不同菌株在篩選平板上形成的水解圈

    注:a為酪蛋白平板;b為纖維蛋白培養(yǎng)平板。

    2.1.2 菌株復(fù)篩結(jié)果

    菌株復(fù)篩時(shí)發(fā)現(xiàn)如按照1.2.2的方法進(jìn)行,雖然能對(duì)不同菌株的產(chǎn)酶能力進(jìn)行有效檢測(cè),但是檢測(cè)過(guò)程費(fèi)時(shí)、費(fèi)力而且效率較低。因此對(duì)復(fù)篩方法進(jìn)行改進(jìn),將初篩獲得的菌株用滅菌牙簽點(diǎn)種到纖維蛋白培養(yǎng)平板上,培養(yǎng)后通過(guò)計(jì)算水解圈直徑與菌落直徑的比進(jìn)行篩選。圖1中b為不同菌株在纖維蛋白培養(yǎng)平板上所形成的透明圈。為驗(yàn)證改進(jìn)方法的可行性,在278株菌中隨機(jī)挑選了30株,利用兩種方法進(jìn)行篩選,結(jié)果見(jiàn)表1。

    表1 兩種菌株復(fù)篩方法對(duì)隨機(jī)菌株的檢測(cè)Table 1 Detection of random strains by two screening methods

    為了便于觀察,按照酶活力從小到大的順序在表中列出,由表1可知,對(duì)于產(chǎn)纖溶酶能力弱的菌株無(wú)法形成透明圈,隨著產(chǎn)酶能力的增加,直徑比值也呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì),雖然也有酶活力高直徑比相對(duì)低的情況發(fā)生,但該變化對(duì)酶活力和直徑比之間的關(guān)聯(lián)性并未影響。纖維蛋白培養(yǎng)平板的方法具有方便、快捷、高效的優(yōu)點(diǎn),因此,可以選用此方法進(jìn)行菌株復(fù)篩。

    通過(guò)改進(jìn)的復(fù)篩方法在278株菌株中篩選到3株菌的直徑比大于5.50,分別為L(zhǎng)Z32,LZ209,LZ-238,其直徑比和纖溶酶活力分別為5.71,25.31 U/mL;5.58,25.26 U/mL;5.82,26.32 U/mL。選擇LZ-238進(jìn)行后續(xù)研究。

    2.2 LZ-238形態(tài)及生理生化特性

    LZ-238在固體培養(yǎng)基上菌落細(xì)小,菌落直徑2~5 mm,多為圓形,凸起,表面光滑,邊緣整齊,呈灰白色。顯微鏡鏡檢為革蘭氏陽(yáng)性菌,大小(2~5) μm×(0.4~0.6) μm,能產(chǎn)生橢圓形芽孢。對(duì)菌株LZ-238進(jìn)行生理生化特征測(cè)定,結(jié)果見(jiàn)表2。參考伯杰氏鑒定手冊(cè),可初步判定菌株LZ-238為芽孢桿菌屬微生物。

    表2 LZ-238的主要生理生化特征Table 2 Main physiological and biochemical characteristics of LZ-238

    注:“+”表示陽(yáng)性;“-”表示陰性。

    2.3 LZ-238 16S rDNA系統(tǒng)發(fā)育分析

    以LZ-238基因組DNA為模板,用細(xì)菌通用引物27F(5'-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3')和1492R (5'-GGTTACCTTGTTACGACTT-3') PCR擴(kuò)增16S rDNA單一條帶大約為1500 bp。將PCR產(chǎn)物送至上海生工公司進(jìn)行測(cè)序。將所測(cè)序列在NCBI GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行BLAST比對(duì),分析結(jié)果表明:與LZ-238同源性最高的前10株菌以枯草芽孢桿菌為主。應(yīng)用MEGA 6.0軟件中鄰接法(neighbour-joining methods,NJ)構(gòu)建菌株系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹(shù),見(jiàn)圖2。

    圖2 菌株LZ-238的16S rDNA基因序列系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹(shù)

    由圖2可知,菌株LZ-238與地衣芽孢桿菌(Bacillusamyloliquefaciens)聚為一個(gè)分支上。結(jié)合形態(tài)、生理生化特征試驗(yàn)及16S rDNA全序列分析的系統(tǒng)發(fā)育研究結(jié)果,可以將LZ-238的分類定位為B.amyloliquefaciensLZ-238。

    2.4 LZ-238發(fā)酵性能

    2.4.1 液體發(fā)酵性能

    利用產(chǎn)酶發(fā)酵培養(yǎng)基對(duì)菌株LZ-238進(jìn)行液體培養(yǎng),其生長(zhǎng)曲線及產(chǎn)酶進(jìn)程見(jiàn)圖3。

