蔣欣容，瞿恒賢，陳大衛(wèi)，陳霞，黃玉軍，印伯星，楊振泉，顧瑞霞

（揚(yáng)州大學(xué)江蘇省乳品生物技術(shù)與安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇揚(yáng)州225127）

乳酸菌混合發(fā)酵對(duì)抑菌作用的影響研究

蔣欣容，瞿恒賢，陳大衛(wèi)，陳霞，黃玉軍，印伯星，楊振泉，顧瑞霞

（揚(yáng)州大學(xué)江蘇省乳品生物技術(shù)與安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇揚(yáng)州225127）

通過(guò)測(cè)定6株乳酸菌及其混合發(fā)酵對(duì)3種革蘭氏陽(yáng)性菌和3種革蘭氏陰性菌抑制作用，探究單一發(fā)酵及混合發(fā)酵對(duì)抑菌作用的影響。結(jié)果顯示，6株不同乳酸菌及其混合發(fā)酵對(duì)3種革蘭氏陽(yáng)性菌和3種革蘭氏陰性菌的抑制效果均不同。建立主成分分析模型，根據(jù)模型中累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)75.284%兩個(gè)主成分，進(jìn)行綜合評(píng)分，可得乳酸菌混合發(fā)酵抑菌效果高于任一單菌株發(fā)酵，乳酸菌混合發(fā)酵表現(xiàn)出廣譜抑菌性。通過(guò)排除乳酸及過(guò)氧化氫干擾，以及經(jīng)pH 6.0處理、121℃，20 min熱處理、蛋白酶K處理，進(jìn)一步對(duì)乳酸菌及其混合發(fā)酵抑菌物質(zhì)分析，可知除乳酸外，不同乳酸菌及其混合發(fā)酵的發(fā)酵產(chǎn)物中存在其他抑菌物質(zhì)，且抑菌產(chǎn)物中過(guò)氧化氫濃度不足以產(chǎn)生抑菌效果。乳酸菌發(fā)酵抑菌物質(zhì)在酸性條件下活性高，對(duì)熱和蛋白質(zhì)酶K敏感。

乳酸菌；混合發(fā)酵；廣譜抑菌；抑菌成分；主成分分析

Abstract:The antibacterial effect of single fermentation and mixed fermentation were studied by measuring the inhibitory ability of 6 strains of Lactic acid bacteria and their mixed fermentation on three Gram-positive bacteria and three Gram-negative bacteria.Test results revealed,6 strains of Lactic acid bacteria and their mixed fermentation had different effects on three Gram-positive bacteria and three Gram-negative bac?teria.Based on the cumulative contribution rate of 75.284%in the principal component analysis model,we can see that the antibacterial effect of mixed fermentation of Lactic acid bacteria was higher than any single strain.Mixed fermentation by 6 strains had a broad antibacterial spec?trum.Exclusion the organic acids and hydrogen peroxide,we has further analyzed antibacterial active ingredients of single fermentation and mixed fermentation by 6 strains at pH 6.0,in 121°C for 15 min or treated by Proteinase K.We found that there were some antimicrobial substances in the fermentation product without lactic acid.The concentration of hydrogen peroxide in antimicrobial substances was not enough to produce antibacterial effect.The antibacterial substances had favorable stability in acid condition.And the antibacterial substances made by mixed fermentation have been sensitive to heat and protein enzyme K.

Key words:Lactic acid bacteria;mixed fermentation;wide antimicrobial properties;antibacterial ingredients;principal component analysis

0 引言

乳酸菌具有維持腸道正常菌群平衡[1-2]，抑制病原菌繁殖，防止有害物質(zhì)產(chǎn)生[3-5]，延緩衰老、降膽固醇、增強(qiáng)免疫力等多種功能特性[6]，被廣泛運(yùn)用到食品、醫(yī)藥相關(guān)領(lǐng)域[7-8]。而單菌株抑菌活性及范圍，因各自代謝產(chǎn)物不同造成明顯差異，使其應(yīng)用受到限制[9-10]。近年來(lái)，隨著醫(yī)學(xué)、現(xiàn)代營(yíng)養(yǎng)學(xué)及腸道保健理論的發(fā)展，篩選具有特定功能特性的益生菌，及其發(fā)酵制品開發(fā)，在全世界引起了廣泛研究[11-12]。但對(duì)于如何利用多菌株進(jìn)行發(fā)酵，提高發(fā)酵產(chǎn)品的廣譜抑菌特性，并綜合提高對(duì)宿主健康的有益作用，尚需進(jìn)行深入研究。本文利用實(shí)驗(yàn)室篩選獲得的具有良好抑菌特性的6株乳酸菌，探索混合發(fā)酵對(duì)體外抑菌特性的影響，以期為混合乳酸菌功能發(fā)酵產(chǎn)品的開發(fā)提供幫助。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 培養(yǎng)基制備

