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传统乳制品中产氨基丁酸乳酸菌的筛选重点

www.chinadairy.net

rpgy@chinajournal.net.cn

中国乳品工业

CHINAdairyINDUSTRY

传统乳制品中产γ-氨基丁酸乳酸菌的筛选

冀林立,方芳,魏小雁,张彦斌,孟和毕力格

(内蒙古农业大学乳品生物技术与工程教育部重点实验室食品科学与工程学院,呼和浩特010018)摘

要:

采用薄层层析法和高效液相色谱法,对分离自传统发酵乳制品中的乳酸菌进行了γ-氨基丁酸生成能力的分析。

薄层层析结果

显示,在质量浓度为10g/L的L-谷氨酸钠(L-MSG)的TYG液体培养基中,180株乳酸菌中有20株菌可生成γ-氨基丁酸;通过高效液相色谱法定量分析,获得9株生成量较高的菌株,分别为L.lacticsubsp.lactisWH11-1(2.477g/L)、M10-4-3(1.405g/L)、L.raffinolactis

WZ20-2(1.132g/L)、L.lacticsubsp.lactisM11-3(1.115g/L)、L.lacticsubsp.lactisWZ1-2(1.006g/L),L.plantarumS1-1(0.581g/L)、L.plan-tarumM5-1-1(0.310g/L)、L.plantarumM11-2-1(0.225g/L)和L.salivariusM11-1(0.0.211g/L)。

该项研究为富含γ-氨基丁酸功能性

乳制品的开发奠定了基础。

关键词:

乳酸菌;γ-氨基丁酸;薄层层析;高效液相色谱法中图分类号:

Q93-331

文献标识码:

文章编号:

1001-2230(2008)05-0004-04

Screeningofγ-aminobutyricacidyieldinglacticacidbacteriaintraditionaldairyproducts

JILin-li,FANGFang,WEIXiao-ye,ZHANGYan-bin,MENGHEBILIGE

(KeyLabofDairyBiotechnologyandBioengineering,MinistryofEducation,DepartmentofFoodScienceandEngi-neering,InnerMongoliaAgricultureUniversity,Huhhot010018,China)

Abstracts:

TheabilityofLacticacidbacteriaisolatedfromtraditionalfermenteddairyproductsforγ-AminoButyricAcid(GABA)producingwereanalyzedusingThinLayerChromatography(TLC)andHighPerformanceLiquidChromatography(HPLC).TheresultsofTLCshowsthat20strainsofLABcansynthesisedGABA.ThroughtheHPLCmethod,9strainsofLABcanproducedmoreGABA.TheyareL.lacticsubsp.lactisWH11-1(2.477g/L),M10-4-3(1.405g/L),L..raffinolactisWZ20-2(1.132g/L),L.lacticsubsp.lactisWZ1-2(1.115g/L),L.lacticsubsp.lactisM11-3(1.006g/L),L.plantarumS1-1(0.581g/L),L..plantarumM5-1-1(0.310g/L),L.plantarumM11-2-1(0.225g/L)andL.salivariusM11-1(0.0.211g/L).For

developingfunctionaldairyproductsrichinGABA,thisworkmayestablishfoundations.

Keywords:

lacticacidbacteria;γ-AminoButyricAcid;thinlayerchromatography;highperformanceliquidchromatography

0引言

乳酸菌广泛分布于自然环境和各种发酵食品中,尤其是在传统发酵乳制品中呈优势菌群影响着其风味和制品的功能性。

近年来,国内外学者研究发现一些乳酸菌具有GAD活性,

能促进L-谷氨酸盐(L-

γ-氨基丁酸(γ-AminoButyricAcid,GABA),是

以自由态形式广泛存在于原核生物和真核生物中的一种非蛋白质氨基酸,是哺乳动物中枢神经系统的一种抑制性神经递质。

已研究证明,GABA具有调节血压,抑制动脉硬化,改善肝肾功能,活跃脑代谢以及镇定等作用[1,2]。

因此,GABA在医药保健制品和功能性食品的开发应用方面具有重要的研究价值。

收稿日期:

2007-09-30

基金项目:

内蒙古农业大学博士基金项目(K31610)。

作者简介:

冀林立(1979–),女,硕士研究生,从事乳品微生物方面的

研究。

通讯作者:

孟和毕力格

MSG)转化为GABA。

利用GABA合成能力较高的乳酸

菌开发富含GABA的功能性食品以及医药保健制品成为热点[2,3]。

本研究以蒙古族传统发酵乳制品中分离的乳酸菌为出发菌株,筛选了合成GABA能力较高的菌株,旨在为我国传统乳制品中乳酸菌资源的应用开辟一条的新的路子。

1.1

材料

试验菌株:

以内蒙古农业大学乳品生物技术与工

42008年第36卷第5期(总第210期)

ResearchPapers研究报告

程教育部重点实验室分离保藏的98株乳酸球菌和82株乳杆菌为试验菌株。

参考菌株:

Laccoccuslacticsubsp.lactisIFO12007,

性试验、葡萄糖产气试验、发育温度试验、耐酸试验、耐盐试验、精氨酸产氨试验以及糖类发酵试验等,从而判定GABA产生菌株的菌属属性。

EnterococcusfacealisAS1.013,Lactobacillusacidophilus

tobacillushelveticusATCC12278,均购ATCC4356和Lac

自中国科学院微生物所菌种保藏中心。

主要试剂及材料:

γ-氨基丁酸(批号:

20060312);

2.1

结果与分析

薄层层析结果分析

将各测试菌株分别接种于质量浓度为10g/L的

L-谷氨酸钠(批号:

