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泡菜中兩株產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）而受到越來越多的關注。甘露醇的致齲性較低，在人體腸道中吸收緩慢，因此不會顯著增加血糖水平。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3種不同的方式從蔗糖中生產，第一種是化學合成，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，微生物發(fā)酵似乎是最有前途的甘露醇生產方法。為此推薦本篇文章與大家一起學習，希望能對大家有所幫助。
內容
1.摘要
從泡菜中分離出2種產生甘露醇的乳酸菌，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，都能有效地將果糖轉化為甘露醇。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肉湯中甘露醇產量最高。使用每種分離物作為發(fā)酵劑進行果汁發(fā)酵，隨著發(fā)酵的進行，觀察到pH值降低，可滴定酸度和活菌數增加，腸系膜明串珠菌SKP 88對甘露醇的轉化能力優(yōu)于嗜檸檬酸明串珠菌SKP 92，酸奶發(fā)酵也顯示出類似的模式，這些結果表明，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. 結果與討論
泡菜中產甘露醇的乳酸菌的分離：
從發(fā)酵食品中共獲得500個LAB分離株，通過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甘露醇（圖1）。16S rRNA基因測序鑒定出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下生長迅速，在4°C、15°C和37°C下生長緩慢，在45°C時不生長。 最佳生長溫度為25°C和30°C，細胞數最高（OD600= 1.4 - 1.5）在24h內達到。兩種菌株在初始pH值為6.0和7.0時均表現(xiàn)出最佳生長，而在較低pH值下生長遲緩。SKP 92生長緩慢，但SKP 88 在 pH 4.0下不生長。兩種菌株在3%和較低的NaCl濃度下生長良好。
生產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時的存活率均高于50%。當在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的存活率分別進一步下降到9.27%和55.77%（表2）。這些結果表明，SKP 92可作為益生菌。
甘露醇產量依據糖含量：
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量（表3）。兩種菌株在含有5%果糖的MRS肉湯中產生的甘露醇都比在含有3%果糖的MRS肉湯中產生的甘露醇更多。兩種菌株在含有3%果糖和2%葡萄糖的MRS肉湯中產生的甘露醇比在僅含有3% 果糖的MRS肉湯中產生的甘露醇更多。SKP 88在含有5%果糖（無葡萄糖）的MRS肉湯中產生最多的甘露醇，但 SKP 92在含有5%果糖和2%葡萄糖的MRS肉湯中產生最多的甘露醇。葡萄糖和果糖的共存增加了甘露醇的產量，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，產生28.7 g甘露醇，甘露醇產率為105.14 mol%。SKP 92消耗25.2 g 果糖，生產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量均降低，盡管含有更多的果糖的甘露醇。SKP 92的甘露醇產量比SKP 88下降幅度更大，反映了兩個物種糖代謝的差異。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100%的甘露醇產量。懷疑SKP 88可能能夠通過連接果糖和葡萄糖分解代謝的途徑將一些葡萄糖轉化為甘露醇?？傮w而言，SKP 88表現(xiàn)出優(yōu)異的甘露醇產量。
果汁發(fā)酵：
發(fā)酵過程中所有果汁樣品的pH值降低，TA隨發(fā)酵時間的增加而增加，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，用SKP 88和SKP 92發(fā)酵的果汁的LAB計數分別從107 CFU/ml（時間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計數低于用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)酵過程中降低，TA隨發(fā)酵時間的增加而增加，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 計數為 107CFU/ml，在24°C發(fā)酵37小時期間數量增加，發(fā)酵后，所有酸奶樣品的LAB計數幾乎保持不變（圖4B)。酸奶2 和4 甘露醇產量高于酸奶3 和5，表明 SKP 88的甘露醇生產能力更高。HPLC結果證實了在酸奶發(fā)酵過程中兩種菌株從果糖中產生甘露醇（圖4C）。
討論：
如果食物中大量的果糖轉化為甘露醇，食物就會因為血糖指數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)勢外，還有改善食物功能的額外優(yōu)勢。為了增加甘露醇產量，將負責將果糖磷酸化為果糖6-磷酸的編碼果糖激酶的基因失活，同時使編碼乳酸脫氫酶的LDH基因失活，通過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用于SKP 88和SKP 92，以提高甘露醇的產量。還需要對兩種菌株在不同糖組成下進行更詳細的研究，以了解每種糖含量對每個菌株生長的影響。
