高級食品微生物學(xué)- 課件 第四章 非腸源性有益菌

第四章非腸源性有益菌1/23第二節(jié)

丙酸桿菌第三節(jié)

明串珠菌目錄CONTENTS2/23第一節(jié)

紅曲霉第四節(jié)

凝結(jié)魏茨曼氏菌第一節(jié)

紅曲霉紅曲霉

紅曲霉(MonascuspurpureusWent)別名紅曲等，在我國的生產(chǎn)和使用已有1000多年歷史，為真菌門子囊菌綱真子囊菌亞綱紅曲霉屬。用早有記載《本草綱目》記載:紅曲主治消食活血，健脾燥胃，治赤白痢，下水谷，跌打撲傷損，治女人血?dú)馔醇爱a(chǎn)后惡露不盡。近代中醫(yī)藥理論把紅曲的藥用功能主要概括為除濕痰，化血化瘀，健脾消食，治赤白痢，下水谷等。食品工業(yè)中，紅曲有庫曲、輕曲、色曲3個(gè)品種。庫曲主要釀制黃酒、果酒和藥酒；輕曲用于腐乳、醬菜、果酒、藥酒及食品著色；色曲用于食品著色。4/23第一節(jié)

紅曲霉紅曲霉

紅曲霉廣泛存在于新鮮的牧草、泥土、橡膠及松樹根組織中。它是同宗配合的，形態(tài)多為不規(guī)則的分支菌絲。菌絲多核具有大型液泡、線粒體和橫隔；分生孢子單一或成串地生長于菌絲頂端，并從上至下逐漸成熟。紅曲霉的孢子產(chǎn)量普遍較少，菌絲初為白色，老熟后因菌種的不同而呈淡紅色、紫紅色、赭紅色、橙紅色、煙灰色等。菌落的結(jié)構(gòu)有成絨氈狀、皮膜狀、少褶皺或具有輻射紋。按真菌學(xué)的分類方法，紅曲霉屬真菌門(Eumycophyta)，子囊菌綱(Ascomycetes),真子囊菌亞綱(Euascomycetes)，紅曲霉屬(Monascus)。目前，美國培養(yǎng)物物種保藏中心(ATCC)已有58個(gè)紅曲菌株。根據(jù)1983年霍克斯沃思(Hawksworth)和皮特(Pit)的分類系統(tǒng)，大部分紅曲菌株屬于3種：叢毛紅曲霉M.pilosusK.SatoexD.Hawksw.&Pitt、紫色紅曲霉M.purpureusWent及安卡紅曲霉M.ankaNakazawaetSatoo。5/23第一節(jié)

紅曲霉紅曲霉的代謝產(chǎn)物

紅曲霉能夠產(chǎn)生多種對人體有益的代謝產(chǎn)物，例如膽固醇合成抑制劑、抗生素、麥角固醇和中藥成分等。隨著國內(nèi)外學(xué)者對紅曲霉產(chǎn)生的有效生理活性物質(zhì)的深入研究，越來越多具有藥用價(jià)值、營養(yǎng)價(jià)值的代謝產(chǎn)物被發(fā)現(xiàn)。6/23第一節(jié)

紅曲霉一、紅曲色素

紅曲色素是紅曲霉在生長代謝過程中產(chǎn)生的天然色素。紅曲色素是多種色素成分的混合物，以顏色的不同可分為黃色素、橘黃色素及紅色素三類；以溶解性不同可分為水溶性色素和脂溶性色素兩類。紅曲色素作為一種天然色素，安全性高，經(jīng)急慢性毒性實(shí)驗(yàn)及致畸、突變實(shí)驗(yàn)都證明其無毒，故紅曲色素已廣泛應(yīng)用于各種食品中。7/23第一節(jié)

紅曲霉一、紅曲色素

紅曲色素屬于聚酮類(Polyketide)色素，主要由6種結(jié)構(gòu)相近的成分組成，其中，Monascin(1)與Ankaflavin(2)為黃色素，Rubropunctatin(3)與Monascorubrin(4)為橘黃色素，Rubropunctamine(5)與Monascorubramine(6)為紅色素。紅曲色素具有廣泛的生物活性。如抑癌活性，其中以Monascorubrin是最有效的；橘黃色素Rubropuntatin和Monascorubrin對細(xì)菌、酵母和絲狀真菌具有抗菌活性，而且可抑制枯草桿菌(Bacillussubtilis)和熱帶念珠菌(Candidapseudotropicalis)的生長；黃色素Monascin和Ankaflavin對小鼠脾臟T細(xì)胞具有免疫抑制活性。8/23第一節(jié)

紅曲霉一、紅曲色素

除了上述6種主要色素以外，近年來科學(xué)家們從紅曲代謝產(chǎn)物中陸續(xù)分離得到了許多其他色素類化合物(7~35),具有多種不同的生物學(xué)活性，其結(jié)構(gòu)式見圖4-1。9/23第一節(jié)

