益生菌混合培养富集锌条件优化研究

来源 :安徽农业科学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liqihua2009
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  摘要 [目的]优化益生菌混合培养富集锌的条件。[方法]以青春双歧杆菌ys01、德氏乳杆菌保加利亚亚种1.148 0和嗜酸乳杆菌ysh2混合培养富锌。通过单因素试验和中心组合试验对富锌条件进行优化。[结果]最佳富锌培养条件为:低聚果糖10 g/L、Zn2+ 0.41 mg/ml、蛋白胨12.2 g/L、初始pH 6.0、接种比例3∶2∶1、接种量4.6%、培养时间72 h。在该条件下,青春双歧杆菌ys01、德氏乳杆菌保加利亚亚种1.148 0和嗜酸乳杆菌ysh2混合菌体锌的含量为550 μg/g。[结论]以试验所得富锌混合菌体制备的富锌酸奶发酵剂具有良好的发酵性能。
  关键词 富集锌;混合培养;益生菌
  中图分类号 S509.9;TS252.54 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2015)20-259-04
  Abstract [Objective] To optimize zincriching conditions by probiotics in the form of mixing culture.[Method] Bifidobacterium adolescentis ys01,Lactobacillus delbrueckii subsp bulgaricus 1.148 0,and Lactobacillus acidophilus ys2 in the form of mixed culture were used to enrich zinc (Zn).The zinc enrichment conditions were optimized by singlefactor and Central Composity design experiments.[Result] The optimal conditions were fructooligosaccharide 10 g/L,Zn2+ 0.41 mg/ml,peptone 12.2 g/L,initial pH 6.0,the inoculation proportion 3∶2∶1,inoculation amount 4.6% and culture time 72 h.In these conditions,the mass of zinc in the mixed cells of Bifidobacterium adolescentis ys01, Lactobacillus delbrueckii subsp bulgaricus 1.148 0,and Lactobacillus acidophilus ys2 was 550 μg/g.[Conclusion] The zinc enrichment yogurt starter,which were prepared by the mixed cells,had good fermentation performance.
  Key words Zinc enrichment; Mixed cultivation; Probiotics
  锌是人体必需的微量元素之一,参与核酸、蛋白质的合成,具有促进生长发育,提高免疫力和促进食欲等功能[1-2]。补锌产品分为无机锌和有机锌,无机锌吸收利用率低,且会刺激胃肠黏膜,引起恶心呕吐等症状 [3] ,而有机锌较其具有吸收利用率高、副作用小等优点。有机锌分为络合锌、螯合锌、蛋白质锌盐和多糖锌复合体等几种[1],以食用菌、酵母菌和鼠李糖乳杆菌单独培养富锌可提高菌体中的含锌量[3-5]。研究人员进行动物试验发现,该富锌菌体可以提高犬血液中锌含量及机体抗氧化能力,并能调节肠道菌群和改善肠道内环境[4]。而以乳酸菌混合培养富锌并制备富锌酸奶发酵剂却鲜见报道。笔者以青春双歧杆菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种和嗜酸乳杆菌混合培养富锌,利用富锌混合菌体制备富锌酸奶发酵剂,同时考察其发酵性能。
  1 材料与方法
