降解亚硝酸盐肠膜明串珠菌的60Co γ射线诱变选育

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  摘要 [目的]选育亚硝酸盐降解能力增强的肠膜明串珠菌并探讨其降解机理。[方法]通过60Co γ射线和出发菌的代谢特性筛选肠膜明串珠菌突变株,分析突变株的生长特性及亚硝酸盐还原酶活力变化,探讨其降解机理。[结果]剂量为800 Gy的60Co γ射线处理后获得1株遗传稳定好的肠膜明串珠菌突变株LM-S-3,它的亚硝酸盐降解率是出发菌的2.93倍;它的强降解亚硝酸盐能力可能与其耐酸性和高活性亚硝酸盐还原酶有关。[结论]60Co γ射线诱变选育的肠膜明串珠菌突变株具有较强的亚硝酸盐降解能力,可作为发酵剂辅助降解泡菜中的亚硝酸盐。
  关键词 亚硝酸盐降解;肠膜明串珠菌;60Co γ射线;降解机理
  中图分类号 S609.9;Q93文献标识码 A文章编号 0517-6611(2014)35-12670-03
  亚硝酸盐是我国食品卫生法准许使用的食品添加剂,在加工肉制品中被广泛使用。由于环境中亚硝酸盐的生物富集作用,发酵菜、酱腌菜,甚至新鲜果蔬、鲜活水产品中亚硝酸盐超标亦时有报道,因亚硝酸盐含量超标而引起食物急性中毒的事件亦时有发生[1-2]。亚硝酸盐还会与人体内的蛋白质分解产物发生反应,产生如亚硝胺等亚硝基态致癌物。亚硝酸盐也可以将血红蛋白氧化成高铁血红蛋白,使之失去携氧能力,造成高铁血红蛋白症,严重者可以致死[3]。因此,世界上许多国家严格控制食品中硝酸盐的使用量,并积极寻求降低食品中亚硝酸盐含量的方法与途径。
  泡菜是深受大众喜爱的传统发酵蔬菜制品,但发酵过程及成品中亚硝酸盐含量超标问题制约着泡菜工业的发展。研究发现,制作泡菜时接种能降解亚硝酸盐的发酵剂,能够有效地降低泡菜制品中亚硝酸盐含量,提高泡菜的食用安全性[4]。肠膜明串珠菌(Leuconostoc mesenteroides)为兼性厌氧、不产芽孢的革兰氏阳性球形乳酸菌,是美国食品药物管理局认为安全的40种益生菌菌种之一,它们不仅能够产生特征风味物质,而且可以改善人体肠道微生境,增强人体免疫力,广泛存在于蔬菜、泡菜、果酒及发酵乳制品中,在降低泡菜中亚硝酸盐浓度、改善发酵乳制品风味、提高食品营养品质等方面发挥重要作用[5-7]。60Co γ 射线是一种高能电离辐射源,可使DNA发生AT→GC的基因转换,从而增加突变菌的代谢物产量,并且60Co γ 射线诱变正突变率高,诱变获得的正突变菌株遗传稳定性强,因此在医学、药学、工业和农业育种中得到了广泛的应用[8-9]。笔者采用60Co γ射线对肠膜明串珠菌进行诱变,筛选出具有亚硝酸盐强降解活力的乳酸菌,为研制优良的泡菜发酵菌剂提供技术支持。
  1 材料与方法
  1.1 材料
  1.1.1 菌种。
  肠膜明串珠菌(Leuconostoc mesenteroides)2859(LM-2859),购于中国轻工业菌种保藏中心。
  1.1.2 培养基。斜面保藏培养基:MRS固体培养基。
  初筛培养基:含0.10 g/ml溴甲酚绿和亚硝酸钠50 mg/L亚硝酸钠的MRS培养基[10]。
  复筛培养基:以MRS培养基为基础并进行适当的组分调整,即:亚硝酸钠15 mg,牛肉膏0.5 g,葡萄糖1 g,酵母膏1 g,蛋白胨1 g,氯化钠0.5 g,琼脂2 g,水100 ml,121 ℃灭菌20 min[11]。
  1.2 60Co γ射线辐照诱变
  首先将肠膜明串珠菌在液体MRS培养基中活化培养18 h,使其处于对数生长期,并将菌液调整至吸光值OD600=0.7~0.8;接着,取7组灭菌试管,每组3支,每支试管中分别装入对数生长期的调整后的菌液5 ml,直接进行不同剂量的60Co γ射线辐照处理后,取出试管立即用自来水冲洗试管表面,置于4 ℃冰箱中保存备用(于安徽省农业科学院辐照中心完成)。
  1.3 致死率的计算