酶解脫脂乳培養(yǎng)基[14]：12%(w/v)的脫脂乳溶液，115℃，20 min滅菌，冷卻后添加質(zhì)量濃度為0.5 g/L的中性蛋白酶，42℃恒溫水解2 h，92℃，30 min滅酶，冷卻備用。

LB液體培養(yǎng)基、PDA液體培養(yǎng)基、RCM液體培養(yǎng)基（購(gòu)于廣東環(huán)凱微生物科技有限公司），取30.0 g培養(yǎng)基粉溶于1 000 mL蒸餾水，121℃，15 min滅菌備用。

固體培養(yǎng)基在相應(yīng)的液體培養(yǎng)基中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%瓊脂粉。

1.2 指試菌制備

大腸桿菌，沙門氏菌，金黃色葡萄球菌，假單胞菌，艱難梭菌，枯草桿菌，漢遜德巴利酵母菌，黃曲霉菌均為揚(yáng)州大學(xué)江蘇省乳品生物技術(shù)與安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室保藏提供。

大腸桿菌，沙門氏菌，金黃色葡萄球菌、假單胞菌、枯草桿菌原菌種分別接種于LB液體培養(yǎng)基，漢遜德巴利酵母菌、黃曲霉原菌種分別接種于PDA液體培養(yǎng)基，艱難梭菌原菌種接種于RCM液體培養(yǎng)基，37℃培養(yǎng)24 h，并用無(wú)菌生理鹽水調(diào)節(jié)菌懸液至107mL-1。

1.3 乳酸菌上清液制備

嗜酸乳桿菌（Lactobacillus cidophilus）ss，植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）s7，鼠李糖乳桿菌（Lactobacillus rhamnosus）grx19，干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）g9，雙歧桿菌（Bifidobacterium animalis）BLC和嗜熱鏈球菌（Strep?tococcus.thermophiles）90-57，均由江蘇省乳品生物技術(shù)與安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室分離保藏。

將6株乳酸菌及其混合乳酸菌，按照4%接種量，分別接種于脫脂乳酶解培養(yǎng)基中，37℃發(fā)酵12 h，取發(fā)酵菌液，于Legend mach高速冷凍離心機(jī)4 500 r/min離心20 min，經(jīng)0.22 μm微孔濾膜過(guò)濾，收集濾液為乳酸菌代謝上清液。

1.4 乳酸菌上清液抑菌性能分析

1.4.1 抑菌活性測(cè)定

采用雙層瓊脂擴(kuò)散打孔法[15]，進(jìn)行抑菌測(cè)定。以滅菌MRS液體培養(yǎng)基為空白對(duì)照，37℃培養(yǎng)12 h后觀察有無(wú)抑菌圈形成，并測(cè)量其抑菌直徑。

1.4.2 乳酸、過(guò)氧化氫排除

用乳酸調(diào)節(jié)與乳酸菌上清液相同pH的MRS液體培養(yǎng)基作為排除乳酸干擾的對(duì)照。加入接有指示菌的培養(yǎng)基孔內(nèi)，用瓊脂擴(kuò)散打孔法測(cè)定其抑菌效果，取3次平行測(cè)定的平均值。

在過(guò)氧化氫酶最適pH值條件下以質(zhì)量濃度為1 g/L過(guò)氧化氫酶處理乳酸菌上清液，37℃水浴1 h，處理后將上清液調(diào)至原pH值，作為排除過(guò)氧化氫干擾的對(duì)照。加入接有指示菌的培養(yǎng)基孔內(nèi)，用瓊脂擴(kuò)散打孔法測(cè)定其抑菌效果，取3次平行測(cè)定的平均值。

1.4.3 pH值處理

用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)乳酸菌上清液pH為pH 6.0，加入接有指示菌的培養(yǎng)基孔內(nèi)，以未調(diào)節(jié)pH值的乳酸菌上清液為對(duì)照，用瓊脂擴(kuò)散打孔法測(cè)定抑菌活性，取3次平行測(cè)定的平均值。

1.4.4 熱處理

乳酸菌上清液經(jīng)121℃水浴處理20 min，加入接有指示菌的培養(yǎng)基孔內(nèi)，以未調(diào)節(jié)pH值的乳酸菌上清液為對(duì)照，用瓊脂擴(kuò)散打孔法測(cè)定抑菌活性，取3次平行測(cè)定的平均值。