  1.1 材料
  嗜热链球菌ys14(Streptococcus thermophilus ys14)、德氏乳杆菌保加利亚亚种1.1480(Lactobacillus delbrueckii subsp.bulgaricus 1.1480)、青春双歧杆菌ys01(Bifidobacterium adolescentis ys01)、嗜酸乳杆菌ysh2(Lactobacillus acidophilus ys2)、干酪乳杆菌ys05(Lactobacillus casei ys05)由合肥工业大学微生物实验室保藏提供;酸奶发酵剂Ⅰ(由嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌组成)和酸奶发酵剂Ⅱ(由保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌、双歧杆菌和干酪乳杆菌组成)购自北京川秀科技有限公司。雀巢全脂奶粉、光明脱脂奶粉和白砂糖购自家乐福超市;氢氧化钠、二硫腙、四氯化碳等均为分析纯;蛋白胨、大豆胨、牛肉浸粉、Tween80等为生化试剂。
  主要仪器:pHS3C型pH仪,上海精密科学仪器有限公司;702SM自动电位滴定仪,广东深圳瑞士Metrohm万通;NDJ7型黏度计,厦门中村光学仪器厂;MCO18AIC CO2培养箱,上海旦鼎国际贸易有限公司;FD1B50冷冻干燥机,北京博医康实验仪器有限公司;KXX512马弗炉,上海索域试验设备有限公司; AR1140分析天平,奥豪斯国际贸易有限公司;MWCO 3500透析袋。
  1.2 方法
  1.2.1 单因素试验。在37 ℃下,对青春双歧杆菌ys01、德氏乳杆菌保加利亚亚种1.148 0和嗜酸乳杆菌ysh2混合培养富锌条件进行单因素试验,观察Zn2+浓度(1、3、5 mg/ml)、接种比例(青春双歧杆菌ys01:德氏乳杆菌保加利亚亚种1.148 0∶嗜酸乳杆菌ysh2为1∶1∶1、2∶2∶1、3∶3∶1、3∶2∶1、2∶1∶1)、接种量(体积分数2%、4%、6%)、低聚糖及其浓度(分别以0、5、10、15、20 g/L的低聚果糖、低聚木糖、低聚異麦芽糖和大豆低聚糖代替液体改良MRS培养基中等量葡萄糖)、氮源及其浓度(在改良MRS液态培养基中分别添加0、1、3、5、7 g/L的蛋白胨、牛肉膏、酵母膏、柠檬酸氢二铵和硫酸铵)、初始pH(5.0、5.5、6.0、6.5、7.0)和培养时间(36、48、60、72、84 h)对菌体含锌量的影响。   1.2.2 中心组合试验。依据单因素试验结果,选择Zn2+、蛋白胨和接种量进行中心组合试验,并进行验证试验。试验设3个重复取其平均值。用Design Expert 7.0软件对中心组合试验结果处理,采用F检验对数据进行方差分析。
  1.2.3 菌体含锌量的测定。参考SánchezSegarra等报道方法对菌体进行处理[6],然后参考GB/T 5009.142003[7]以二硫腙比色法测定菌体含锌量。
  1.2.4 乳酸菌活菌数的测定。乳酸菌活菌数的测定参考Ye等报道的方法[8]进行培养计数。
  1.2.5 液态和固态富锌酸奶发酵剂的制备。将青春双歧杆菌ys01、德氏乳杆菌保加利亚亚种1.148 0和嗜酸乳杆菌ysh2混合富锌培养物置于50 ml无菌离心管中,在4 ℃,10 000 r/min条件下冷冻离心10 min,用一定体积的脱脂复原乳(108 ℃灭菌10 min)将混合菌体洗下并调整至适宜浓度(约3×108cfu/ ml)即得液态富锌酸奶发酵剂。将液态富锌酸奶发酵剂置于低温冰箱(-80 ℃)预冻2 h,取出置于真空冷冻干燥机中干燥,冷冻温度-50 ℃,真空度20 Pa,干燥时间约48 h,得固态富锌酸奶发酵剂。
  1.2.6 富锌酸奶发酵性能测定。将上述固态富锌发酵剂按2 g/L的接种量接于全脂乳培养基(市售酸奶发酵剂Ⅰ和Ⅱ为对照1和2)中,42 ℃发酵一定时间,于4 ℃冰箱中冷藏12 h,其发酵性能的测定参考刘冬等报道的方法[9],试验重复3次,其结果以“平均值±标准偏差”表示。
  2 结果与分析
  2.1 菌株和Zn2+浓度对菌体含锌量的影响