紅曲霉二、莫納克林類化合物

1979年，首次從紅色紅曲霉No.1005的代謝產(chǎn)物中分離了能夠抑制膽固醇合成的物質(zhì)莫納可林K(MonacolinK)(36)。莫納可林K是3-差勁基-3甲基戊二酸單酰輔酶A(HMG-CoA)還原酶的競爭性抑制劑，而HMG-CoA還原酶是控制膽固醇合成速度的限速酶。莫納克林K的6-羥基-3-內(nèi)酯環(huán)的開環(huán)結(jié)構(gòu)(洛伐他汀酸)與HMG-CoA的結(jié)構(gòu)更為接近，且開環(huán)結(jié)構(gòu)的HMG-CoA還原酶抑制活性約是內(nèi)酯閉環(huán)結(jié)構(gòu)的2倍。10/23第一節(jié)

紅曲霉二、莫納克林類化合物

隨后，莫納克林K的類似物MonacolinJ(37)、MonacolinL(38)、DihydromonacolinL(39)、MonacolinX(40)、MonacolinM(41)、3a-hydroxy-3,5-dihydromonacolinL(42)、DihydromonacolinK(43)、DehydromonacolinK(44)、Monacolin3(45)、Monacolin4(46)、Monacolin6(47)、Dihydromonacolin-MV(48)和Dehydromonacolin-MV2(49)被陸續(xù)從不同株系中被分離出來。其中3a-hydroxy-3,5-dihydromonacolinL(42)沒有共軛雙鍵的紫外吸收，而且很不穩(wěn)定并較容易轉(zhuǎn)換成MonacolinL(38);Dihydromonacolin-MV(48)有較強(qiáng)的DPPH自由基清除活性、脂質(zhì)過氧化抑制活性和超氧化物自由基清除活性。11/23第一節(jié)

紅曲霉三、其他代謝物

(1)Ankalactone從安卡紅曲霉的培養(yǎng)液中分離到的a,/3-不飽和y-內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的化合物Ankalactone(50),對大腸桿菌和枯草桿菌的生長有抑制作用，但比紅曲色素Monascorubrin和Rubropunctatin的抗菌作用稍顯微弱。(2)Y-氨基丁酸和氯化乙酰膽堿叢毛紅曲霉IFO4520發(fā)酵米中發(fā)現(xiàn)了2個(gè)具有降壓作用的化合物Y-氨基丁酸和氯化乙酰膽堿。(3)DimerumicAcid從安卡紅曲霉發(fā)酵米中分離得到DimerumicAcid(51)具有較強(qiáng)的DPPH自由基清除活性，對小鼠四氯化碳誘發(fā)的肝損傷具有抗氧化及肝保護(hù)作用，對NADPH氧化酶介導(dǎo)的脂質(zhì)過氧化及二價(jià)鐵介導(dǎo)的脂質(zhì)過氧化也有抑制作用。(4)Monascodilone和Monascopyridines從紫色紅曲霉DSM1379發(fā)酵的紅曲米中分離了Monascodilone(52)、MonascopyridineA(53)和MonascopyridineB(54)。從紫色紅曲霉DSM1603發(fā)酵的紅曲米中分離得到了2個(gè)有細(xì)胞毒性的化合物MonascopyridineC(55)和MonascopyridineD(56)。12/23第一節(jié)

紅曲霉三、其他代謝物

(5)(+)/(-)-Monascumicacids和Monasfluores從MonascuspilosusIFO4520發(fā)酵的紅曲米中分離得到了2種對映異構(gòu)體氮雜環(huán)丁烷型氨基酸，分別為(+)-Monascumicacid(57)和(-)-Monascumicacid(58)。(-)-Monascumicacid1寸12-鄰十四烷酰大戟二萜醇-13-乙酸酯(TPA)誘導(dǎo)的炎癥和Epstein-Barr病毒早期抗原(EBV-EA)均有抑制作用，但(+)-Monascumicacid只對EBV-EA有抑制作用。從MonascusAS3.4444發(fā)酵紅曲米的乙醇提取物中分離出2個(gè)具藍(lán)色熒光的化合物MonasfluoreA(59)和MonasfluoreB(60)。(6)Monaspilosin、Monaspiloindole和Monaspy-ranoindole從MonascuspilosusBCRC38072的菌絲體中分離到Monaspilosin(61)、Monaspiloindole(62)、Monaspyranoindole(63)及一些已知化合物對羥基苯甲酸、5-羥甲基糖醛、對羥基苯甲酸甲酯、(Z)-pulchellalactam、(4R，5S)-5-hydroxyhexan-4-olide、反式咖啡酸、麥角固醇、6-谷甾醇、豆甾醇、6-谷甾基硬脂酸酯、亞油酸、環(huán)(脯氨酸-酪氨酸)。其中，monaspilosin,對羥基苯甲酸及反式咖啡酸具有較好的DPPH自由基清除活性。13/23第一節(jié)

紅曲霉三、其他代謝物

(7)Decalin衍生物及Monapurones從紅曲米的醋酸乙酯提取部分分離得到2個(gè)Decalin衍生物MonascusicAcidA(64)和化合物2(未命名，65)；從紅曲的石油醚部分，通過活性跟蹤分離方法，分離出3個(gè)新化合物MonapuronesA-C(66~68)，對人肺腺癌細(xì)胞A549有較高的細(xì)胞毒性。(8)Peroxymonascuspyrone及萜類化合物從誘變株紫色紅曲霉發(fā)酵的紅曲米95%乙醇提取物正丁醇部分，分離得到了一個(gè)新化合物Peroxymonascuspyrone(69)和7個(gè)已知化合物3-表樺木酸、3-表樺木酸乙酸酯、無羈萜、斯巴醇、a-tocospiroA、a-杜松醇及anticopalol。從MonascuspilosusBCRC38072發(fā)酵的紅曲米正丁醇提取部分分離得到了一個(gè)新倍半萜化合物Monaspilosuslin(70)及5個(gè)已知化合物3。-羥基多孔甾-5烯-7-酮、6-扶桑甾醇、N-反式阿魏酰酪胺、香草酸及a-生育醌。14/23第一節(jié)