1.4.5 酶處理

在最適pH值條件下以質(zhì)量濃度為1 g/L蛋白酶K處理供試樣品，37℃水浴1 h，處理后將樣品調(diào)至原pH值，加入接有指示菌的培養(yǎng)基孔內(nèi)，以未調(diào)節(jié)pH值的乳酸菌上清液為對(duì)照，用瓊脂擴(kuò)散打孔法測(cè)定抑菌活性，取3次平行測(cè)定的平均值。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用SPSS20.0軟件進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 乳酸菌及其混合發(fā)酵對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌抑制作用

6株乳酸菌及其1∶1∶1∶1∶1∶1混合后，按4%接種于酶解脫脂乳培養(yǎng)基，在37℃下發(fā)酵12 h的樣品，經(jīng)離心過(guò)濾處理，取上清液，對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌抑制作用如圖1所示。

圖1 乳酸菌及其混合發(fā)酵對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌抑制作用

由圖1可以看出，不同乳酸菌及其混合發(fā)酵上清液對(duì)金黃葡萄球菌、枯草桿菌、艱難梭菌三種革蘭氏陽(yáng)性菌抑制作用存在差異，任一單菌株均對(duì)其中1種或2種革蘭氏陽(yáng)性菌有抑制作用，而混合菌株發(fā)酵都表現(xiàn)出對(duì)3種革蘭氏陽(yáng)性菌的廣譜抑菌性作用。

2.2 乳酸菌及其混合發(fā)酵對(duì)革蘭氏陰性菌抑制作用

6株乳酸菌及其1∶1∶1∶1∶1∶1混合后，按4%接種于酶解脫脂乳培養(yǎng)基，在37℃下發(fā)酵12 h的樣品，經(jīng)離心過(guò)濾處理，取上清液，對(duì)3種革蘭氏陰性菌抑制作用如圖2所示。

圖2 乳酸菌及其混合發(fā)酵對(duì)革蘭氏陰性菌抑制作用

由圖2可以看出，混合菌株發(fā)酵上清液對(duì)3種革蘭氏陰性菌均有較好抑制作用，抑菌圈直徑均大于21 mm。除90-57菌株對(duì)3種革蘭氏陰性菌抑菌效果較弱外，其余5株乳酸菌對(duì)3種革蘭氏陰性菌也具有一定的抑制作用，但不同單菌株對(duì)3種革蘭氏陰性菌的抑菌效果存在較大區(qū)別。

2.3 乳酸菌及其混合發(fā)酵抑菌性主成分分析

混合菌株發(fā)酵表現(xiàn)對(duì)金黃葡萄球菌、艱難梭菌最強(qiáng)的抑制效果，對(duì)枯草桿菌、大腸桿菌、沙門氏菌、假單胞菌抑制效果均介于單菌株發(fā)酵最大值與最小值之間。就對(duì)6項(xiàng)研究指標(biāo)來(lái)看，利用主成分分析法對(duì)乳酸菌及其混合發(fā)酵的抑菌效果的綜合評(píng)分進(jìn)行評(píng)價(jià)。按主成分分析法中特征值大于或等于1的原則提取2個(gè)主成分，結(jié)果如表1所示。由表1可以看出，第1主成分特征值為3.332，占特征值總和的55.54%，第2主成分特征值為1.185，占特征值總和的19.743%，二者特征值均大于1，且累計(jì)貢獻(xiàn)率為75.284%，故提取這兩個(gè)主成分就能夠比較好的解釋乳酸菌及其混合發(fā)酵不同抑菌效果。

表1 主成分提取結(jié)果及成分得分系數(shù)

表2 主成分貢獻(xiàn)率

由公式：綜合因子得分(F)=各成分得分×對(duì)應(yīng)權(quán)重之和(成分得分=成分得分系數(shù)與原始變量標(biāo)準(zhǔn)化值乘積之和)。采用主成分分析法獲得成分得分系數(shù)，由表2成分得分系數(shù)矩陣，得出綜合得分排名，如表3所示。

表3 綜合因子得分

由表3可以看出，乳酸菌及其混合發(fā)酵綜合評(píng)分（F）進(jìn)行比較：混合菌株＞g9＞BLC＞s7＞grx19＞ss＞90-57?；旌暇臧l(fā)酵F值，高于任一單菌株發(fā)酵。主成分分析表明，對(duì)3種革蘭氏陽(yáng)性菌和3種革蘭氏陰性菌的抑菌效果而言，混合菌株發(fā)酵均高于任一單菌株發(fā)酵?？赡芫昊旌习l(fā)酵條件下，通過(guò)各自的代謝活動(dòng)而有利于各方或偏利于一方，提高代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量或增加種類，從而擴(kuò)大抑菌范圍，提升抑菌效果。

