【摘 要】
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雪莲菌发酵乳(Tibet kefir milk,TKM)是源自我国牧区的传统家庭自制式发酵乳制品,又名kefir,具有独特的醇香和起泡性,在我国具有悠久的饮用历史。研究发现TKM具有降脂、抗癌、调节免疫等多种益生功能,这关键取决于其中的发酵用菌—雪莲菌粒(Tibetkefirgrain,TKG)。TKG是由乳酸菌、酵母菌、少量醋酸菌及其分泌的多糖、蛋白质等多聚基质组成的肉眼可见的混菌发酵体系。多菌
【基金项目】
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河北省重点研发计划项目(19227136D);
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雪莲菌发酵乳(Tibet kefir milk,TKM)是源自我国牧区的传统家庭自制式发酵乳制品,又名kefir,具有独特的醇香和起泡性,在我国具有悠久的饮用历史。研究发现TKM具有降脂、抗癌、调节免疫等多种益生功能,这关键取决于其中的发酵用菌—雪莲菌粒(Tibetkefirgrain,TKG)。TKG是由乳酸菌、酵母菌、少量醋酸菌及其分泌的多糖、蛋白质等多聚基质组成的肉眼可见的混菌发酵体系。多菌种的协同作用赋予发酵乳独特的风味、口感及益生功能。然而由于TKG菌相组成的复杂性和不稳定性,使得发酵过程难以控制,不能确保产品的质量和安全性,这制约了其发酵剂和发酵乳的商业化生产。因此国内外学者们致力于探明TKG优势菌相之间的互作关系及稳定增殖机制,试图人工构建菌相组成明确的稳定的混菌发酵剂。研究发现SLP(Surface Layer Protein,SLP)及胞外多糖kefiran具有明显的黏附特性,可能是维持菌粒中微生物稳定共生的关键因素。SLP是位于古细菌及细菌表面的最外层结构,乳酸杆菌SLP的主要特性之一即介导菌体间的识别和黏附。因此本课题试图基于SLP的黏附特性,首先通过高通量测序明确TKG的优势菌相组成,结合微生物传统分离培养方法及无机盐提取法从TKG中获取产SLP乳酸杆菌,旨在基于SLP的黏附作用实现雪莲菌发酵剂菌种的筛选和复配,人工构建雪莲菌发酵剂并制备发酵乳,以期为开发具有民族特色的发酵食用菌资源,改善我国发酵剂主要依赖进口、发酵乳产品同质化的现状提供理论参考。论文主要研究结果如下:(1)通过高通量测序技术对比分析采集自我国6个不同地区的TKG的细菌和真菌微生物组成,明确TKG的优势菌相。研究结果表明,6份TKG样品在真菌组成和数量上存在差异。原始测序数据经质量控制后,共得到真菌有效序列357911条,细菌有效序列192312条,经数据库比对鉴定出真菌24个OTU,细菌21个OTU。在细菌门水平上,厚壁菌门(Firmicutes)为各样品的优势菌门。在细菌属水平上,乳酸杆菌属(Lactobacillus)占绝对的优势。在真菌门水平上,子囊菌门(Ascomycota)占绝对优势。在真菌属水平上,共检测到8个真菌属,分别为酵母菌属(Saccharomyce)、曲霉菌属(Aspergillus)哈萨克斯坦酵母属(Kazachstania)克鲁维酵母属(Kluyveromyces)孢圆酵母属(Torulaspora)德克酵母属(Dekkera)地霉菌属(Geotrichum)以及未分类的菌属(Unclasseified-p-Rozellaomycota)。其中,哈萨克斯坦酵母属与酵母菌属分别为优势酵母属和次优势酵母属。(2)通过传统微生物分离筛选纯化方法结合分子生物学鉴定手段,从TKG中筛选分离乳酸菌、酵母菌及醋酸菌。研究结果表明,从6个TKG中共筛选到121个分离株,选择部分代表性的菌株进行16S和26S鉴定,结果获得29株乳酸杆菌,包括19株高加索乳杆菌,4株植物乳杆菌,6株副干酪乳杆菌,以及1株醋酸杆菌和1株单孢酿酒酵母。(3)采用酸性高浓度氯化锂提取方法从上述乳酸杆菌分离株中提取SLP,筛选产SLP的乳酸杆菌,并进一步通过单因素实验结合响应面法对SLP产量进行优化。结果表明,在TKG分离株中,具备产SLP能力的乳酸杆菌大多数为高加索乳杆菌,说明高加索乳杆菌是分泌产生SLP的重要菌种。响应面优化结果显示,在培养时间为44h,培养温度为38℃,培养基中麦芽糖浓度为23.8 g/L,SLP产量最大值为1.26 mg/mL。(4)通过表面疏水性、表面电荷性质、自聚集率、共聚集率及生物膜形成率的测定,评估SLP对雪莲菌分离株乳酸杆菌的黏附特性影响。结果表明,SLP的存在赋予细菌菌体表面较高疏水性,同时SLP的黏附特性赋予菌体细胞更高的聚集率,促进生物膜形成的稳定性。(5)最后将产SLP乳酸菌及优势菌种高加索乳杆菌、单孢酿酒酵母以及传统发酵剂嗜热链球菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种进行复配模拟制备TKM。通过感官评定确定最佳发酵条件。采用GC-IMS对复配所得发酵乳进行风味物质分析,通过旋转粘度计测定发酵乳的表观粘度值。结果显示,在发酵乳中共鉴定出55种挥发性风味化合物,包括酮类、醛类、醇类、酯类及其它。复配发酵乳与雪莲菌发酵乳相比风味物质组成丰富度更高。本研究通过对不同地区的TKG的微生物组成进行分析,确定了组成TKG的优势菌属组成;在此基础上,明确了 SLP对于菌体黏附聚集发挥促进作用,并基于此成功构建雪莲菌发酵剂,为开发具有民族特色的发酵食用菌资源,改善我国发酵剂主要依赖进口、发酵乳产品同质化的现状提供理论参考。
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