紅曲霉三、其他代謝物

(9)橘青霉素橘青霉素(Citrinin,71)為紅曲霉產(chǎn)生的真菌毒素，為酸性檸檬黃晶體，熔點(diǎn)為172V,在甲醇溶液中的紫外最大吸收波長為250nm和333nm。橘青霉素難溶于水(橘青霉素的鈉鹽易溶于水)，而易溶于甲醇、乙月青、乙醇及其他大部分極性有機(jī)溶劑。15/23第一節(jié)

紅曲霉四、紅曲霉主要代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)調(diào)控

紅曲霉是我國重要的微生物資源，能產(chǎn)生廣泛的具有生物活性的天然產(chǎn)物，應(yīng)用到諸多領(lǐng)域。目前，調(diào)控紅曲代謝產(chǎn)物主要是通過選育菌種、優(yōu)化培養(yǎng)基和發(fā)酵條件及物理場輔助發(fā)酵的方法來實(shí)現(xiàn)。1.菌株選育法紫外線及其復(fù)合誘變紫外線誘變(1)輻射、激光和離子束育種(2)分子育種：利用基因工程技術(shù)，構(gòu)建紅曲霉的T-DNA隨機(jī)插入突變菌株庫，通過篩選代謝產(chǎn)物產(chǎn)量發(fā)生變化的突變菌株。16/23第一節(jié)

紅曲霉四、紅曲霉主要代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)調(diào)控

2.培養(yǎng)基和發(fā)酵參數(shù)優(yōu)化法通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)或響應(yīng)面分析方法優(yōu)化紅曲霉發(fā)酵工藝條件，可提高洛伐他汀產(chǎn)量、紅曲色素總色價(jià)及產(chǎn)量和［-氨基丁酸的產(chǎn)量，也可以得到在色價(jià)較高時(shí)桔霉素相對含量最低的發(fā)酵工藝。培養(yǎng)基和發(fā)酵參數(shù)優(yōu)化法是目前工業(yè)中常用提高紅曲霉代謝產(chǎn)物量的方法。(1)洛伐他汀在以大米作為主要發(fā)酵培養(yǎng)基，不同營養(yǎng)成分經(jīng)優(yōu)化后，紅曲發(fā)酵過程中洛伐他汀的代謝量可以得到較高值。有研究表明，紅曲霉發(fā)酵代謝洛伐他汀時(shí)，碳源以甘油為最好，葡萄糖次之。有機(jī)氮源能促進(jìn)菌體的次級代謝，其中牛肉膏、蛋白胨作用優(yōu)于酵母膏。無機(jī)氮源中NaNO3效果好于(NHQ2SO4。碳氮比為5.33時(shí),洛伐他汀產(chǎn)量最高。向培養(yǎng)基中加入0.5%的乙醇或加入5g/L的NH4Cl均能提高洛伐他汀的產(chǎn)量。17/23第一節(jié)

紅曲霉四、紅曲霉主要代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)調(diào)控

(2)色素以玉米粉作為碳源的產(chǎn)紅色價(jià)最高，色調(diào)也最紅，其次是大米粉。有機(jī)氮源明顯比無機(jī)氮源更利于菌體生長與色素的分泌，蛋白胨作氮源時(shí)色價(jià)最高，其次為大豆和味精對紅曲色素合成酶系的形成有較大影響，其添加量影響紅曲產(chǎn)色素的能力，在較低的環(huán)境下易生成黃色素。在培養(yǎng)基中適量添加醋酸可以在色價(jià)小幅下降的情況下改善產(chǎn)品的色調(diào)。酵母濾液可以促進(jìn)紅曲紅色素增產(chǎn)，其水溶性紅色素產(chǎn)量最高。在紅曲霉培養(yǎng)液中加入60g/L的植物油，紅色色價(jià)比對照組高出73%。(3)橘青霉素向培養(yǎng)基中加入0.5%乙醇或加入甲硫氨酸和5g/L的尿素均可以降低橘青霉素的產(chǎn)量。辛酸和月桂酸等可抑制橘青霉素的產(chǎn)量，而玉米油能提高橘青霉素的產(chǎn)量。含氮源的培養(yǎng)基會強(qiáng)化橘青霉素的生產(chǎn)。18/23第一節(jié)

