蔡苗苗,贠建民,何大星,李芳霞,王永朝
(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,甘肅蘭州 730070)
漿水是我國(guó)西北地區(qū)傳統(tǒng)蔬菜發(fā)酵的酸性調(diào)味食品,其氣味清香,口味酸醇,含有豐富的益生菌群,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高,夏天可清熱解暑,具有開(kāi)胃止渴、調(diào)理臟腑和降血壓等功效[1]。研究表明,漿水菜發(fā)酵過(guò)程中以乳酸發(fā)酵為主,其優(yōu)勢(shì)菌為乳酸菌(Lactobacillus)[2]。由于乳酸菌不只具有調(diào)節(jié)人體微生態(tài)平衡、降低膽固醇和增強(qiáng)免疫力等重要功能,還可增加食品養(yǎng)分、改善食物風(fēng)味、調(diào)整腸道菌群、清除機(jī)體體內(nèi)有毒物質(zhì)等諸多保健作用[3-4],其被廣泛應(yīng)用于食品發(fā)酵[5],因而乳酸菌菌株的發(fā)酵性能將直接影響漿水的風(fēng)味與品質(zhì)[2,5]。
近年來(lái),我國(guó)對(duì)漿水的研究主要集中在微生物的分離鑒定[6-8]、發(fā)酵過(guò)程中亞硝酸鹽的控制[9-10]、發(fā)酵工藝[11]以及營(yíng)養(yǎng)成分的研究[11-12]等方面,而在篩選適合于漿水發(fā)酵的優(yōu)良增香乳酸菌株方面的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。為此,本試驗(yàn)擬以甘肅天水傳統(tǒng)釀制漿水為原料,采用經(jīng)典的微生物分離方法,篩選高產(chǎn)漿水特征風(fēng)味物質(zhì)——雙戊烯的乳酸菌,以期為漿水產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)工業(yè)化提供菌株來(lái)源,為漿水傳統(tǒng)釀制過(guò)程中定向調(diào)控風(fēng)味物質(zhì)提供理論依據(jù)。
漿水 甘肅天水孟菇食品生物有限公司;雙戊烯標(biāo)準(zhǔn)品 美國(guó)Sigma公司;葡萄糖、乳糖、蔗糖、果糖 生化試劑,天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所;吐溫-80、NaCl、NaOH、K2HPO4·3H2O、KH2PO4、KNO3、(NH4)H2SO4、MnSO4·4H2O、MgSO4·7H2O 分析純,天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所;酵母膏、蛋白胨、牛肉膏、瓊脂粉 生化試劑,北京奧博星生物技術(shù)有限公司;CaCO3分析純,天津市大茂化學(xué)試劑廠;石油醚 分析純,天津市福晨化學(xué)試劑廠。
LDZX-50KBS型立式壓力蒸汽滅菌器 上海申安醫(yī)療器械廠;HZQ-X100A恒溫培養(yǎng)箱 上海一恒科技有限公司;PHS-25型數(shù)顯pH計(jì) 上海精密科技儀器廠;SZ51型光學(xué)顯微鏡 日本Olympus公司;JRA-6數(shù)顯恒溫水浴鍋 金壇市杰瑞爾電器有限公司;GC-MS聯(lián)用儀 美國(guó)Agilent scientific公司;U-3010紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) Hitachi公司;YXJ-2離心機(jī) 湘儀離心機(jī)儀器有限公司;FA1204B 型電子天平 上海佑科儀器儀表有限公司;BCD-208BSC冰箱 青島海爾股份有限公司。
1.2.1 培養(yǎng)基的配制 MRS液體培養(yǎng)基:葡萄糖20 g,酵母膏5 g,蛋白胨10 g,牛肉膏10 g,乙酸鈉5 g,檸檬酸二胺2 g,吐溫-80 0.1 mL,MnSO40.28 g,MgSO40.58 g,蒸餾水1000 mL,pH6.2~6.5,121 ℃滅菌20 min[8]。
發(fā)酵培養(yǎng)基:葡萄糖20 g,馬鈴薯50 g,番茄汁70 g,胰蛋白胨15 g,KH2PO410 g,蒸餾水 1000 mL。
