一株弯曲乳杆菌腐胺生成途径及其调控的研究

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黄酒发酵液中丰富的氨基酸除了会产生许多对人体有益的功能性成分外,也会形成少量的生物胺等有害物质。生物胺主要由乳酸菌利用氨基酸在脱羧酶的作用下形成。乳酸菌在黄酒发酵过程中发挥重要的作用。由于乳酸菌产生物胺的能力具有菌株特异性,本研究对黄酒发酵各阶段乳酸菌进行分离、鉴定,并对其产生物胺能力进行了评价,对生物胺积累量最多的乳酸菌中产生物胺途径及其调控进行了研究,主要研究结果如下:(1)对黄酒酿造过程中乳酸菌进行分离,并经由细菌16S rDNA鉴定得到乳杆菌63株、明串珠菌6株、乳球菌2株和魏斯氏菌1株。利用高效液相色谱,对分离得到乳酸菌在脱羧培养基中积累生物胺能力的进行检测,发现产组胺的乳酸菌11株(生成量为4.02~18.19 mg·L-1),产酪胺乳酸菌28株(生成量9.20~30.38 mg·L-1),产生腐胺的乳酸菌51株(生成量为20.26~299.94 mg·L-1)。分离自黄酒浸米水阶段的弯曲乳杆菌1-4(Lactobacillu curvatus 1-4)积累腐胺量最高,以其为代表菌株进行腐胺生成途径的具体研究。(2)利用添加不同前体物质的脱羧培养基对L.curvatus 1-4中腐胺生成途径进行鉴定,结果显示其可利用精氨酸、鸟氨酸为前体物质,分别经过AgDI(agmatine deiminase)、ODC(ornithine decarboxylase)以及ADI(arginine deiminase)与ODC耦联的途径形成腐胺,含量为100.46 mg·L-1、303.86 mg·L-1以及166.42 mg·L-1。进一步分子生物学检测显示,该菌株基因组中含有ADI途径和ODC途径的全部基因,包括arcA、arcB、odc、pot E等,蛋白质组学研究显示,L.curvatus 1-4于鸟氨酸为前体物质的培养基生长时,细胞成熟期腐胺大量积累,此时胞内表达的多种肽酶和转运蛋白,为生物胺的形成提供了更多的氨基酸前体物质。(3)对L.curvatus 1-4在添加了鸟氨酸(含ODC辅酶)的脱羧培养基中腐胺积累量的检测结果显示,4oC、15oC、30oC条件下培养,30oC时腐胺的积累量最高,积累量为619.20 mg·L-1,说明适宜菌株生长的环境温度条件下腐胺的积累量高;5%、10%、15%酒精度存在时,腐胺的积累量分别为241.15 mg·L-1、235.47 mg·L-1、233.57 mg·L-1,说明15%的酒精范围内,酒精对腐胺的积累没有明显影响。对该菌株在添加了鸟氨酸或精氨酸的脱羧培养基(培养基中均含有ODC辅酶),分别于pH为3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5条件下培养发现,鸟氨酸或精氨酸为前体物质时,pH 4.0条件下的腐胺积累量均为最高,分别为562.30 mg·L-1以及440.11 mg·L-1,说明较低环境pH会促进腐胺的生成。
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