紅曲霉四、紅曲霉主要代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)調(diào)控

3.物理場輔助發(fā)酵法超聲波處理可以使紅曲霉菌絲體分散，發(fā)酵液黏度降低，物質(zhì)混合均勻，有利于氧氣及營養(yǎng)物質(zhì)的傳遞，進(jìn)而有利于菌體的代謝和產(chǎn)物量的提高。紅色單色光對平板培養(yǎng)的紅曲霉菌落形態(tài)有明顯的影響；在液態(tài)發(fā)酵時(shí)，紅光在發(fā)酵初期可促進(jìn)紅曲霉的生長并促進(jìn)其提前進(jìn)入色素合成期；紅光培養(yǎng)與黑暗培養(yǎng)對照相比，其發(fā)酵液、菌絲及單位菌絲中產(chǎn)生的色素都有明顯提高，并在一定程度上降低了橘青霉素的產(chǎn)量。另外，紅光穩(wěn)定且持續(xù)地刺激紅曲霉生產(chǎn)紅色素，而藍(lán)光抑制其生產(chǎn)。較強(qiáng)的磁場通常會抑制微生物的生長，而弱磁場對微生物生長有促進(jìn)作用，不同種類微生物其磁效應(yīng)的結(jié)果亦不同。磁場處理可以改變?nèi)樗峋拇x途徑，增強(qiáng)或抑制乳酸鏈球菌素的生產(chǎn)。19/23第一節(jié)

紅曲霉五、紅曲霉在釀酒工業(yè)中的應(yīng)用

1.紅曲霉在白酒中的應(yīng)用紅曲霉可代謝產(chǎn)生對白酒釀造至關(guān)重要的糖化酶、酯化酶等酶，若在釀酒中加入適當(dāng)比例紅曲霉，不僅能提高對物料的利用率和糖化時(shí)間，還能根據(jù)特定的發(fā)酵條件,控制發(fā)酵過程中所需酯類的合成，進(jìn)而獲得具有獨(dú)特口感、香味的酒。濃香型白酒發(fā)酵過程中添加紅曲霉，其代謝產(chǎn)生的酯化酶能較強(qiáng)促進(jìn)己酸乙酯的合成，進(jìn)而改善酒的風(fēng)味、質(zhì)量；清香型白酒發(fā)酵過程中添加紅曲霉,對提高乙酸乙酯含量、增香提質(zhì)效果明顯。將酯化酶粗酶制劑應(yīng)用于濃香型大曲酒的釀造，曲量用量可降低5%,出酒率及優(yōu)品率均提高約5%,己酸乙酯與乳酸乙酯的比例提高約1%;在紅曲霉固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)酯化酶過程中，添加乳酸與乙醇可明顯提高紅曲霉酯化力。目前白酒釀造中多用紅曲霉制成的強(qiáng)化大曲或粗酶制劑來提高酯類的合成，但仍存在活性較低、不穩(wěn)定、效果不明顯等問題，可借助工程技術(shù)提純酯化酶，制成穩(wěn)定性高的酶制劑；還可通過基因工程、誘變育種等技術(shù)整合或篩選、誘變出高產(chǎn)酯化酶和糖化酶的紅曲霉菌種，以提高白酒產(chǎn)率、品質(zhì)及改善白酒風(fēng)味。此外，通過添加外源物質(zhì)，如葡萄糖、乳酸、乙醇及新鮮酵母培養(yǎng)物等，也能提高紅曲霉產(chǎn)酶能力。20/23第一節(jié)

紅曲霉五、紅曲霉在釀酒工業(yè)中的應(yīng)用

2.紅曲霉在黃酒中的應(yīng)用黃酒是在谷物和水中添加酒曲后經(jīng)糖化發(fā)酵釀制成的風(fēng)味獨(dú)特、特色鮮明的發(fā)酵產(chǎn)物，它含有豐富的氨基酸、活性肽和蛋白質(zhì)等活性物質(zhì)，而紅曲霉作為一種高效糖化發(fā)酵劑，其發(fā)酵過程中能產(chǎn)生紅曲色素、Y-氨基西酸（GABA）和MonacolinK等多種功能物質(zhì)，故被廣泛用于黃酒釀造。將紅曲色素勾兌在酒中，可以賦予酒類獨(dú)特的色澤，還可延長酒的保質(zhì)期；福建老紅酒、義烏丹溪紅曲酒、金華壽生酒和臺灣紅露酒，均在發(fā)酵過程中加入了紅曲，酒體顏色鮮艷、香味濃郁、保健功能較強(qiáng)，且保質(zhì)期長；紅曲霉發(fā)酵產(chǎn)物可以增香著色，在熟制糯米中接種20%紅曲霉，在35^發(fā)酵120h，可釀造出酒體協(xié)調(diào)、色澤紅亮、口感香醇的甜米酒。以液態(tài)紅曲替代固態(tài)紅曲釀造紅曲黃酒，可提高酒樣色值中的a值，酒體顏色更紅，且理化及感官指標(biāo)基本符合清爽型干黃酒的國標(biāo)要求。紅曲霉還能夠提高黃酒的營養(yǎng)價(jià)值，例如，紅曲發(fā)酵的黃酒中的MonacolinK能競爭性抑制HMG-CoA還原酶活性，阻礙膽固醇合成，起到預(yù)防多種心腦血管疾病的功效，因而由紅曲霉釀制的黃酒是降血脂的健康飲品。21/23第一節(jié)

