基因组学分析副干酪乳杆菌及其在饲料中的应用

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副干酪乳杆菌是乳酸菌和益生菌的一种,被广泛用于食品。其产生的副干酪乳杆菌素是一类具备抑菌杀菌作用的蛋白质或多肽,是一种生物防腐剂,区别于传统抗生素,副干酪乳杆菌素无毒、无残留,因此可应用于饲料行业替代抗生素。本研究以副干酪乳杆菌SLP 16为出发菌株,对其进行全基因组测序,其基因组大小为2.65M,GC含量为46.9%。通过比较基因组学分析表明,副干酪乳杆菌SLP16基因组中不但具有与酸耐受性和胆盐耐受性密切相关的F0F1-ATPase、A-ATPase、Na+/H+逆向转运蛋白、环丙烷脂酰磷脂合成酶以及多个双组分调控系统的编码基因,而且还具有与粘附能力相关的黏附素蛋白、纤连蛋白、聚集促进蛋白、S-层蛋白、转肽酶和延长因子结合蛋白的编码基因。此外副干酪乳杆菌SLP16基因组中还存在三种细菌素(lac A、lac B和lac C)的编码基因,根据细菌素分类学分析,lac A、lac B、lac C三种细菌素均属于Ⅱ类细菌素。通过计算机和生物信息学成功预测出三种细菌素的物理特性、疏水性结构、跨膜区域以及它们的一级、二级、三级蛋白质结构。通过数据库对比和比较基因组学分析,副干酪乳杆菌SLP16基因组中不具有与毒素相关的的毒力因子编码基因,对耐受的抗生素种类较少也不具有菌株耐药性相关的编码基因。副干酪乳杆菌SLP16与参考菌株L.rhamnosus GG进行体外益生性实验对比,两株菌株在酸耐受能力、肠上皮细胞粘附能力方面相差不大,副干酪乳杆菌SLP因缺少胆盐水解酶相关的编码基因,在胆盐耐受能力稍差于L.rhamnosus GG,但副干酪乳杆菌SLP16完全能满足益生菌胃肠道耐受的要求。副干酪乳杆菌SLP16具有较好的抗氧化性,虽羟基自由基清除能力稍低于参考菌株,但DPPH清除率和还原力分别为49.33%和A700nm:0.521,都优于后者。并且副干酪乳杆菌SLP16可以合成分泌大量的胞外多糖,合成量高达238.18μg/m L,是后者的1.52倍。副干酪乳杆菌SLP16产生的细菌素对革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌)和革兰氏阴性菌(大肠杆菌)有较强的抑菌能力,抑菌圈分别为27.7 mm和25.3mm,抑菌能力远大于参考菌株L.rhamnosus GG。将副干酪乳杆菌SLP16应用于饲料发酵,以效价为检测指标,麸皮为固体发酵基质,通过单因素实验和正交实验对其发酵条件进行了优化,结果为:接种量16%,固液比1:1.2,发酵温度37℃,发酵时间2.5 d。通过验证实验对比,优化后的发酵饲料,以金黄色葡萄球菌为指示菌,抑菌圈直径为25 mm,效价为6.58 lg(IU/g),比优化前提高20%;以大肠杆菌为指示菌,抑菌圈直径为22 mm,效价为5.7 lg(IU/g),比优化前提高18.18%。并且在长达60天的常温保存过程中,发酵饲料的抑菌能力一直保持在95%以上,抑菌稳定性优异。对发酵饲料的营养物质进行了测定,粗蛋白为7%,增长比为14.57%,粗脂肪为1.94%,降低23.3%,粗纤维和粗灰分分别为12.17%和3.96%,降低幅度不大。发酵饲料中的还原糖、总糖和氨基酸均有所降低,但发酵饲料中的抗氧化物质有所提高,DPPH清除率和还原力分别为87.04%和A700nm:0.657。通过固相微萃取-气相质谱对发酵饲料的挥发性香气物质进行测定,发酵饲料中正己醛等特殊臭味物质占比降低,乙酸成为主要香气物质,占比达到了31.7%。与未发酵饲料相比,发酵饲料颜色金黄,颗粒更加细腻,通过扫描电镜测定发酵饲料的空间结构,结果发现,发酵饲料的纤维结构变得松散,蓬松,周围遍布易消化的淀粉小球。
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