1.2.2 漿水的采集 用火焰灼燒后的潔凈取樣勺,采集漿水樣品500 mL,將漿水上清液分別裝入10支50 mL無(wú)菌離心管中,低溫下運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室,置于4 ℃低溫冰箱中,保存?zhèn)溆谩?/p>
1.2.3 富集培養(yǎng) 準(zhǔn)確吸取1 mL樣品,緩慢注入配制好的MRS液體培養(yǎng)基中,于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h。
1.2.4 乳酸菌的分離純化 將上述富集好的菌液分別稀釋為10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6、10-7的溶液,再吸取其中稀釋度為10-3、10-4、10-5、10-6、10-7的菌懸液各100 μL,涂布于加入了2% CaCO3的MRS瓊脂培養(yǎng)基上,于37 ℃下恒溫培養(yǎng)24 h。篩選有透明圈及乳白色、表面光滑的圓形菌落制片,經(jīng)革蘭氏染色和鏡檢為G+菌的菌株在MRS培養(yǎng)基上反復(fù)劃線純化,鏡檢,直至得到純菌落[2]。將純化后的菌株接種于MRS斜面培養(yǎng)基中,繼續(xù)于37 ℃恒溫培養(yǎng)24 h后,保存于4 ℃低溫冰箱中。
1.2.5 產(chǎn)雙戊烯乳酸菌的初篩
1.2.5.1 雙戊烯標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定 精確吸取25 μL的雙戊烯標(biāo)準(zhǔn)樣品,以石油醚為溶劑,定容至25 mL容量瓶中,得1 μL/mL雙戊烯標(biāo)準(zhǔn)溶液。取雙戊烯標(biāo)準(zhǔn)溶液于1 cm石英比色皿中,同時(shí)以石油醚作為參比,用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在200~300 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)掃描,繪制出吸光度與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線后,以圖像中最大吸光度對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng),作為雙戊烯標(biāo)準(zhǔn)溶液的最大吸收波長(zhǎng)[13]。分別準(zhǔn)確移取1 μL/mL的雙戊烯標(biāo)準(zhǔn)溶液0.5、1、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 mL于10 mL的容量瓶中,用石油醚定容至刻度線,并以石油醚為參比,分別在最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定其吸光度,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。
1.2.5.2 產(chǎn)雙戊烯乳酸菌的初篩 在250 mL的三角瓶中倒入50 mL液體發(fā)酵培養(yǎng)基,滅菌后接種上述分離純化的菌株,于37 ℃條件下恒溫培養(yǎng)24 h后活化2代,再按5%(v/v)接種量注入初始發(fā)酵培養(yǎng)基中,30 ℃避光培養(yǎng)72 h。發(fā)酵結(jié)束后,取5 mL發(fā)酵液于三角瓶中并加入30 mL石油醚,避光振蕩萃取3 h,設(shè)置離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為6000 r/min,離心10 min后[14],取上清液進(jìn)行紫外檢測(cè)。將未接入菌種的與發(fā)酵培養(yǎng)基同批次滅菌的初始培養(yǎng)基以相同方法培養(yǎng)、萃取和定容,以所得的萃取液為參比液,用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在200~300 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)掃描樣品,觀察215 nm波長(zhǎng)處是否有特征吸收峰,實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次[13,15]。根據(jù)吸光度值比較發(fā)酵液中雙戊烯的含量,篩選出產(chǎn)雙戊烯水平較高的5株菌進(jìn)行復(fù)篩。