紅曲霉五、紅曲霉在釀酒工業(yè)中的應(yīng)用

3.紅曲霉在保健酒中的開發(fā)應(yīng)用保健酒在釀制過程中添加了中藥材或其他營養(yǎng)成分，它是藥酒的分支，卻不以治療為目的，它含有的不同功效成分，使其具有抗疲勞、抗衰老、健脾胃和提神醒腦等保健功能，紅曲霉因具有較強(qiáng)的糖化力和藥食同源性，不僅為酒液增色增香，其代謝活性成分也有調(diào)節(jié)機(jī)能，滋補(bǔ)養(yǎng)生等功效，被廣泛用于生產(chǎn)紅曲保健酒。目前關(guān)于紅曲霉在保健酒中的應(yīng)用研究，大多是從已知的生理活性產(chǎn)物入手,忽略了未知功能物質(zhì)的挖掘，若采用傳統(tǒng)的分離純化手段研究純菌，同時(shí)利用蛋白組學(xué)和代謝組學(xué)等方法研究純種紅曲霉的代謝特性，可能會發(fā)現(xiàn)紅曲霉更多獨(dú)特的功能性代謝成分；其次，釀造保健酒所用原料的產(chǎn)地、品種不同，造成酒的質(zhì)量參差不齊，為提高保健酒的質(zhì)量及品質(zhì)穩(wěn)定性，必須對原料的來源和質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制；此外，保健酒的釀造工藝也需要得到持續(xù)改進(jìn)與提升，出酒率和有效成分含量提高的同時(shí)，生產(chǎn)成本也能降低，以此深入推進(jìn)我國保健酒產(chǎn)業(yè)優(yōu)質(zhì)高效發(fā)展。22/23第一節(jié)

紅曲霉第二節(jié)

丙酸桿菌一、丙酸桿菌的分類學(xué)特征和分布

丙酸桿菌是一類革蘭氏陽性菌，不形成芽孢，不運(yùn)動(dòng)。過氧化氫酶陽性，都含有血紅素酶，如細(xì)胞色素和過氧化氫酶。通常是多形態(tài)的，類白喉菌或棒狀，一端圓鈍而另一端漸細(xì)或變尖，著色不深。細(xì)菌通常排列成單個(gè)、成對或V和Y字形狀；短鏈或叢生排列。化能異氧，厭氧到耐氧，在30-37^和pH接近7時(shí)生長最快。丙酸桿菌包括2大類群：皮膚丙酸桿菌和乳丙酸桿菌，又稱經(jīng)典丙酸桿菌。前者來源于人的皮膚，是人皮膚的正常菌群，人、雞和豬等脊椎動(dòng)物的糞便中也有該菌存在，它是條件致病菌，和人的某些皮膚感染有關(guān)，主要包括煙瘡丙酸桿菌、貪婪丙酸桿菌、顆粒丙酸桿菌和嗜淋巴丙酸桿菌等。后者從土壤、蔬菜、乳品及青貯飼料中分離得到，由于其無致病性，廣泛用于發(fā)酵工業(yè)，主要用來生產(chǎn)瑞士奶酪和生物法生產(chǎn)丙酸及維生素B,2O乳丙酸桿菌包括產(chǎn)丙酸丙酸桿菌、特氏丙酸桿菌、詹氏丙酸桿菌和費(fèi)氏丙酸桿菌等。24/23第二節(jié)

丙酸桿菌二、丙酸桿菌的有益作用

(1)丙酸產(chǎn)生和乳酸利用丙酸是一種重要的有機(jī)酸，消化道內(nèi)高水平丙酸有益于腸道完整性。在腸道中丙酸桿菌能利用乳酸菌和雙歧桿菌生成的乳酸轉(zhuǎn)化為丙酸,起到有益作用。同時(shí)丙酸及其鹽類對霉菌和細(xì)菌有滅殺作用。(2)對雙歧桿菌生長的刺激作用費(fèi)氏丙酸桿菌7025能產(chǎn)生一種雙歧桿菌生長刺激因子(BGS),它存在于丙酸桿菌的無細(xì)胞濾液中，這種刺激因子有水溶性，相對分子質(zhì)量小于3000,對熱、pH和蛋白酶有一定耐受性。丙酸桿菌能產(chǎn)生刺激因子之一是2-氨基-3-羧基-1,4-萘醌。不是所有的雙歧桿菌都被丙酸桿菌培養(yǎng)物刺激，有的被抑制生長，因此推測BGS具有特異性。(3)細(xì)菌素的產(chǎn)生細(xì)菌素是篩選益生菌的一個(gè)重要因素，它可抑制其他微生物生長，使其自身在腸道中處于優(yōu)勢地位。乳品丙酸桿菌能合成了一種特殊的多肽或蛋白一丙酸桿菌素。丙酸桿菌素可抑制多種細(xì)菌和真菌生長，從而起到預(yù)防疾病的目的。目前研究的丙酸桿菌素主要有6種，分別是丙酸桿菌素PLG-1、Tl、SM1、JenseniinG、PAMP和Microgard,它們的特性見表4-1。25/23第二節(jié)

丙酸桿菌二、丙酸桿菌的有益作用

26/23第二節(jié)