  将辐照前后的菌悬液用平板稀释法计数,统计未经辐照的菌落数A0,辐照后菌落数A1,并计算致死率值R%= (A0-A1)÷A0×100。
  1.4 突变株的筛选
  将诱变后的菌液用灭菌液体MRS培养基稀释至OD600=0.2~0.3后,涂布于初筛培养基平板中,30 ℃培养2 d,根据变色圈的直径大小,挑取变色圈直径最大至排在前50位的菌落接种于保藏培养基斜面(每株接1支斜面),并编号,得到50株初筛菌株。
  将培养1 d的斜面初筛菌株按1‰接种量接种于复筛培养基中,装液量为250 ml三角瓶中装100 ml复筛培养基,于30 ℃复筛培养3 d,测定培养液中亚硝酸盐含量,筛选获得亚硝酸盐降解能力增强肠膜明串珠菌突变株。同时做不接种对照试验。
  亚硝酸盐含量的测定采用GB/T 5009.33-2003《食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定》中的盐酸萘乙二胺法。
  亚硝酸盐降解率r(%)=(接种培养前培养液中亚硝酸盐质量-接种培养后培养液中亚硝酸盐质量)÷接种培养前培养液中亚硝酸盐质量×100
  突变率(%)=(突变菌株的变色圈直径-出发菌株的变色圈直径)/突变菌株的变色圈直径×100
  该研究中的突变率为正突变率,即突变率高于10%。
  1.5 突变株的稳定性考察 将复筛得到的突变株连续转接培养至第8代,再接种至复筛培养基进行摇瓶培养,测定培养液中亚硝酸钠含量,并与各自首代菌株进行比较,考察其遗传稳定性。
  1.6突变株降解自制泡菜中亚硝酸盐的验证
  自制泡菜的制作参考文献[12]进行,略有修改。先将新鲜、无虫害、外观一致的白菜清洗干净,在8%NaCl卤水中预腌4 h后,将泡菜取出,沥干水分;接着在500 ml灭菌三角瓶放入250 g预腌沥干水的泡菜,4%NaCl卤水250 ml,以及105~106 cfu/ml的LM-S-3或LM-2859菌液10 ml(对照组用无菌液体MRS培养基代替),混合均匀;再用无菌铝箔将三角瓶密封后放于20 ℃恒温箱中发酵7 d,定期检测亚硝酸盐浓度、pH、菌落数以及亚硝酸盐还原酶活力。   1.7 分析方法
  菌落数的测定采用MRS平板菌落计数法。泡菜发酵液中pH采用pH计测定。泡菜组织中亚硝酸盐含量采用GB/T 5009.33-2003中盐酸萘乙二胺法测定。泡菜发酵液中硝酸盐还原酶活性测定参考Grant等[13]建立的方法进行。
  2 结果与分析
  2.1 60Co γ射线辐照处理对肠膜明串珠菌的致死效应
  由图1可知,不同剂量的60Co γ射线对出发株肠膜明串珠菌LM-2859的细胞均有致死作用,且致死率y与辐照剂量x成正比关系,y=0.069x+23.67(x=100~1 200 Gy),R2=0.958;当剂量为1 000 Gy时致死率为94.59%,当剂量为1 200 Gy时致死率为98.89%。这表明,肠膜明串珠菌对60Co γ射线较敏感,致死效应较明显。
  由图1还可知,随着60Co γ射线的增大,突变率先升高后降低,在辐照剂量为800 Gy时,突变率最大,为24.8%。一般认为致死率为90%~99%的诱变效果好,低致死率(70%~80%)有利于正突变的产生[14-15]。尽管低致死率将加重筛选负荷,该研究仍采用辐照剂量为800 Gy,致死率为84.12%的诱变菌液进行进一步的筛选研究。
  2.2 亚硝酸盐降解能力增强肠膜明串珠菌突变株的筛选
  将经过辐射剂量为800 Gy的60Co γ诱变后的菌液适当稀释后涂布初筛培养基平板,置30 ℃培养2 d,因为乳酸菌的亚硝酸盐降解能力与其产酸能力呈正相关[16],因此,挑取黄色变色圈直径较大的50个单菌落,分别接种于复筛培养基中,置30 ℃培养3 d,结果见图2。从图2可知,出发菌株LM-2859对亚硝酸盐的降解率为22.31%,突变株中有11株对亚硝酸盐的降解能力低于出发菌株,39株高于突变株,其中有8株对亚硝酸盐的降解率高于50%(表1),对这8株做遗传稳定性研究。
  2.3 突变株的遗传稳定性
