【摘 要】
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甘肃甘南特殊的生态环境孕育出宝贵的菌种资源,当地的传统牦牛发酵乳是牧民利用自然环境中的微生物发酵而成,蕴含大量待开发的优良乳酸菌。本试验以甘肃甘南地区的传统牦牛发酵乳为研究对象,基于Illumina Mi Seq高通量测序技术解析传统牦牛发酵乳的细菌菌群多样性。通过传统分离培养技术分离纯化乳酸菌,对低p H耐受性、胆盐耐受性、模拟人工胃肠液耐受性、表面疏水性和自聚集能力进行了递进评价,筛选具有优良
【基金项目】
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校企合作科研项目《传统牦牛发酵乳中乳酸菌的筛选》(XZ20190612);
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甘肃甘南特殊的生态环境孕育出宝贵的菌种资源,当地的传统牦牛发酵乳是牧民利用自然环境中的微生物发酵而成,蕴含大量待开发的优良乳酸菌。本试验以甘肃甘南地区的传统牦牛发酵乳为研究对象,基于Illumina Mi Seq高通量测序技术解析传统牦牛发酵乳的细菌菌群多样性。通过传统分离培养技术分离纯化乳酸菌,对低p H耐受性、胆盐耐受性、模拟人工胃肠液耐受性、表面疏水性和自聚集能力进行了递进评价,筛选具有优良定植和粘附能力的优势菌株进行16S r DNA鉴定,并在体外测定优势菌株的益生特性。在此基础上选择卫生部允许的可用于食品生产的菌株,采用挤压法以海藻酸钠和果胶为复合壁材制备微胶囊,通过单因素和Box-Behnken响应面法优化微胶囊的制备工艺并测定其稳定性。以期为甘肃甘南地区优良乳酸菌的保护及工业化生产提供理论依据,主要研究结果如下:(1)基于Illumina Mi Seq高通量测序技术对甘肃甘南地区的传统牦牛发酵乳进行细菌菌群多样性分析。传统牦牛发酵乳具有丰富的细菌多样性,优势菌门为厚壁菌门(Firmicutes),优势菌属为乳杆菌属(Lactobacillus),不同来源的牦牛发酵乳样品在门属水平呈现不同的丰度。β多样性分析表明其群落相似性较高,有相似的进化谱系。通过预测功能基因发现传统牦牛发酵乳中的绝大部分细菌与基本预测功能有关,为后续的乳酸菌筛选提供理论支持。(2)基于细菌菌群多样性解析结果,传统分离纯化法从甘肃甘南地区的传统牦牛发酵乳中分离纯化出102株初步判断为乳酸菌的菌株,其中球菌86株,杆菌16株。定植能力和粘附能力体外递进筛选中有26株在低p H环境下的生长状况显著优于其他菌株(P<0.05),20株在低胆盐浓度环境下的生长状况显著优于其他菌株(P<0.05),模拟人工胃液和肠液耐受性筛选后有14株菌株的存活率大于60%。进一步评价表面疏水性和自聚集能力,筛选得到具有优势的11株乳酸菌菌株。通过16S r DNA鉴定AD41、HW45和ZA21被鉴定为Enterococcus faecium,BJ12、CD11和CD36被鉴定为Lactobacillus plantarum,CM45、GJ11和GQ46被鉴定为Weissella confusa,CW22被鉴定为Lactobacillus pentosus、MQ45被鉴定为Enterococcus durans,为优良乳酸菌的保护和益生性研究奠定了基础。(3)11株优势菌对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌及沙门氏菌均有抑制作用,抑菌圈直径均大于5 mm,BJ12的抑菌活性显著高于其他菌株(P<0.05)。11株菌的细胞悬浮液和无细胞提取物均有抗氧化活性。在同等培养条件下,11株菌产胞外多糖的量为6.99mg/L±0.14 mg/L~76.81 mg/L±0.46 mg/L,CD11产胞外多糖的量最高。11株菌株对胆固醇均有不同程度的降解,CM45胆固醇降解率为51.35%±1.90%,降胆固醇活性显著高于其他菌株(P<0.05)。BJ12、CD36、GJ11的抗生素敏感性较其他菌株良好(P<0.05)。(4)三种微胶囊的最佳制备工艺如下,BJ12:海藻酸钠质量分数2.12%,果胶质量分数1.83%,壁材与菌悬液体积比3.85:1,氯化钙质量分数1.54%;CD11:海藻酸钠质量分数2.05%,果胶质量分数1.91%,壁材与菌悬液体积比4.03:1,氯化钙质量分数1.80%;CD36:海藻酸钠质量分数2.05%,果胶质量分数1.72%,壁材与菌悬液体积比4.94:1,氯化钙质量分数1.99%。通过验证试验证实最佳制备工艺可行;对三种微胶囊的稳定性进行测定,相比于未包埋的游离菌,微胶囊包埋对乳酸菌在模拟人工胃液中具有保护作用。三种微胶囊在模拟人工肠液中的活菌释放数在90 min基本保持稳定,肠溶性良好。经过包埋处理的植物乳杆菌BJ12、CD11和CD36在贮藏21 d后,活菌数下降了0.94、0.82、0.97个数量级,显著低于未包埋菌(P<0.05)。综上所述,本试验从甘肃甘南牧民制作的传统牦牛发酵乳中筛选到11株具有优良定植和粘附能力的优势菌株,11株优势菌株表现出不同的益生特性。用其中3株国家卫生部允许可用于食品生产的植物乳杆菌制备的3种微胶囊有效提高了菌株在模拟人工胃液及4℃储藏21 d的活菌数,保证了菌株在生产加工中的稳定性,研究结果为甘肃甘南传统牦牛发酵乳中乳酸菌种质资源的开发及利用提供了科学依据和理论支撑。
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