传统酸马奶中乳酸菌与酵母的共生关系及其在马乳发酵中的应用

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乳酸菌和酵母菌是传统酸马奶不可缺少的微生物类群,本研究通过继代培养方法富集功能菌种,采用高通量测序分析继代培养过程中传统酸马奶中微生物群落结构和优势菌种的演替变化趋势,分离获得了优势菌种后从中筛选具有共生关系的乳酸菌和酵母菌,通过代谢组学方法研究了共生菌株在发酵马乳时风味形成的机制。本研究为酸马奶的工业化生产技术的开发提供重要的理论依据,同时共生菌相互作用的研究对揭示微生物在乳环境中的适应性进化机制具有重要的学术意义。1.传统酸马奶中微生物多样性及继代培养的研究(1)传统酸马奶中细菌的多样性:3份传统酸马奶在属分类水平上主要包括:乳杆菌属、肠杆菌属、乳球菌属、醋酸杆菌属、柠檬酸杆菌属、大肠杆菌志贺氏菌属,绝对优势细菌属为乳杆菌属。继代培养后细菌优势菌门为厚壁菌门,优势菌属包括乳杆菌属,其丰度值在93.7%-99.7%的范围内。(2)传统酸马奶中真菌的多样性:3份传统酸马奶在属分类水平上主要包括:德克酵母属、哈萨克斯坦酵母属、克鲁维酵母属、双足囊菌属、毕赤酵母属、毛霉属。酸马奶样品组中的绝对优势真菌属为德克酵母属。继代培养后的优势菌门为子囊菌门,德克酵母属为酸马奶样品组中的绝对优势真菌属。(3)T1到T4的继代培养是一个培养优势菌种的过程,醋酸杆菌属逐渐淘汰,乳杆菌属逐渐富集,其丰度值接近于1,克鲁维酵母属逐渐淘汰,德克酵母属富集。通过对T4样品中的乳酸菌和酵母菌进行分离、鉴定,共鉴定出96株乳酸菌,其中马乳酒样杆菌(Lactobacillus kefiranofaciens)为80株,占83.3%;62株酵母菌,其中德克酵母(Dekkera anomala)为32株,占51.6%。乳杆菌属和德克酵母属为优势菌属,这与高通量测序的结果一致。2.共生乳酸菌和酵母菌的筛选及发酵条件的优化对鉴定的96株乳酸菌和62株酵母菌进行部分筛选,得到一组具有共生关系的乳酸菌(L157)和酵母菌(Y5)。通过单因素和正交实验,对共生菌株的发酵条件进行优化,以酵母菌的活菌数、乳酸菌的活菌数以及感官评价得分为指标,得到最优的发酵条件为8%(v/v)的接种量,接种比例(乳酸菌:酵母菌=1:1),摇床参数为:30℃,150 rpm,共发酵48 h。3.共生乳酸菌和酵母菌的共生机制(1)Y5和L157的共生关系只存在于马乳中,L157的无菌发酵液对Y5的生长起到促进作用,与此一致的是,Y5的无菌发酵液对L157的生长也起到促进作用。利用乳糖酶酶解马乳中的乳糖后发酵,混合发酵后的Y5和L157的活菌数均无增长。对β-半乳糖苷酶的活性进行测定,结果表明,混合发酵过程中乳糖利用率提高,β-半乳糖苷酶活力增加,为0.427 U/mg。(2)对12个酸马奶样品中的代谢物进行分析,共得到1150种代谢物,进行差异代谢物的筛选、主成分分析及KEGG功能注释及富集。Y组和YL组比较,显著上调的代谢物有202个,如羧酸及其衍生物等,主要富集的通路包括缬氨酸,亮氨酸和异亮氨酸的生物合成、精氨酸和脯氨酸代谢、丙酮酸代谢、丙酸酯代谢;L组和YL组比较,显著上调的代谢物有135个,如苯乳酸、天冬酰胺和脯氨酸等,主要富集的代谢通路包括氨基酸的生物合成、丙酮酸代谢。
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