  将复筛得到的8株突变株连续转接培养至第8代,再接种至复筛培养基进行摇瓶培养,比较第1代与第8代菌株对亚硝酸盐的降解率,结果见表1。由表1可知,经过60Co γ诱变产生的8株突变株经过8次传代后,对亚硝酸盐降解率高于50%的正突变株占50%,表明突变株具有较好的遗传稳定性,LM-S-3对亚硝酸盐的降解能力最强,因此,确定为获得的最佳突变株。随后将对突变株LM-S-3降解自制泡菜中亚硝酸盐的能力进行初步研究。
  2.4 突变株LM-S-3对自制泡菜中亚硝酸盐的降解作用 自制泡菜发酵过程中亚硝酸盐的含量变化如图3所示。由图3可知,对照组、出发菌株LM-2859组和突变株LM-S-3组泡菜中亚硝酸盐含量均呈现先升后降趋势,发酵第3天,出现亚硝峰,随着发酵的继续,亚硝酸盐含量开始下降。发酵第1天,对照组、出发菌株LM-2859组和突变株LM-S-3组泡菜中亚硝酸盐含量没有显著差异(P>0.05);但发酵第3天,出发菌株LM-2859组和突变株LM-S-3组泡菜中亚硝酸盐含量明显低于对照组(P<0.05),而出发菌株LM-2859组和突变株LM-S-3组间没有显著差异(P>0.05);发酵第5天,突变株LM-S-3组泡菜中亚硝酸盐含量明显低于出发菌株LM-2859组(P<0.05);发酵第7天,突变株LM-S-3组与出发菌株LM-2859组泡菜中亚硝酸盐含量差异亦非常显著(P<0.01)。可见,在泡菜制作过程中,添加具有降解亚硝酸盐的发酵剂,将有助于降低泡菜中亚硝酸盐含量,提高泡菜的食用安全性。该研究中使用的肠膜明串珠菌出发菌和突变株对亚硝酸盐的降解机理将有待于进一步研究。
  由图4可知,泡菜发酵过程中,对照组、出发菌株LM-2859组和突变株LM-S-3组发酵液中pH的变化趋势相同,先缓慢降低,发酵1 d后,pH迅速降低,第5天后,pH降低平缓。整个发酵过程中,出发菌株LM-2859组和突变株LM-S-3组发酵液中pH大小没有显著差异(P>0.05),但均始终低于对照组,这是出发菌和突变株本身发酵产酸所致。
  2859组和突变株LM-S-3组发酵液中菌落数先快速增加,发酵1 d后,菌落数迅速降低。整个发酵过程中,突变株LM-S-3组发酵液中菌落数明显高于出发菌株LM-2859组(P<0.05)。对比图4和表2结果,出发菌株LM-2859组和突变株LM-S-3组发酵液中pH相近,但菌落数差异明显,可见,突变株LM-S-3具有更强的耐酸性。
  由图5可知,泡菜发酵过程中,出发菌株LM-2859组和突变株LM-S-3组发酵液中亚硝酸盐还原酶活力先快速增加,发酵第3天后则迅速降低,第5天开始,亚硝酸盐还原酶活力缓慢降低。整个发酵过程中,突变株LM-S-3组发酵液中亚硝酸盐还原酶活力明显高于出发菌株LM-2859组(P<0.05)。对比图4和图5可见,发酵第5天后,泡菜发酵液pH降低至4.0附近,而此阶段为亚硝酸盐还原酶活力亦快速降低,可见,发酵液中较低的pH可能对亚硝酸盐还原酶作用,且对出发菌株LM-2859亚硝酸盐还原酶的抑制作用强于对突变株LM-S-3。对比表2、图3、4、5可见,突变株具有更强的亚硝酸盐降解能力与其高耐酸性及高亚硝酸盐还原酶活力有关。
  3 结论
  肠膜明串珠菌LM-2859经过800 Gy的60Co γ辐照诱变后,筛选得到1株突变株LM-S-3,它对亚硝酸盐的降解率为65.42%,是出发菌株LM-2859的2.93倍。肠膜明串珠菌突变株LM-S-3比出发菌株LM-2859具有更强的耐酸性和更高的亚硝酸盐还原酶活性,可作为发酵剂辅助降解泡菜中的亚硝酸盐,提高泡菜的食用安全性。
  参考文献
  [1] SANTAMARIA P.Nitrate in vegetables:toxicity,content,intake and EC regulation [J].Journal of the Science of Food and Agriculture,2006,86(1):10-17.   [2] 何淑玲,李博,籍保平,等.泡菜中亚硝酸盐问题的研究进展[J].食品与发酵工业,2005,31(11):85-89.