2.4 乳酸菌及其混合發(fā)酵抑菌性成分

2.4.1 乳酸排除

用乳酸調(diào)節(jié)與不同乳酸菌及其混合發(fā)酵上清液相同pH的MRS液體培養(yǎng)基作為乳酸排除組，并以原發(fā)酵上清液作為對(duì)照，排除乳酸對(duì)3種革蘭氏陽(yáng)性菌和3種革蘭氏陰性菌抑菌性的干擾，結(jié)果如圖3所示。

圖3 乳酸對(duì)乳酸菌抑制革蘭氏陽(yáng)性菌和革蘭氏陰性菌的影響

不同乳酸菌及其混合發(fā)酵上清液的乳酸排除組，對(duì)3種革蘭氏陽(yáng)性菌和3種革蘭氏陰性菌抑菌水平均明顯低于原發(fā)酵上清液的抑菌水平。此結(jié)果說(shuō)明，不同乳酸菌及其混合發(fā)酵上清液中，除乳酸外還存在其他的代謝產(chǎn)物，對(duì)3種革蘭氏陽(yáng)性菌和3種革蘭氏陰性菌具有抑制作用。

2.4.2 過(guò)氧化氫排除

以過(guò)氧化氫酶處理不同乳酸菌及其混合發(fā)酵上清液作為過(guò)氧化氫排除組，并以原發(fā)酵上清液作為對(duì)照，排除過(guò)氧化氫對(duì)3株革蘭氏陽(yáng)性菌和3株革蘭氏陰性菌抑菌性的干擾，結(jié)果如圖4所示。

不同乳酸菌及其混合發(fā)酵上清液，經(jīng)過(guò)氧化氫酶處理后，對(duì)3種革蘭氏陽(yáng)性菌和3種革蘭氏陰性菌抑菌效果略低于原發(fā)酵上清液，可見過(guò)氧化氫并不是主要抑菌物質(zhì)。在排除過(guò)氧化氫干擾后，乳酸菌混合發(fā)酵組對(duì)3種革蘭氏陽(yáng)性菌和3種革蘭氏陰性菌抑菌效果均略微降低，并無(wú)顯著性影響?？赡芟啾扔趩尉臧l(fā)酵，混合菌株發(fā)酵過(guò)程中不產(chǎn)過(guò)氧化氫或產(chǎn)過(guò)氧化氫含量較少不能產(chǎn)生抑菌效果。

2.4.3 pH調(diào)節(jié)對(duì)抑菌活性影響

以原發(fā)酵上清液作為對(duì)照，調(diào)節(jié)不同乳酸菌及其混合發(fā)酵上清液pH為6.0，研究pH對(duì)發(fā)酵上清液抑制3株革蘭氏陽(yáng)性菌和3株革蘭氏陰性菌效果的影響，結(jié)果如圖5所示。

當(dāng)調(diào)節(jié)不同乳酸菌及其混合發(fā)酵上清液pH值至6時(shí)，其對(duì)3種革蘭氏陽(yáng)性菌和3種革蘭氏陰性菌抑菌水平均明顯低于原發(fā)酵上清液的抑菌水平，可見在較高pH值水平下，不利于乳酸菌代謝產(chǎn)物發(fā)揮抑菌作用。

2.4.4 熱處理對(duì)抑制活性影響

不同乳酸菌及其混合發(fā)酵上清液經(jīng)121℃水浴處理20 min，并以原發(fā)酵上清液作為對(duì)照，研究熱處理對(duì)發(fā)酵上清液抑制3株革蘭氏陽(yáng)性菌和3株革蘭氏陰性菌效果的影響，結(jié)果如圖6所示。

不同乳酸菌及其混合發(fā)酵上清液經(jīng)121℃,20 min熱處理后，其對(duì)3種革蘭氏陽(yáng)性菌和3種革蘭氏陰性菌抑菌水平低于原上清液抑菌水平。且不同于上述部分乳酸菌單獨(dú)發(fā)酵，混合發(fā)酵上清液經(jīng)熱處理后，抑菌水平下降顯著，可能在混合發(fā)酵過(guò)程中，產(chǎn)生對(duì)熱敏感的抑菌物質(zhì)多于乳酸菌單獨(dú)發(fā)酵。