1.2.6 產(chǎn)雙戊烯菌株的復(fù)篩 配制濃度分別為10、20、30、40、50 mg/L的雙戊烯標(biāo)準(zhǔn)溶液。用微量進(jìn)樣器分別準(zhǔn)確吸取上述各個(gè)濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液5 μL,于氣相色譜儀的進(jìn)樣口進(jìn)樣。取經(jīng)離心過(guò)后發(fā)酵液的上清液稀釋至適當(dāng)倍數(shù),以環(huán)己酮為內(nèi)標(biāo)物,石油醚為萃取劑,進(jìn)行萃取后通過(guò)GC-MS分析定量。
在獲取作物光譜后,經(jīng)過(guò)光譜異常篩選、光譜變換和光譜定量化計(jì)算處理。對(duì)不同作物冠層反射率數(shù)據(jù)進(jìn)行高光譜特征參數(shù)提取、植被指數(shù)計(jì)算等預(yù)處理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析不同作物參數(shù)對(duì)比,尋找不同作物識(shí)別的敏感參數(shù)。
色譜條件:色譜柱(TG-WAX,60 m×0.25 mm×0.25 μm);載氣:氦氣,流量1.0 mL/min;升溫程序:初始溫度40 ℃,保持5 min,以4 ℃/min升至100 ℃,保持5 min,再以5 ℃/min升至180 ℃,保留10 min。
質(zhì)譜條件:接口溫度280 ℃,離子源溫度230 ℃,離子化方式EI+,電子能量70 eV,掃描質(zhì)量范圍50~450 amu。經(jīng)計(jì)算機(jī)在Nist及Wiley標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)的檢索對(duì)比,通過(guò)計(jì)算機(jī)相應(yīng)的保留指數(shù)對(duì)比,匹配度大于700(最大值為1000)進(jìn)行確認(rèn)[16]。
1.2.7 乳酸菌的初步鑒定
1.2.7.1 菌株產(chǎn)乳酸的鑒定 將分純菌株接種于MRS液體培養(yǎng)基中,在37 ℃下恒溫培養(yǎng)24 h,發(fā)酵后,取10 mL發(fā)酵液,加入潔凈試管中,先滴加1 mL 10%硫酸,再加入1 mL 2%高錳酸鉀。取濾紙一條在含氨的硝酸銀溶液中浸濕后搭在試管口上,逐漸加熱試管至沸騰,使其中的乙醛散發(fā),仔細(xì)觀察,若試管口的濾紙變黑,則證明該菌株發(fā)酵可產(chǎn)生乳酸[17]。
1.2.7.2 形態(tài)學(xué)鑒定 將以上分純的菌株接種在MRS瓊脂培養(yǎng)基上,于37 ℃恒溫培養(yǎng)24 h,觀察菌落的顏色和外形特征,并篩選單菌落制片,進(jìn)行革蘭氏染色,在顯微鏡下觀察乳酸菌形態(tài)[18]。
1.2.7.3 生理生化鑒定培養(yǎng)基 硝酸鹽培養(yǎng)基:葡萄糖20 g,酵母膏0.2 g,KNO37.8 g,MgSO4·7H2O 0.5 g,KH2PO41 g,蒸餾水1000 mL,121 ℃滅菌20 min。
硫化氫實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)基:牛肉膏10 g,蛋白胨10 g,半胱氨酸0.5 g,氯化鈉5 g,蒸餾水1000 mL,pH7.0~7.4,121 ℃條件下滅菌20 min。
石蕊牛乳實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)基:2.5%石蕊水溶液4 mL,脫脂牛奶100 mL,121 ℃下滅菌20 min。