丙酸桿菌二、丙酸桿菌的有益作用

(4)免疫調(diào)節(jié)注射和口服丙酸桿菌可有效刺激機(jī)體免疫反應(yīng)。目前已有許多把丙酸桿菌作為免疫刺激因子治療疾病的研究。(5)產(chǎn)生維生素丙酸桿菌特殊的代謝可產(chǎn)生維生素B12、葉酸和生物素。維生素是作為輔酶或輔助因子參與機(jī)體代謝過程，是機(jī)體物質(zhì)代謝和細(xì)胞增殖不可缺少的物質(zhì)。維生素Bl2是一種重要的飼料添加劑，它對上皮細(xì)胞的正常更新和紅細(xì)胞的新生及成熟都有重要作用，同時(shí)還是生物合成核酸和蛋白所必需的物質(zhì)。葉酸也是一種重要的輔助因子，參與多種代謝反應(yīng)，包括DNA和RNA的生物合成。生物素參與碳水化合物、脂類和蛋白質(zhì)的代謝，還與溶菌酶活化和皮脂腺的功能有關(guān)。27/23第二節(jié)

丙酸桿菌第三節(jié)

明串珠菌一、明串珠菌的分離篩選

明串珠菌的生存環(huán)境十分廣泛，植物表面和根部較為常見，是韓國泡菜、中國酸菜、墨西哥干酪等發(fā)酵食品中的優(yōu)勢菌群，利用純培養(yǎng)法可對明串珠菌進(jìn)行分離。早在1964年就有學(xué)者通過向培養(yǎng)基中添加乳清和不溶性檸檬酸鈣來篩選乳中的明串珠菌。自此之后，眾多學(xué)者對明串珠菌選擇性培養(yǎng)基展開多年探索，嘗試使用HP培養(yǎng)基、LMM培養(yǎng)基、LUSM培養(yǎng)基等，但直至目前，仍未探索出一種十分精準(zhǔn)的明串珠菌選擇性培養(yǎng)基，現(xiàn)今多數(shù)研究普遍采用添加20g/LCaCO3的MRS培養(yǎng)基配合使用含30^g/mL萬古霉素的MRS培養(yǎng)基對明串珠菌進(jìn)行分離篩選。對于明串珠菌的鑒定，除了傳統(tǒng)的生理生化指標(biāo)外，目前多數(shù)研究更傾向于利用快速、準(zhǔn)確的分子生物學(xué)手段，如G+C含量測定、同源性比較、系統(tǒng)發(fā)育分析等。29/23第三節(jié)

明串珠菌二、明串珠菌的特性

1.生物學(xué)特性明串珠菌是一種G+C含量低于50%的革蘭氏陽性異型發(fā)酵乳酸菌，菌落形態(tài)為直徑小于1.0mm、灰白色、圓形、光滑濕潤、中心凸起但邊緣整齊、透明度較低，其大小為(0.5~0.7)x(0.7~1.2)^m2,在電鏡下通常為橢圓形或球形，以成對或短鏈形態(tài)排列，極少為長鏈。明串珠菌在20-30^時(shí)生長繁殖最為旺盛，最適pH為6.5,不產(chǎn)生吲哚、細(xì)胞色素，不溶血，不還原硝酸鹽。明串珠菌屬于化能有機(jī)營養(yǎng)型菌株,在兼性厭氧環(huán)境中生長情況最佳，即0.05g/100mL半胱氨酸-鹽酸鹽、19.8%CO2、11.4%H2和其生長要求培養(yǎng)基內(nèi)包含復(fù)雜的生長素和氨基酸，屬內(nèi)所有種的生長均離不開煙酸、硫胺素、泛酸、生物素，但均不需要鉆胺素和對氨基苯甲酸。明串珠菌能夠以碳水化合物為發(fā)酵底物來維持生長，同時(shí)伴隨產(chǎn)生D-乳酸、乙酸、細(xì)菌素、胞外多糖、甘露醇、雙乙酰等代謝產(chǎn)物，而明串珠菌的這些特性使其在醫(yī)藥衛(wèi)生、食品保健等領(lǐng)域的發(fā)展擁有廣闊前景。30/23第三節(jié)

明串珠菌二、明串珠菌的特性

2.抑菌特性明串珠菌屬的某些細(xì)菌對常見致病菌有較明顯的拮抗作用，是由于明串珠菌能夠利用蔗糖代謝產(chǎn)生多種有機(jī)酸、過氧化氫、細(xì)菌素，從而抑制某些乳酸菌的生長。1990年，哈丁（Harding）等從肉中分離出1株對單核細(xì)胞增生李斯特菌有較強(qiáng)抑制作用的明串珠菌。1992年，赫卡德（Hechard）等從山羊乳中篩選出1株同樣對李斯特單胞桿菌有很強(qiáng)抑制作用的腸膜明串珠菌。崔虎山等將從發(fā)酵食品中分離出的2株抑菌性明串珠菌于121^處理20min,或?qū)⑵渲糜趐H3.0~10.0的環(huán)境中時(shí)，菌株均具有抑菌活性。帕特里夏（Patricia）等從釀酒中分離出29株腸膜明串珠菌，所有菌株對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌等潛在致病菌均具有抑制作用，因此腸膜明串珠菌能夠降低消費(fèi)者的飲食風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也能夠減少釀造業(yè)因啤酒中的有害細(xì)菌而遭受的經(jīng)濟(jì)損失。明串珠菌細(xì)菌素現(xiàn)存的缺點(diǎn)限制了其在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，一方面明串珠菌細(xì)菌素的抑菌譜較窄，另一方面明串珠菌細(xì)菌素處于堿性環(huán)境中會失去活性。31/23第三節(jié)