2.4.5 酶處理對(duì)抑制活性影響

用蛋白酶K處理不同乳酸菌及其混合發(fā)酵上清液，并以原發(fā)酵上清液作為對(duì)照，研究酶處理對(duì)發(fā)酵上清液抑制3株革蘭氏陽(yáng)性菌和3株革蘭氏陰性菌效果的影響，結(jié)果如圖7所示。

乳酸菌混合發(fā)酵上清液經(jīng)蛋白酶K處理后，其對(duì)3種革蘭氏陽(yáng)性菌和3種革蘭氏陰性菌的抑菌水平低于原發(fā)酵上清液抑菌水平，相比于大部分單菌株發(fā)酵組，變化顯著，可能在混合發(fā)酵過(guò)程中，菌株協(xié)同代謝產(chǎn)生對(duì)蛋白質(zhì)酶敏感的抑菌物質(zhì)。

3 結(jié) 論

本文研究了6株乳酸菌及其混合發(fā)酵對(duì)3種革蘭氏陽(yáng)性菌和3種革蘭氏陰性菌抑制作用。乳酸菌混合發(fā)酵上清液對(duì)3種革蘭氏陽(yáng)性菌，3種革蘭氏陰性菌均有抑制作用，乳酸菌混合發(fā)酵抑菌譜較寬，比6株不同乳酸菌發(fā)酵抑菌范圍明顯增大。主成分分析表明，乳酸菌混合發(fā)酵抑菌效果綜合評(píng)分均高于單菌株發(fā)酵。

圖4 過(guò)氧化氫對(duì)乳酸菌抑制革蘭氏陽(yáng)性菌和革蘭氏陰性菌的影響

圖5 pH值對(duì)乳酸菌抑制革蘭氏陽(yáng)性菌和革蘭氏陰性菌的影響

圖6 熱處理對(duì)乳酸菌抑制革蘭氏陽(yáng)性菌和革蘭氏陰性菌的影響

進(jìn)一步對(duì)乳酸菌抑菌有效成分分析，除乳酸外，不同乳酸菌及其混合發(fā)酵的發(fā)酵產(chǎn)物中存在其他抑菌物質(zhì)。經(jīng)過(guò)氧化氫酶處理后，不同于部分單一乳酸菌發(fā)酵組，乳酸菌混合發(fā)酵上清液的抑菌活性無(wú)顯著性變化，推測(cè)混合乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生的抑菌物質(zhì)中無(wú)過(guò)氧化氫，或者其所含的過(guò)氧化氫濃度不足以產(chǎn)生抑菌效果。經(jīng)調(diào)節(jié)不同乳酸菌及其混合乳酸菌發(fā)酵上清液pH至6時(shí)，抑菌效果作用顯著降低，說(shuō)明主要的抑菌物質(zhì)需要在較低pH值協(xié)同作用下，才能發(fā)揮良好的抑菌效果。經(jīng)121℃，20 min熱處理和蛋白酶K處理后，乳酸菌混合發(fā)酵上清液抑菌效果均低于原發(fā)酵上清液，變化顯著，這不同于部分乳酸菌，可能在混合發(fā)酵過(guò)程中，菌株協(xié)同代謝產(chǎn)生對(duì)熱和蛋白質(zhì)酶敏感的抑菌物質(zhì)，增強(qiáng)了混合發(fā)酵菌株抑菌的廣譜性及抑菌效果。

圖7 酶處理對(duì)乳酸菌抑制革蘭氏陽(yáng)性菌和革蘭氏陰性菌的影響

本研究結(jié)果表明，6株乳酸菌進(jìn)行混合發(fā)酵，對(duì)綜合抑菌效果的發(fā)揮具有十分重要的貢獻(xiàn)，為混合多菌株乳酸菌功能發(fā)酵產(chǎn)品的開發(fā)提供幫助。

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Study on bacteriostatic activity of mixed cultivation of Lactic acid bacteria

JIANG Xinrong,QU Hengxian,CHEN Dawei,CHEN Xia,HUANG Yujun,YIN Boxing,YANG Zhenquan,GU Ruixia
(The Key Laboratory of Dairy Biotechnology and Safety Control,Yangzhou University,Yangzhou 225127,China)

Q939.11+7

A

1001-2230（2017）09-0011-06

2017-01-13

國(guó)家自然科學(xué)基金（31571855）；“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2013BAD18B12）；江蘇省高校自然科學(xué)研究重大項(xiàng)目（12KJA550003）；江蘇省科技支撐計(jì)劃課題項(xiàng)目（BY2014 117-04）。

蔣欣容（1991-），女，碩士研究生，研究方向?yàn)槿槠房茖W(xué)研究。

顧瑞霞