自制酵素中细菌群落动态分析和优势菌株的重金属吸附积累特性研究

摘要

酵素是以果蔬、药用植物等为原料经自然发酵或直接投入乳酸菌、醋酸菌及酵母菌进行人工发酵的微生物制剂.传统酵素应用常作为调节身体免疫、减肥、降血压及抗癌等保健功效.近年来酵素及其发酵过程中产生的酵素菌被广泛应用于抑菌,降解作物农药残留、修复土壤生化特性,调节水质等领域.然而对水果及果蔬混合等复合酵素在发酵过程中的微生物群落变化、菌群动态分析及比较等研究相对较少.近年来对于微生物吸附及去除重金属的研究逐渐增多,而酵素及酵素菌能够去除食品中重金属的特质也广泛受到关注.
　　本文通过自制水果酵素(AA)及果蔬混合酵素(AB)为研究对象.首先,利用高通量测序技术对不同发酵时段酵素样品中的微生物群落结构动态变化进行分析和比较;其次,对酵素样品中优势乳酸菌和酵母菌进行分离、纯化,共得到32株乳酸杆菌,7株片球菌和1株酵母菌,并对以上分离菌株进行了系统发育分析;最后,验证了乳酸菌中代表性菌株对重金属Pb和Cd的耐受性,并且测定了优势菌株对Pb离子的吸附和积累量.研究结果如下:
　　1.高通量测序结果显示酵素样品AA中以乳酸杆菌(Lactobacillus),魏斯氏菌属(Weissella)、片球菌属(Pediococcus)、明串珠菌属(Leuconostoc)为优势菌群,发酵20天时相对丰度分别达到:70.93%、6.58%、13.39%、2.76%;而样品AB中对应菌属同样为优势菌群,其相对丰度分别为:65.42%、4.2%、8.44%、0.94%.两组酵素样品发酵20天时段优势菌群相对丰度占比基本相同.
　　2.AA酵素样品在发酵10、20、40和120天4个时段内微生物多样性指数分别为:3.42、2.21、4.59、6.07;而AB在4个时段内微生物多样性指数分别为:3.12、2.21、3.18、6.53.2组样品在发酵20天时段多样性最低;120天时段多样性最高.酵素样品在发酵20天时段乳酸菌丰度最高,而杂菌及致病菌丰度最低;在发酵120天时段由于pH值上升和乳酸菌进入衰亡期等因素影响,导致杂菌生长.综合上述结果显示发酵20天时段为最优.
　　3.从酵素样品中共分离出40株菌株,从属水平上来看,其中32株为乳酸杆菌(Lactobacillus),7株片球菌(Pedicoccus);及1株酵母(Yeast).从种水平上来看,32株乳酸杆菌中17株与Lactobacillus brevis ATCC14869近缘,8株与Lactobacillus plantarum JCM1149近缘,其他7株菌分别与Lactobacillus为不同种亲缘关系;7株片球菌与Pediococus cellicola近缘;分离的酵母菌与Wickerhamomyces anomalus VIT-ASN0近缘.所有分离菌株与亲缘菌的相似度均达到99%以上.
　　4.代表的短乳杆菌(Lactobacillus brevis)AA1,植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)AA11及酒窖片球菌AA12(Pediococus cellicola)在300ppm浓度铅离子胁迫条件下生长几乎不受抑制,而在50ppm浓度镉离子胁迫条件下表现出较差的耐受性.并且分离的植物乳杆菌AA11具备良好的铅离子吸附能力,对100ppm浓度铅离子吸附率最高达到78.74%,体内积累量为2.27mg/dry g.
　　本研究为揭示酵素发酵过程中微生物群落结构变化特点提供了依据,同时为利用酵素去除食品中重金属污染等问题提供了基础数据.

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