檸檬酸鹽實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)基:檸檬酸鈉2.0 g,K2HPO4·3H2O 1.0 g,MgSO4·7H2O 0.2 g,NaCl 5.0 g,(NH4)H2SO41.0 g,溴百里酚藍(lán)1%水溶液10 mL,瓊脂12.0 g,蒸餾水990 mL,pH7.0,121 ℃滅菌20 min。
糖發(fā)酵基礎(chǔ)培養(yǎng)基:蛋白胨20 g,糖(分別以葡萄糖、乳糖、果糖、蔗糖作為碳源)10 g,1.6%溴甲酚紫乙醇溶液1 mL,NaCl 5 g,蒸餾水1000 mL,121 ℃滅菌20 min[19]。
1.2.7.4 生理生化鑒定試驗(yàn) 參照《乳酸細(xì)菌分類(lèi)鑒定及實(shí)驗(yàn)方法》[20]、《伯杰細(xì)菌鑒定手冊(cè)》[21],對(duì)高產(chǎn)酸乳酸菌進(jìn)行硝酸鹽試驗(yàn)、過(guò)氧化氫酶試驗(yàn)、石蕊牛乳試驗(yàn)、產(chǎn)硫化氫試驗(yàn)、檸檬酸鹽試驗(yàn)、pH=9.6和pH=4.6生長(zhǎng)試驗(yàn)、糖發(fā)酵等試驗(yàn)進(jìn)行鑒定,具體方法如下:
a.硝酸鹽還原試驗(yàn):將分純菌株接種于上述硝酸鹽液體培養(yǎng)基中,分別于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)1、3、5 d,各做三個(gè)重復(fù),兩管不接菌作空白對(duì)照。詳細(xì)實(shí)驗(yàn)步驟為:取兩支滅菌的空試管,并倒入少量各培養(yǎng)了1、3、5 d的培養(yǎng)液,各加1滴A液(對(duì)氨基苯磺酸0.8 g+100 mL 5 mol/L醋酸)與B液(α-奈胺0.5 g+100 mL 5 mol/L醋酸),對(duì)照組也加入A液與B液各1滴。之后,溶液若變成玫紅色、粉紅色、橙色或棕色等表示亞硝酸鹽存在,則是硝酸鹽還原陽(yáng)性反應(yīng);若無(wú)紅色出現(xiàn),再加1~2滴二苯胺試劑,此時(shí)若呈現(xiàn)藍(lán)色,則表示培養(yǎng)液中也有硝酸鹽,但無(wú)亞硝酸鹽,表示無(wú)硝酸鹽還原反應(yīng),若未呈現(xiàn)藍(lán)色,表示硝酸鹽和形成的亞硝酸鹽都已被還原成其他物質(zhì),故還是硝酸鹽還原陽(yáng)性反應(yīng)。
b.過(guò)氧化氫酶試驗(yàn):取分純菌株的菌落于清潔載玻片上,滴加3% H2O2溶液并觀察結(jié)果,若30 s內(nèi)產(chǎn)生氣泡者則為陽(yáng)性,反之則為陰性。
c.石蕊牛乳試驗(yàn):在石蕊牛乳培養(yǎng)基中接種分純菌株,于37 ℃條件下恒溫培養(yǎng)7 d,同時(shí)作空白對(duì)照,兩個(gè)重復(fù)。7 d后,取出培養(yǎng)物并觀測(cè)接種菌株的生長(zhǎng)變化現(xiàn)象。
d.硫化氫試驗(yàn):將分純的菌株接種于上述培養(yǎng)基中,用滅菌鑷子取乙酸鉛紙條一條垂掛在試管內(nèi),紙條下端靠近培養(yǎng)基表面,但不能接觸培養(yǎng)基液面,試管上端用塞子塞緊,同時(shí)以不接菌的試管做空白對(duì)照,并做兩組重復(fù)。35 ℃恒溫培養(yǎng)24~48 h后觀察試管內(nèi)紙條是否變黑,變黑者記為陽(yáng)性,不變者記為陰性。
e.檸檬酸鹽試驗(yàn):在斜面上用劃線接種法接種分純的菌株,于37 ℃下培養(yǎng)3 d到7 d并觀察,若培養(yǎng)基中指示劑顯色為藍(lán)色或桃紅色則為陽(yáng)性,否則為陰性。
f.pH9.6和pH4.6生長(zhǎng)試驗(yàn):將菌種分別接于pH為9.6和pH為4.6的MRS液體培養(yǎng)基中,做兩組重復(fù),于37 ℃培養(yǎng)2 d,仔細(xì)觀察菌株的生長(zhǎng)現(xiàn)象。
g.糖發(fā)酵試驗(yàn):將分純的菌株接種于糖發(fā)酵液體培養(yǎng)基中的杜氏套管內(nèi),并設(shè)空白對(duì)照,28 ℃恒溫培養(yǎng),次日開(kāi)始觀察,一直到第7 d。判定實(shí)驗(yàn)結(jié)果,若小管內(nèi)有氣體產(chǎn)生記為陽(yáng)性,不產(chǎn)氣者記為陰性。做兩組重復(fù)。
