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宁夏大学食品科学与工程学院方海田教授等/宁夏自然发酵泡菜中乳酸菌的分离鉴定及其在枸杞汁发酵中的应用

宁夏大学食品科学与工程学院方海田教授等/宁夏自然发酵泡菜中乳酸菌的分离鉴定及其在枸杞汁发酵中的应用 食品工业科技编辑部
2024-03-26
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导读:宁夏大学食品科学与工程学院方海田教授以家制发酵泡菜为材料,从中筛选产酸量较高的乳酸菌,最后将其应用到发酵枸杞汁中。


宁夏自然发酵泡菜中乳酸菌的分离鉴定及其

在枸杞汁发酵中的应用

宁夏大学食品科学与工程学院方海田教授、李旭阳研究生等以宁夏银川市采集的家庭自制的3份发酵泡菜制品为材料,从中筛选产酸量较高的乳酸菌,通过形态观察、生理生化试验及分子生物学方法对其进行鉴定,并对其耐酸、耐胆盐及发酵性能进行测定,筛选性能优良的乳酸菌,最后将其应用到发酵枸杞汁中。


研究背景

图片来源于图司机

宁夏枸杞子<<<<

宁夏枸杞子(Lycium barbarum L.)可作为日常食用和药用,枸杞果实中含有丰富的营养物质。多糖是枸杞果实中含量最丰富的活性成分,具有不同的药理活性和保健作用。由于枸杞自身并没有突出的香味,并且药味浓重,使用商业乳酸菌发酵剂发酵的枸杞汁风味和口感不佳,影响了乳酸菌发酵枸杞汁饮品的生产和市场开发。因此,开发新的发酵剂来改善枸杞汁的药味浓重和口感不佳具有重要意义。

乳酸菌<<<<

乳酸菌是一类对宿主有益的活性微生物,但是具有益生功能的乳酸菌多从酸奶中筛选得到,可应用于植物基原料发酵的乳酸菌相对较少。传统发酵蔬菜是潜在的优质乳酸菌的自然资源库,为制备不同种类的乳酸菌发酵剂提供了选择。

目的意义<<<<

本研究从宁夏银川市采集的泡菜中分离筛选乳酸菌,通过形态观察、生理生化实验及分子生物学方法对其进行鉴定,并对其耐酸、耐胆盐及发酵性能进行测定,筛选性能优良的乳酸菌,最后将其应用到发酵枸杞汁中。对发酵前后的枸杞汁中多糖及多酚含量进行对比分析,以期改善发酵枸杞汁的品质和风味,为发酵枸杞汁的工业化生产和发酵剂的制备提供参考依据。



内容与结论



乳酸菌的鉴定结果

在MRS培养基上共挑选出五种最具特点的单菌落进行纯化。根据其都为边缘整齐、表面及边缘光滑,乳白色凸起的圆形菌落,且通过革兰氏染色初步判定这五种单菌落均为革兰氏阳性菌,将其归为乳酸菌类,且在显微镜下均为杆状。


分子生物学鉴定

通过16S rDNA第一代基因测序在NCBI基因库进行比对其同源率均在99%以上,经鉴定菌株NXU-19010为植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum),菌株NXU-19023为鼠李糖乳杆菌(Lactobacillusrhamnosus) ,菌株 NXU_19006为 戊 糖 乳 杆 菌(Lactobacillus pentosus),菌株NXU_19022为瑞士乳杆菌(Lactobacillus helveticus),菌株NXU-19004为副干酪乳杆菌(Lactobacillus paracasei)。


乳酸菌的生长曲线

五种菌在12h后基本进入稳定期,在2~8h间处于对数生长期。NXU_19006的生长能力较缓慢,NXU_19022的生长能力最好,最快进入平稳期。在达到平稳期时在波长为 600nm时测定的OD值均在2左右。

耐酸耐胆盐能力

耐酸耐胆盐作为乳酸菌重要的特征之一,耐酸耐胆盐能力越好,定植于人体肠道的能力就越强。才会在肠道里生存并发挥其作用。

五种乳酸菌对酸都有一定的耐受能力,均在pH为2的酸性培养基培养4h时的存活率均在90%左右。其中NXU_19022菌株的存活率最高,NXU_19004此菌株的存活率较低。

在牛胆盐质量分数为0.3%的液体培养基中,所有菌株的存活率较高,均在90%以上 ,其中NXU_19022的存活率最高,NXU_19023的存活率最低;在牛胆盐质量分数为0.6%的液体培养基中,所有菌株的存活率明显降低,存活率均在20%左右,其中NXU_19010的存活率最高,NXU_19006的存活率最低;在牛胆盐质量分数为0.9%的液体培养基中,所有菌株的存活率也有明显降低 , 其中NXU_19006的存活率最高 ,NXU_19004的存活率最低。

