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泡菜中兩株產(chǎn)甘露醇的明串珠菌的特性描述及其在果汁和酸奶發(fā)酵中的應(yīng)用
2024-05-30 17:30:34
甘露醇是一種天然存在于微生物和植物中的6碳糖醇，由于其低升糖指數(shù)和低卡路里值，甘露醇作為替代甜味劑（如蔗糖和果糖）而受到越來(lái)越多的關(guān)注。甘露醇的致齲性較低，在人體腸道中吸收緩慢，因此不會(huì)顯著增加血糖水平。因此，甘露醇是糖尿病患者和飲食中的理想甜味劑。
甘露醇可以通過(guò)3種不同的方式從蔗糖中生產(chǎn)，第一種是化學(xué)合成，第二種是酶還原法，第三種是微生物發(fā)酵法。考慮到前兩者各自存在一些缺點(diǎn)，微生物發(fā)酵似乎是最有前途的甘露醇生產(chǎn)方法。為此推薦本篇文章與大家一起學(xué)習(xí)，希望能對(duì)大家有所幫助。
內(nèi)容
1.摘要
從泡菜中分離出2種產(chǎn)生甘露醇的乳酸菌，鑒定為腸系膜明串珠菌SKP 88和嗜檸檬酸明串珠菌SKP 92。兩種菌株在25-30℃、初始pH值為6-8、3%和較低的氯化鈉濃度下均生長(zhǎng)良好。這兩種分離物在含有果糖和葡萄糖的MRS肉湯上培養(yǎng)時(shí)，都能有效地將果糖轉(zhuǎn)化為甘露醇。以葡萄糖作為碳源，以果糖作為甘露醇的前體，含3%果糖和2%葡萄糖的MRS肉湯中甘露醇產(chǎn)量最高。使用每種分離物作為發(fā)酵劑進(jìn)行果汁發(fā)酵，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，觀察到pH值降低，可滴定酸度和活菌數(shù)增加，腸系膜明串珠菌SKP 88對(duì)甘露醇的轉(zhuǎn)化能力優(yōu)于嗜檸檬酸明串珠菌SKP 92，酸奶發(fā)酵也顯示出類(lèi)似的模式，這些結(jié)果表明，這兩種菌株都可以作為果糖含量降低的健康發(fā)酵食品的發(fā)酵劑。
2. 結(jié)果與討論
泡菜中產(chǎn)甘露醇的乳酸菌的分離：
從發(fā)酵食品中共獲得500個(gè)LAB分離株，通過(guò)TLC分析，從泡菜中分離出的兩種分離株SKP 88和SKP 92顯示出從果糖中高效地生產(chǎn)甘露醇（圖1）。16S rRNA基因測(cè)序鑒定出SKP 88為腸系膜明串珠菌，SKP 92為嗜檸檬酸明串珠菌。
SKP 88和SKP 92的生長(zhǎng)特性：
SKP 88和 SKP 92在不同條件下培養(yǎng)72 h（圖2).兩種菌株在25°C和30°C下生長(zhǎng)迅速，在4°C、15°C和37°C下生長(zhǎng)緩慢，在45°C時(shí)不生長(zhǎng)。 最佳生長(zhǎng)溫度為25°C和30°C，細(xì)胞數(shù)最高（OD600= 1.4 - 1.5）在24h內(nèi)達(dá)到。兩種菌株在初始pH值為6.0和7.0時(shí)均表現(xiàn)出最佳生長(zhǎng)，而在較低pH值下生長(zhǎng)遲緩。SKP 92生長(zhǎng)緩慢，但SKP 88 在 pH 4.0下不生長(zhǎng)。兩種菌株在3%和較低的NaCl濃度下生長(zhǎng)良好。
生產(chǎn)甘露醇分離物的抗逆性：
生物體在低pH環(huán)境下生存的能力是作為益生菌的一個(gè)重要要求。SKP 88在30℃下暴露于pH 4.0和pH 3.0 中2h后，分別顯示出高于50%和低于20%的存活率，SKP 92在pH 3.0和pH 4.0時(shí)的存活率均高于50%。當(dāng)在30℃下暴露于pH 2.0 中2h后，兩種菌株的存活率均下降至0%，但SKP 92的存活率優(yōu)于SKP 88。（表1）
在30°C下暴露于0.3%膽鹽2h后，SKP 88和SKP 92的存活率分別為31.48%和61.61%。當(dāng)兩株菌株首先暴露于pH 3.0 中2h，再暴露于0.3%膽鹽2h后，SKP 88和SKP 92的存活率分別進(jìn)一步下降到9.27%和55.77%（表2）。這些結(jié)果表明，SKP 92可作為益生菌。