  由图1可见,在青春双歧杆菌ys01、嗜酸乳杆菌ysh2、德氏乳杆菌保加利亚亚种1.148 0、嗜热链球菌ys14和干酪乳杆菌ys05 5株菌中,前3株具有较好的富锌效果,选择它们进行混合培养富锌。此外,Zn2+浓度在0.1~0.3 mg/L范围内随Zn2+浓度增加,菌株ys01、1.148 0和ysh2菌体含锌量也增加,然而在0.3~0.5 mg/L范围内,菌株ys01和1.148 0菌体含锌量略有下降,而嗜酸乳杆菌ysh2菌体含锌量基本没有变化,因此,选择0.3 mg/L的Zn2+浓度进行以下试验。
  2.2 不同接种比例和接种量对菌体含锌量的影响
  选择青春双歧杆菌ys01、德氏乳杆菌保加利亚亚种1.148 0和嗜酸乳杆菌ysh2进行混合培养富锌,结果如图2所示。在2%~6%范围内,青春双歧杆菌ys01、德氏乳杆菌保加利亚亚种1.148 0和嗜酸乳杆菌ysh2的接种比例为3∶2∶1时菌体含锌量分别为228、232和229.5 μg/g,在相同接种量下均高于其他接种比(1∶1∶1、2∶2∶1、3∶3∶1和2∶2∶1)。在3∶2∶1接种比下,接种量在2%~4%范围内,菌体含锌量缓慢增加,而接种量在4%~6%范围内,菌体含锌量略有下降,即适宜的接种量为4%。
  2.3 低聚糖及其添加量对菌体含锌量的影响
  由图3可见,与对照相比,5~15 g/L的低聚糖能不同程度地提高菌体含锌量,可能是低聚糖促进青春双歧杆菌ys01、嗜酸乳杆菌ysh2和德氏乳杆菌保加利亚亚种1.148 0的生长[10]从而促进它们富锌。其中,以10 g/L的低聚果糖效果最好。
  2.4 氮源及其添加量对菌体含锌量的影响
  如图4所示,添加1~7 g/L的硫酸铵和柠檬酸氢二铵对菌体含锌量无显著影响,而蛋白胨、牛肉膏和酵母膏能不同程度地提高菌体中锌的含量,其中以蛋白胨的效果最好。在1~3 g/L范围内,随蛋白胨浓度的增加菌体中锌的含量也随之增加,而在3~7 g/L范围内,菌体中锌含量随蛋白胨浓度的增加而下降,即适宜的蛋白胨浓度为3 g/L。
  2.5 初始pH和培养时间对菌体含锌量的影响
  如图5所示,初始pH在5.0~6.0范围内,菌体含锌量随初始pH的增加呈增加趋势,之后菌体含锌量快速下降,即适宜的初始pH为6.0。培养时间对菌体含锌量影响的变化趋势与初始pH类似。当培养时间为72 h时,菌体含锌量最大值为342.3 μg/g。
  2.6 中心组合试验
  依据单因素试验结果,选择Zn2+、蛋白胨和接种量按表1进行中心组合试验,结果如表2所示,结果利用Designexpert 7.0对试验数据进行分析处理。
  试验得出,对菌体含锌量的影响程度从小到大依次为蛋白胨、接种量和Zn2+,回归方程为:Y=552.35+23.85A+8.31B+18.63C-0.5AB-49.75AC-8.75BC-75.04A2-49.94B2-59.84C2。
  由方差分析可知,接种量和Zn2+浓度交互项对菌体含锌量有显著影响(PAC<0.01),而蛋白胨同Zn2+浓度和接种量的交互项对菌体含锌量均无显著影响。
  根据上述回归方程任选其中两因素为变量,另一因素位于中心点作图6、7和8。如图6和7所示,方程存在最大值点。由方程计算得到菌体最高含锌量为555.1 μg/g,此时Zn2+浓度、蛋白胨浓度和接种量分别为0.41 mg/ml、12.2 g/L和4.6%。在上述最佳条件下进行验证试验,青春双歧杆菌ys01、德氏乳杆菌保加利亚亚种1.148 0和嗜酸乳杆菌ysh2混合菌体中锌的含量为550 μg/g,与预测值基本一致。
  2.7 富锌酸奶发酵剂及其发酵性能
  冷冻干燥后的富锌酸奶发酵剂为浅黄色粉末,其主要發酵性能见表3。凝乳时间为7.0 h,以其发酵制作的发酵乳酸度、pH、黏度和活菌数分别为89°T、4.3、126 mPa·s和3.7×108cfu/ ml,与市售酸奶发酵剂(对照1和2)相比,富锌酸奶发酵剂产酸能力较强,而黏度、凝乳时间和活菌数与对照相当,表明富锌酸奶发酵剂具有良好的发酵性能。   3 结论
  试验得出,青春双歧杆菌ys01、德氏乳杆菌保加利亚亚种1.148 0和嗜酸乳杆菌ysh2混合富锌的最佳条件为:低聚果糖10 g/L、Zn2+ 0.41 mg/ml、蛋白胨12.2 g/L、初始pH 6.0、接种比例3∶2∶1、接种量4.6%、培养时间72 h。在上述条
  件下,乳酸菌混合菌体中锌含量为550 μg/g。以富锌的青春双歧杆菌ys01、德氏乳杆菌保加利亚亚种1.148 0和嗜酸乳杆菌ysh2混合菌体制备的富锌酸奶发酵剂具有良好的发酵性能。
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