多酚及多糖的含量测定

感官评分

不同菌株发酵枸杞汁,其多糖含量不同,发酵后的枸杞汁(除NXU_19010)中多糖含量与未发酵比较显著增加(P<0.05),其中 NXU_19022与其它发酵组呈显著差异,多糖含量显著提高(P<0.05)。

发酵枸杞汁中多酚含量与未发酵枸杞汁中多酚含量基本呈显著下降趋势(P<0.05),其中 NXU_19010发酵枸杞汁中的多酚含量与未发酵及其它菌株发酵枸杞汁中多酚含量均呈不显著差异(P>0.05)。NXU_19004发酵后多酚含量下降最多,为未发酵枸杞汁的84%,NXU_19010发酵后枸杞汁中多酚含量下降较少,为原来的92%。

感官评分与未发酵枸杞汁相比显著改善(P<0.05)。NXU_19022发酵枸杞汁感官评分中口感显著改善(P<0.05)。

DPPH自由基清除率

ABTS自由基清除率

不同组对DPPH自由基的清除能力有显著差异(P<0.05),与未发酵组相比NXU_19022发酵枸杞汁的DPPH自由基清除能力显著提高(P<0.05)。

不同组对ABTS自由基的清除能力基本无明显提高或降低 ,仅NXU_19022发酵枸杞组对 ABTS自由基清除能力有显著提高(P<0.05),其它发酵组与未发酵组变化不大。



根据已确定的发酵条件使用优势菌株瑞士乳杆菌NXU_19022进行发酵,乳酸菌发酵过程中将原料的碳水化合物转化成乳酸,乳酸产量随着发酵时间延长逐渐增加,故以乳酸产量作为发酵过程中的检测指标且认为乳酸产量突增时发酵开始进入对数期。选择未发酵的枸杞汁与乳酸产量突增时的发酵枸杞汁进行发挥发性成分分析。

挥发性成分对比

枸杞汁发酵前后共检测出24种挥发性成分,其中醇类2种;脂类1种 ;酸类6种 ;酚类1种 ;酮类2种 ;烯烃类3种;烷烃类1种;其它类8种。与未发酵的枸杞汁相比,醇类物质在发酵枸杞汁中含量均增加。酚类物质含量下降,在酸类物质中只有2-乙基己酸的含量增加,其余均下降,酮类物质中4-甲基伞形酮的含量增加,烯烃类物质含量均下降,棕榈酸甲酯含量增加。随着发酵时间延长,呈香物质含量可能会随之增加,进而改善枸杞原来药味重的缺点。


根据具有明显差异代谢物(P<0.05,VIP≥1)绘制热图。未发酵枸杞汁与发酵枸杞汁中的代谢产物有显著差异。共有20种代谢产物VIP≥1。其中发酵后物质含量上调的有4种物质,其余均为下调。



特征风味主成分分析

前两个主成分上方差累计贡献率64.4%,其中第一主成分(PC1)是46.40%,第二主成分(PC2)是18.00%。也可以明显看出(R_1、R_2、R_3、R_4、R_5、R_6)未发酵组(UFGJ1)聚在一起;(R6h_1、R6h_2、 R6h_3、R6h_4、R6h_5、R6h_6)发酵组(FGJR_6h)聚在一起。也可以清晰观察到发酵前后枸杞汁各自聚类,区分度较明显,组内差异较小。



展 望

本实验共得到五种不同的乳酸菌。其中NXU_19022的生长性能及体外抗性实验耐酸耐胆盐性能最好,发酵枸杞汁能显著提高枸杞汁的多糖含量,感官评分也优于其它组,在抗氧化性实验中显著提高了DPPH和ABTS自由基清除率(P<0.05),但发酵后会降低枸杞汁中多酚的含量。发酵前后枸杞汁的组分含量变化显著,共检测出24类物质。发酵前后枸杞汁各自聚类,区分度较明显,组内差异较小,说明发酵6h后组分含量发生显著变化。

乳酸菌NXU_19022可通过发酵有效改善发酵枸杞汁的品质,改善枸杞汁的组分含量,为提升发酵枸杞汁质量提供了依据和思路。



作者简介

方海田

宁夏大学教授博士生导师

食品科学与工程学院副院长

主要从事特色农产品生物加工与微生物发酵方面的工作。现为宁夏回族自治区青年拔尖人才培养工程(国家级学术技术带头人后备人员),贺兰山学者-特聘学者,宝钢教育优秀教师奖,公派留学新西兰林肯大学访问学者,兼任宁夏食品科学技术学会副理事长、宁夏食品工业协会首席专家等多项社会职务。近5年主持国家自然科学基金项目3项,省部级科研项目12项;发表论文60余篇,编写教材5部,编写英文专著1部;获授权国家发明专利11件、软件著作权11件,登记科技成果4件。技术与产业化成果荣获宁夏科技进步二等奖(排名1)、宁夏科技进步三等奖(排名1),形成了显著的经济社会效益。

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