    圖3 地衣芽孢桿菌LZ-238的生長(zhǎng)曲線和產(chǎn)酶曲線

    由圖3可知,0~4 h為菌株的生長(zhǎng)延滯期,4 h后菌株的增殖速度加快,進(jìn)入生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期,培養(yǎng)28 h后菌株生長(zhǎng)進(jìn)入穩(wěn)定期,一直維持到36 h后進(jìn)入衰亡期。對(duì)比產(chǎn)酶曲線可以發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)8 h后纖溶酶開(kāi)始大量生成,16~24 h為發(fā)酵產(chǎn)酶的高峰期。發(fā)酵28 h后酶活水平趨于平穩(wěn),在32 h檢測(cè)到酶活的最高值為28.12 U/mL,隨后酶活力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。由發(fā)酵結(jié)果可以看出LZ-238菌株的產(chǎn)酶過(guò)程穩(wěn)定,產(chǎn)酶量較高,如作為出發(fā)菌株,輔于工業(yè)誘變選育技術(shù)可望篩選獲得性能較好的生產(chǎn)菌株,具有較高的生成應(yīng)用價(jià)值。

    2.4.2 阿膠納豆

    以LZ-238為發(fā)酵菌株,參照文獻(xiàn)[18]的方法進(jìn)行阿膠納豆的制作,同時(shí)與納豆芽孢桿菌進(jìn)行對(duì)比。制作完成后對(duì)兩種納豆進(jìn)行感官評(píng)價(jià)、纖溶酶活力、蛋白酶活力以及游離氨基酸總量的檢測(cè)。

    表3 地衣芽孢桿菌LZ-238與納豆芽孢桿菌 發(fā)酵阿膠納豆的性能比較Table 3 Comparison of fermentation performance of B. licheniformis LZ-238 and B. natto

    由表3可知,LZ-238作為阿膠納豆的發(fā)酵菌株具有優(yōu)良的性能,其發(fā)酵產(chǎn)物的纖溶酶活力、蛋白酶活力、以及游離氨基酸總量均比納豆芽孢桿菌高,其中纖溶酶活力更是高出2.34倍。更值得注意的是在感官評(píng)價(jià)上LZ-238菌株的評(píng)分也比納豆芽孢桿菌高,原因可能是其發(fā)酵的阿膠納豆具有豆豉的特有香氣且?guī)缀鯚o(wú)氨味,更符合中國(guó)人的口味。

    3 結(jié)論

    本研究采用酪蛋白平板初篩和纖維蛋白培養(yǎng)平板復(fù)篩的方法從眾多豆豉樣品中分離獲得一株纖溶酶的高產(chǎn)菌株LZ-238,經(jīng)生理生化特征分析結(jié)合16S rDNA序列分析,鑒定其為地衣芽孢桿菌。LZ-238的液體發(fā)酵研究表明菌株具有良好的發(fā)酵性能,在發(fā)酵32 h后檢測(cè)到最高酶活力為28.12 U/mL。在阿膠納豆的制作方面,其發(fā)酵產(chǎn)品在纖溶酶活力、蛋白酶活力和游離氨基酸含量方面均比納豆芽孢桿菌的發(fā)酵產(chǎn)品具有優(yōu)勢(shì)。由于菌株來(lái)源于中國(guó)傳統(tǒng)食品豆豉,其發(fā)酵的阿膠納豆幾乎沒(méi)有氨味且具有特殊的豆豉香氣,更容易被國(guó)人所接受。綜上所述,LZ-238菌株無(wú)論作為纖溶酶的生產(chǎn)菌株還是作為納豆的發(fā)酵菌株均具有優(yōu)良的性能,如能進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)將具有良好的應(yīng)用前景。

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    Research on Screening and Fermentation Properties of Fibrinolysin Producing Strains from Fermented Soya Beans

    ZHOU Xiu-ling, YANG Yan-chuan, LIU Lu, ZHANG Yang*

    (College of Life Science, Liaocheng University,Liaocheng 252000,China)

    Two hundred and seventy-eight strains of protease-producing strains are isolated from traditional Chinese fermented soybean food by using casein-plate method and one strain of highest fibrinolytic enzyme producing strains is screened by fibrin-plate method, which is named as LZ-238. Based on morphology, physiological and biochemical characteristics, LZ-238 is identified by 16S rDNA sequences and systematic analysis. The results indicate that 16S rDNA sequences of LZ-238 have 99.5% similarity to the partial sequence ofBacilluslicheniformis, suggesting that LZ-238 is categorized asB.licheniformis, and denominated asB.licheniformisLZ-238. The fermentation performance of LZ-238 under shaking and donkey-hide glue natto production is inspected preliminarily. Fibrinolytic enzyme activity ofB.licheniformisLZ-238 reaches 28.12 U/mL. The donkey-hide glue natto produced byB.licheniformisLZ-238 has less ammonia smell and is more in line with Chinese taste.

    fermented soya beans;fibrinolysin;screening;strain identification

    2017-02-16 *通訊作者

    山東省自然科學(xué)基金(2014ZRB01A1N);聊城大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金(31805);聊城大學(xué)大學(xué)生科技文化創(chuàng)新基金(SF2014263)

    周秀玲(1983-),女,山東萊蕪人,碩士,研究方向:食品發(fā)酵; 張揚(yáng)(1988-),男,山東茌平人,博士,研究方向:食品發(fā)酵。

    TS201.25

    A

    10.3969/j.issn.1000-9973.2017.07.009

    1000-9973(2017)07-0041-05

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