  [3] SPENCER J P E,WHITEMAN M,JENNER A,et al.Nitrite-induced deamination and hypochlorite-induced oxidation of DNA in intact human respiratory tract epithelial cells [J].Free Radical Biology and Medicine,2000,28(7):1039-1050.
  [4] YAN P M,XUE W T,TAN S S,et al.Effect of inoculating lactic acid bacteria starter cultures on the nitrite concentration of fermenting Chinese paocai[J].Food Control,2008,19(1):50-55.
  [5] 骆超超,高学军,卢志勇,等.肠膜明串珠菌对奶牛产奶量和乳品质的影响[J].乳业科学与技术,2010,141(2):60-62.
  [6] JUNG J Y,LEE S H,LEE H J,et al.Effects of Leuconostoc mesenteroides starter cultures on microbial communities and metabolites during kimchi fermentation [J].International Journal of Food Microbiology,2012,153(3):378-387.
  [7] 李文斌,宋敏丽,高荣琨.肠膜明串珠菌的研究和应用进展[J].粮食与食品工业,2006,31(4):3-4,11.
  [8] KHALIQ S,AKHTAR K,GHAURI M A,et al.Change in colony morphology and kinetics of tylosin production after UV and gamma irradiation mutagenesis of Streptomyces fradiae NRRL-2702 [J].Microbioloy Research,2009,164(4):469-477.
  [9] 武杉杉,刘超,张部昌,等.60Co γ射线对糖多孢红霉菌的重复诱变研究[J].辐射研究与辐射工艺学报,2010,28(2):103-106.
  [10] 周倩,赵龙,蒋雪薇,等.一株产生L-乳酸的米根霉[J].菌物学报,2012,31(6):956-962.
  [11] 刘哲君,王海伟,霍建伟,等.肠膜明串珠菌、植物乳杆菌、短乳杆菌的最适培养基的筛选[J].佳木斯大学学报:自然科学版,2005,23(4):668-671.
  [12] 马延岩.泡菜发酵过程中亚硝酸盐生成及降解机理研究[J].食品科技,2013,38(10):277-280.
  [13] GRANT M,HOCHTEIN L.A dissimilatory nitrite reductase in Paracoccus halodenitrificans[J].Archives of Microbiology,1984,137(1):79-84.
  [14] 施巧琴,吴松刚.工业微生物育种学[M].北京:科学出版社,2003.
  [15] 杨艳艳,刘晓艳,林剑.60Co-γ辐照对琥珀酸产生菌原生质体的诱变选育[J].中国酿造,2009,207(6):25-27.
  [16] 林浩,林伟锋,陈中.2株乳酸菌对亚硝酸盐的降解作用及其降解机理的初步分析[J].食品与发酵工业,2013,39(7):65-68.
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