采用Excel 2010軟件整理分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),以及進(jìn)行圖表繪制。
從漿水樣品中共分離出100株乳酸菌,編號(hào)為R-1~R-100,純化后的菌株均保藏于斜面上。
2.2.1 最大吸收波長(zhǎng)的測(cè)定 由圖1可知,用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì),在200~300 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)掃描雙戊烯標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí),出現(xiàn)了最大吸收峰,此時(shí)雙戊烯標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度最大,其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為215 nm,因此,雙戊烯標(biāo)準(zhǔn)溶液的最大吸收波長(zhǎng)為215 nm。
圖1 雙戊烯標(biāo)準(zhǔn)溶液紫外吸收光譜Fig.1 UV absorption spectrum of dipentene standard solution
2.2.2 雙戊烯的標(biāo)準(zhǔn)曲線 按照1.2.5.1的方法操作,以吸光度(A)為縱坐標(biāo),雙戊烯標(biāo)準(zhǔn)液的濃度(μg/mL)為橫坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖2),得線性回歸方程:y=40x-0.2(R2=1),表明該實(shí)驗(yàn)方法合理,實(shí)驗(yàn)具有較高的可信度,可以采用該線性關(guān)系來(lái)計(jì)算發(fā)酵液中雙戊烯的濃度。
圖2 雙戊烯標(biāo)準(zhǔn)品的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.2 Standard curve of dipentene standard
2.2.3 初篩結(jié)果 結(jié)合分離純化及1.2.5.2紫外檢測(cè)發(fā)酵液產(chǎn)雙戊烯的結(jié)果(見(jiàn)表1),選取有透明圈、表面光滑的乳白色菌落、革蘭氏染色為G+的菌株共8株:R-14、R-17、R-3、R-32、R-8、R-12、R-23、R-40,以其中產(chǎn)雙戊烯最高的五株菌株R-14、R-17、R-3、R-32和R-8作為初篩菌株進(jìn)行后續(xù)復(fù)篩。
表1 產(chǎn)雙戊烯乳酸菌的分離篩選Table 1 Isolation of producing-dipentene lactic acid bacteria strains
2.3.1 線性關(guān)系考察 按照1.2.6的方法,以雙戊烯濃度為橫坐標(biāo),以雙戊烯與內(nèi)標(biāo)物的響應(yīng)值之比為縱坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖3),計(jì)算得回歸方程:y=0.0052x+1.372(R2=0.9992),結(jié)果表明,雙戊烯進(jìn)樣濃度在10~50 mg/L范圍內(nèi),進(jìn)樣濃度與雙戊烯和內(nèi)標(biāo)物的響應(yīng)值之比呈良好的線性關(guān)系。
圖3 GC-MS測(cè)定雙戊烯的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.3 Standard curve of dipentene standard by GC-MS