明串珠菌二、明串珠菌的特性

3.產(chǎn)甘露醇特性甘露醇是一種低熱量的糖，可以替代食品中的蔗糖、乳糖、葡萄糖或果糖，它是獨(dú)立于胰島素代謝的，也可用于預(yù)防糖尿病食品中，具有一定的保健性。自然界中很多微生物均能合成甘露醇，如細(xì)菌、酵母菌和霉菌等，然而明串珠菌發(fā)酵生產(chǎn)甘露醇有著其自身的優(yōu)勢。首先，利用明串珠菌進(jìn)行發(fā)酵，甘露醇為主要產(chǎn)物，且安全易純化、條件易達(dá)到、轉(zhuǎn)化率較高。其次，明串珠菌能利用較廉價(jià)的碳源合成甘露醇，因此相較于乳桿菌來說，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的潛力更大。因此，對于明串珠菌產(chǎn)甘露醇的生產(chǎn)工藝進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)開發(fā)，使其應(yīng)用有著廣闊的前景。32/23第三節(jié)

明串珠菌二、明串珠菌的特性

3.產(chǎn)雙乙酰特性雙乙酰是一種良好的風(fēng)味物質(zhì)，明串珠菌經(jīng)檸檬酸代謝可生成雙乙酰和CO?等。雙乙酰風(fēng)味閾值偏低，當(dāng)其質(zhì)量濃度較低（1.5~5.0mg/mL）時(shí)就能夠賦予食品濃郁的風(fēng)味。在明串珠菌發(fā)酵過程中，雙乙酰的產(chǎn)量還受到多種因素的制約，一方面雙乙酰還原酶的活性較低將直接影響雙乙酰產(chǎn)量，另一方面，檸檬酸利用完全后，其代謝產(chǎn)生的雙乙酰會出現(xiàn)高降解，因此改變發(fā)酵條件有助于提高明串珠菌發(fā)酵液中雙乙酰的含量，比如增加通氧時(shí)間、發(fā)酵前期添加檸檬酸等。4.有益性明串珠菌并不能夠在腸道系統(tǒng)內(nèi)定植，而且其借助細(xì)胞的微生物活動(dòng)對宿主發(fā)揮的積極影響也非常有限，但是當(dāng)人體攝入的明串珠菌細(xì)胞達(dá)到相對較高的數(shù)量時(shí)，其對健康有益效果便能夠充分體現(xiàn)。33/23第三節(jié)

明串珠菌三、明串珠菌的應(yīng)用

明串珠菌屬內(nèi)的腸膜明串珠菌乳脂亞種是發(fā)酵生產(chǎn)中一種優(yōu)良的風(fēng)味劑，可以通過發(fā)酵檸檬酸產(chǎn)生具有特殊氣味的物質(zhì)，已被添加于多種傳統(tǒng)發(fā)酵乳制品，例如乳酪（白軟干酪、奶油干酪、羊乳酪、高田干酪、伊達(dá)干酪、哈瓦提干酪、夸克干酪和藍(lán)脈奶酪）、成熟（乳酸）黃油、酪乳、酸奶油和斯堪的納維亞發(fā)酵乳。乳制品發(fā)酵劑（如乳球菌和乳酸桿菌）中產(chǎn)生的乙醛是奶酪、奶油和發(fā)酵乳中的主要風(fēng)味物質(zhì)，過量的乙醛會導(dǎo)致乳制品中青蘋果樣味道缺失。明串珠菌可以將乙醛作為電子受體，將其還原為乙醇或者將其氧化成乙酸，從而改善產(chǎn)品風(fēng)味。乳脂亞種和右旋葡聚糖亞種腸膜明串珠菌可作為生產(chǎn)酸乳的輔料，修飾乙醛味道，產(chǎn)生雙乙酰風(fēng)味。由明串珠菌EPS產(chǎn)生的乙酸、乙醇和C02也有助于提升產(chǎn)品的整體風(fēng)味和特性。明串珠菌的代謝產(chǎn)物不僅有利于發(fā)酵乳制品風(fēng)味的形成，還能夠影響發(fā)酵乳制品的組織狀態(tài)和貯藏期，明串珠菌作為發(fā)酵劑菌種或非發(fā)酵劑乳酸菌應(yīng)用到發(fā)酵乳制品中將會在很大程度上提高產(chǎn)品的感官質(zhì)量或功能性。34/23第三節(jié)

明串珠菌第四節(jié)

凝結(jié)魏茨曼氏菌一、凝結(jié)魏茨曼氏菌的性狀及特點(diǎn)

凝結(jié)魏茨曼氏菌，兼性厭氧，屬革蘭氏陽性菌。最適生長溫度為45^-50^，最適pH為6.6-7.0,為同型乳酸發(fā)酵菌，可將糖類分解成L-乳酸，能形成穩(wěn)定性好易儲存的芽孢，菌株本身可合成多種氨基酸，又可產(chǎn)生蛋白酶，對蛋白質(zhì)的消化吸收代謝有促進(jìn)作用，此外，凝結(jié)魏茨曼氏菌還耐鹽，在10~80g/LNaCl溶液中，凝結(jié)魏茨曼氏菌均可存活超過4周；耐酸，pH<4.0時(shí)，其抗逆性會降低，但即使在pH2.42的酸性溶液中，存放一年后，其活菌數(shù)仍達(dá)105CFU/mL;耐高熱，其芽孢在沸水中保存30min也不會死亡；芽孢萌發(fā)速度快，可在腸道內(nèi)快速生長為營養(yǎng)體，定植性較強(qiáng)，有助于營造腸道乳酸菌繁殖所需的厭氧環(huán)境；殺菌活性，能產(chǎn)生凝結(jié)素，對多種致病菌如糞腸球菌、沙門氏菌、創(chuàng)傷弧菌和綠膿桿菌等都具有殺菌活性。36/23第四節(jié)