甘露醇產(chǎn)量依據(jù)糖含量：
MRS肉湯中果糖和葡萄糖的含量和比值影響了兩種菌株甘露醇的產(chǎn)量（表3）。兩種菌株在含有5%果糖的MRS肉湯中產(chǎn)生的甘露醇都比在含有3%果糖的MRS肉湯中產(chǎn)生的甘露醇更多。兩種菌株在含有3%果糖和2%葡萄糖的MRS肉湯中產(chǎn)生的甘露醇比在僅含有3% 果糖的MRS肉湯中產(chǎn)生的甘露醇更多。SKP 88在含有5%果糖（無(wú)葡萄糖）的MRS肉湯中產(chǎn)生最多的甘露醇，但 SKP 92在含有5%果糖和2%葡萄糖的MRS肉湯中產(chǎn)生最多的甘露醇。葡萄糖和果糖的共存增加了甘露醇的產(chǎn)量，在兩種菌株的果糖含量為3%和葡萄糖含量為2%的MRS肉湯中觀察到的產(chǎn)量最高。在含有3%果糖和2%葡萄糖的MRS肉湯中，SKP 88消耗27 g果糖，產(chǎn)生28.7 g甘露醇，甘露醇產(chǎn)率為105.14 mol%。SKP 92消耗25.2 g 果糖，生產(chǎn)24.8 g甘露醇，甘露醇收率為97.32 mol%。兩種菌株都首先代謝葡萄糖作為碳和能量來(lái)源，并將大部分果糖還原為甘露醇。在含有5%果糖和2%葡萄糖的MRS肉湯中，兩種菌株的甘露醇產(chǎn)量均降低，盡管含有更多的果糖的甘露醇。SKP 92的甘露醇產(chǎn)量比SKP 88下降幅度更大，反映了兩個(gè)物種糖代謝的差異。在葡萄糖耗盡后，一些果糖可能被代謝為碳源，而不是甘露醇的前體。SKP 88在含有果糖和葡萄糖的MRS肉湯中顯示出超過(guò)100%的甘露醇產(chǎn)量。懷疑SKP 88可能能夠通過(guò)連接果糖和葡萄糖分解代謝的途徑將一些葡萄糖轉(zhuǎn)化為甘露醇?？傮w而言，SKP 88表現(xiàn)出優(yōu)異的甘露醇產(chǎn)量。
果汁發(fā)酵：
發(fā)酵過(guò)程中所有果汁樣品的pH值降低，TA隨發(fā)酵時(shí)間的增加而增加，在0-12 h之間發(fā)生顯著增加，與pH變化相似，但方向相反（圖3A)。在發(fā)酵24h時(shí)，用SKP 88和SKP 92發(fā)酵的果汁的LAB計(jì)數(shù)分別從107 CFU/ml（時(shí)間0）增加到8.65×108 CFU/ml和1.67×109 CFU/ml，SKP 88發(fā)酵的果汁的LAB計(jì)數(shù)低于用SKP 92發(fā)酵的果汁（圖3B)。采用HPLC法分析果汁樣品的糖含量（圖3C).SKP 88發(fā)酵果汁的葡萄糖含量在前12 h快速下降，然后緩慢下降至24 h后，葡萄糖含量保持穩(wěn)定，SKP 92發(fā)酵果汁的葡萄糖和果糖含量下降幅度較小。
酸奶發(fā)酵：
所有酸奶樣品的pH值在發(fā)酵過(guò)程中降低，TA隨發(fā)酵時(shí)間的增加而增加，且在0~24h之間顯著增加，與pH的變化相似，但方向相反（圖4A)。初始 LAB 計(jì)數(shù)為 107CFU/ml，在24°C發(fā)酵37小時(shí)期間數(shù)量增加，發(fā)酵后，所有酸奶樣品的LAB計(jì)數(shù)幾乎保持不變（圖4B)。酸奶2 和4 甘露醇產(chǎn)量高于酸奶3 和5，表明 SKP 88的甘露醇生產(chǎn)能力更高。HPLC結(jié)果證實(shí)了在酸奶發(fā)酵過(guò)程中兩種菌株從果糖中產(chǎn)生甘露醇（圖4C）。
討論：
如果食物中大量的果糖轉(zhuǎn)化為甘露醇，食物就會(huì)因?yàn)檠侵笖?shù)降低和熱量值降低而變得更健康。因此，SKP 88和SKP 92除了已知的優(yōu)勢(shì)外，還有改善食物功能的額外優(yōu)勢(shì)。為了增加甘露醇產(chǎn)量，將負(fù)責(zé)將果糖磷酸化為果糖6-磷酸的編碼果糖激酶的基因失活，同時(shí)使編碼乳酸脫氫酶的LDH基因失活，通過(guò)果糖還原而不是丙酮酸還原從NADH生成NAD+。這種代謝工程工作可應(yīng)用于SKP 88和SKP 92，以提高甘露醇的產(chǎn)量。還需要對(duì)兩種菌株在不同糖組成下進(jìn)行更詳細(xì)的研究，以了解每種糖含量對(duì)每個(gè)菌株生長(zhǎng)的影響。