2.3.2 復(fù)篩結(jié)果 采用GC-MS方法,對(duì)上述R-14、R-17、R-3、R-32和R-8五株初篩菌株,在馬鈴薯番茄液體培養(yǎng)基中發(fā)酵產(chǎn)雙戊烯的測(cè)定結(jié)果中可以看出,只有R-32在發(fā)酵液中檢出產(chǎn)雙戊烯,出峰時(shí)間是15.35 min,峰面積比為0.38%(結(jié)果見(jiàn)圖4),雙戊烯含量為0.171 μg/mL,故確定乳酸菌R-32為漿水發(fā)酵產(chǎn)雙戊烯的優(yōu)良菌株。
圖4 菌株R-32產(chǎn)雙戊烯的總離子流譜圖Fig.4 Total ion chromatograms of GC-MS for producing-dipentene strain R-32
2.4.1 菌株產(chǎn)乳酸的鑒定結(jié)果 按1.2.7.1的方法,觀察試管口濾紙是否變黑,發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組試管口的濾紙變黑,對(duì)照組試管口的試紙未發(fā)生明顯變化(結(jié)果如圖5),表明菌株R-32的發(fā)酵液中有乳酸,當(dāng)發(fā)酵液中加入10%硫酸和2%高錳酸鉀時(shí)乳酸就會(huì)轉(zhuǎn)化為乙醛,再加熱試管至沸騰時(shí),乙醛散發(fā)會(huì)與濾紙條上含氨的硝酸銀進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)使濾紙條變黑。
圖5 菌株產(chǎn)乳酸的定性試驗(yàn)Fig.5 Result of qualitative test on lactic acid production
2.4.2 乳酸菌的形態(tài)學(xué)特征 按照1.2.7.2的方法,觀察純化后菌株R-32的菌落形態(tài),結(jié)果見(jiàn)圖6、表2;革蘭氏染色后在光學(xué)顯微鏡下觀察染色結(jié)果及菌體形態(tài),結(jié)果見(jiàn)圖7、表2。
圖6 菌落特征圖Fig.6 Colony characteristics
圖7 乳酸菌R-32Fig.7 Lactic acid bacteria R-32
表2 純菌的菌落及形態(tài)特征Table 2 Clone characterization of purified microorganisms
2.4.3 生理生化特性鑒定結(jié)果 按照1.2.7.4的方法對(duì)菌株R-32進(jìn)行生理生化鑒定試驗(yàn),結(jié)果如表3所示。
表3 菌株的生理生化實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of physiological and biochemical characteristics of R-32 strain
根據(jù)《乳酸細(xì)菌分類(lèi)鑒定及實(shí)驗(yàn)方法》[20]、《伯杰氏細(xì)菌鑒定手冊(cè)》[21],結(jié)合菌株產(chǎn)乳酸定性實(shí)驗(yàn)及形態(tài)學(xué)觀察結(jié)果,對(duì)比張軼等[4]、張敏等[22]、孔彥卓等[23]的研究結(jié)果,乳酸菌菌株R-32符合腸膜明串珠菌(L.mesenteroides)的生物學(xué)特性,故菌株R-32初步鑒定為腸膜明串珠菌(L.mesenteroides)。
本文采用經(jīng)典的微生物分離方法,從漿水中分離出1株產(chǎn)雙戊烯的乳酸菌菌株R-32,其在馬鈴薯番茄液體發(fā)酵培養(yǎng)基中產(chǎn)雙戊烯含量可達(dá)到0.171 μg/mL;根據(jù)《乳酸細(xì)菌分類(lèi)鑒定及實(shí)驗(yàn)方法》、《伯杰氏細(xì)菌鑒定手冊(cè)》,結(jié)合形態(tài)學(xué)觀察結(jié)果、測(cè)定生理生化指標(biāo)及產(chǎn)乳酸定性試驗(yàn)的鑒定,本試驗(yàn)中篩分得到的乳酸菌菌株R-32與腸膜明串珠菌屬(L.mesenteroides)的生物學(xué)特性十分相似,故鑒定可用于傳統(tǒng)漿水發(fā)酵的產(chǎn)香乳酸菌株R-32為腸膜明串珠菌(L.mesenteroides),本研究中僅分離篩選了漿水中產(chǎn)雙戊烯的乳酸菌,后續(xù)可對(duì)漿水釀制過(guò)程中其他特征風(fēng)味優(yōu)良產(chǎn)香菌株的選育做深入研究。