凝結(jié)魏茨曼氏菌二、 凝結(jié)魏茨曼氏菌的篩選及發(fā)酵

1.凝結(jié)魏茨曼氏菌的篩選(1)平板初篩從健康畜禽腸道內(nèi)容物和蝦塘淤泥等采集凝結(jié)魏茨曼氏菌，將樣品接入改良的MRS培養(yǎng)基中，37V靜置培養(yǎng)富集，后轉(zhuǎn)入乳酸菌培養(yǎng)基平板，37氣恒溫培養(yǎng)24h,挑取具有溶鈣圈的單菌落，反復(fù)劃線分離，獲得純菌株。(2)生理生化鑒定可參照《常見細(xì)菌系統(tǒng)鑒定手冊》和《微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教程》進(jìn)行形態(tài)學(xué)和生化特征的初步鑒別。目前通過分子生物學(xué)鑒定，主要包括染色體DNA的提取、菌株16SrDNA的擴(kuò)增克隆、序列測定及基于局部比對算法的搜索工具(BLAST)比對等步驟。(3)菌株產(chǎn)酸能力測定方法EDTA螯合Ca2+測定乳酸的原理與總酸度的測定原理基本相同，為滿足快速篩選的要求，可在培養(yǎng)48h后，用pH計(jì)直接測定培養(yǎng)基中pH,表示菌株產(chǎn)酸能力的強(qiáng)弱。(4)膽鹽耐受及低pH耐受鑒定取幾支裝有10mL乳酸菌增殖培養(yǎng)基的液體試管，分別加入終質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.03g/L的牛膽鹽，接入10g/L的初篩菌種，37^恒溫培養(yǎng)24h，以不添加膽鹽的試管作對照，于OD600處檢測吸光度。配制不同pH的牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，pH分別為2.0,2.5,3.0,3.5,4.0,4.5,5.0,5.5和6.0。分別將耐膽鹽篩選得到的菌株接種到不同液體培養(yǎng)基中，找出各芽孢桿菌在培養(yǎng)基中生長的最低pH,達(dá)到選擇pH耐受性最強(qiáng)菌株的目的。37/23第四節(jié)

凝結(jié)魏茨曼氏菌二、 凝結(jié)魏茨曼氏菌的篩選及發(fā)酵

2.凝結(jié)魏茨曼氏菌的發(fā)酵研發(fā)低成本、高活菌數(shù)和產(chǎn)孢率高的凝結(jié)魏茨曼氏菌發(fā)酵工藝技術(shù)是產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。凝結(jié)魏茨曼氏菌可通過液體發(fā)酵獲得，活菌數(shù)可達(dá)109~10l0CFU/mL,但芽孢形成率不高。對凝結(jié)魏茨曼氏菌發(fā)酵過程進(jìn)行優(yōu)化，活菌數(shù)量達(dá)3.9x109CFU/mL。就目前的研究現(xiàn)狀來說，芽孢的純化技術(shù)難度較大。針對液體發(fā)酵高密度培養(yǎng)效果的不理想的問題，主要是因?yàn)槟Y(jié)魏茨曼氏菌經(jīng)同型發(fā)酵后生成大量乳酸，在發(fā)酵液中不斷積累，造成pH下降，抑制菌體生長，從而提出解決途徑：應(yīng)用過濾技術(shù)，降低乳酸含量，為菌體生長創(chuàng)造有利條件。38/23第四節(jié)

凝結(jié)魏茨曼氏菌三、 凝結(jié)魏茨曼氏菌的作用機(jī)制及生物學(xué)功能

1.凝結(jié)魏茨曼氏菌的作用機(jī)制凝結(jié)魏茨曼氏菌產(chǎn)品一般采用口服方式，當(dāng)其過十二指腸后，芽孢體萌發(fā)成營養(yǎng)細(xì)胞，開始快速生長繁殖，約30min就可繁殖1世代。凝結(jié)魏茨曼氏菌在腸道內(nèi)分泌乳酸，營造酸性環(huán)境，適宜有益菌生長，調(diào)節(jié)腸道菌群平衡；還能分泌淀粉酶和蛋白酶等酶類，促進(jìn)機(jī)體對營養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收；可產(chǎn)生B族維生素、氨基酸和短鏈脂肪酸等物質(zhì)，補(bǔ)充宿主自身所需的某些營養(yǎng)物質(zhì)，并能加快小腸蠕動(dòng)速度，改善腸道消化功能。凝結(jié)魏茨曼氏菌在腸道內(nèi)定居后，可產(chǎn)生大量凝固素和L-乳酸等抑制有害菌物質(zhì)，對大腸埃希氏菌、沙門氏菌、志賀氏菌、變形桿菌、長球菌、明串珠球菌、李斯特菌和小