602E1223)。

纤维素薄层层析板

(20cm×20cm×0.1mm)。

L-MSG的TYG液体培养基中,30℃培养24h后,将发

酵液离心后,取定量上清液点样于薄层层析板上展层并显色。

结果显示,在180株乳酸菌中,有20株菌可生成

MRS液体培养基[4]:

蛋白胨10g/L,牛肉膏10g/L,酵

母膏5g/L,葡萄糖5g/L,乙酸钠5g/L,吐温-801g/L,柠檬酸三钠2g/L,磷酸氢二钾2g/L,硫酸镁0.2g/L,硫酸锰0.05g/L,pH值为6.6~6.8;121℃,15min灭菌备用。

GABA。

部分乳酸菌薄层层析图谱如图1所示。

TYG液体培养基[5]:

蛋白胨5g/L,酵母膏5g/L,葡

萄糖10g/L,丁二酸钠5g/L,pH值为6.6~6.8;121℃,

15min灭菌备用。

1.21.2.1

方法菌株活化

将真空冷冻干燥保藏的菌种接种于MRS液体培养基中,30℃培养16~24h,待生长良好后,重复上一步骤1~2次,使菌株活力恢复至正常生长状态。

图1图1中,

乳酸菌培养液的薄层层析图谱

注:

0为GABA标准样;10为L-MSG标准

1.2.2生成GABA菌株的初步筛选

取上述培养18h的培养液,按体积分数为3%接种

样;1为M11-1;2为M10-4-3;3为M5-1-1;4为M

11-3;5为S1-1;6为WH11-1;7为WZ20-2;8为WZ1-2;9为M11-2-1。

2.2

高效液相色谱结果分析

量接种于质量浓度为10g/L的L-谷氨酸钠(L-MSG)的TYG液体培养基中,30℃静置培养24h。

取发酵液

1mL,离心(16000g,15min,4℃),经薄层层析分析。

薄层层析法[6,7]:

微量进样器取上清液2μL点样,点样线距边缘1.5cm,样品间距1.5cm,展开剂为正丁醇︰冰醋酸︰水=4︰1︰3(体积比),展开剂中含有质量浓度为4g/L的茚三酮。

当展开剂距层析板前沿1cm左右时将层析板取出显色,显色条件:

105℃,2~3min。

表1

乳酸菌发酵液中GABA的质量浓度(n=3,±SD)

菌株号

・L-1)GABA质量浓度/(g

Lactococcussp.WH11-1Lactococcussp.M10-4-3Lactococcussp.WZ20-2Lactococcussp.M11-3Lactococcussp.WZ1-2Lactobacillussp.S1-1Lactobacillussp.M5-1-1Lactobacillussp.M11-2-1Lactobacillussp.M11-1Lactococcussp.WZ4-1-2Lactobacillussp.WH15-3-2Lactobacillussp.WH32-2Lactococcussp.WZ2-1Lactobacillussp.M11-2-2Lactobacillussp.M16-2-1Lactococcussp.M5-1Lactobacillussp.WZ25-2-2Lactobacillussp.M7-2-1Lactobacillussp.M8-2-1Lactococcussp.WZ34-1

2.477+0.004Aa1.405+0.007Bb1.132+0.011Cc1.115+0.004Dd1.006+0.003Ee0.581+0.010Ff0.310+0.008Gg0.225+0.004Hh0.211+0.006Ii0.092+0.004Jj0.085+0.007Kk0.069+0.002Lkl0.056+0.004Mml0.043+0.005Nmn0.032+0.003NOno0.026+0.003OPop0.018+0.004Pp0.011=0.003Pp0.009+0.001Pp0.009+0.001Pp

GABA和L-MSG分别配成质量浓度为1g/L作为对照。

1.2.3

高效液相色谱法测定GABA的浓度[8]

将1.2.2的培养液用0.1mol/L的HCl稀释适当倍数,经0.45μm滤膜过滤后待用。

液相色谱仪(Agilent1100)装有ZORBAX-AAA色谱柱(3.5μm,4.6mm×150mm),荧光检测器。

色谱条件:

流动相A(浓度为10mmol/L磷酸盐缓冲溶液,pH=

7.8)和流动相B(甲醇︰乙腈︰水=45︰45︰10),梯度

洗脱,流速为2.0mL/min;荧光检测波长Ex=340nm,

Em=450nm;柱温为40℃;进样量为0.5μL。

配制浓度为5.00mmol/L的GABA溶液,并稀释至

0.10,0.20,0.30,0.40,0.50mmol/L。

HPLC条件与样品

相同。

以GABA浓度为横坐标,峰面积为纵坐标,绘制标准曲线。

1.2.4生成GABA菌株的生物学特性

参照文献[4,9]和[10]中方法,分别进行乳酸旋光

Vol.36,No.52008(total210)

研究报告ResearchPapers

经薄层层析分析后选取的20株菌均设3个平行样品,通过HPLC-ELSD检测。

结果表明:

在质量浓度为

10g/L的L-MSG的TYG液体培养基中,培养24h后,

发酵液中GABA质量浓度最高的是WH11-1,

可达

2.477g/L;GABA的质量浓度在1.0~2.0g/L有4株;在0.1~1.0g/L有4株。

各菌株发酵液样品中GABA质量浓

度如表1所示;标样GABA的图谱如图2所示;菌株发酵液样品的图谱如图3所示。

表1中,差异显著性经Duncan方差分析法检验,不同大写字母表示在P≤0.05水平上差异显著,不同小写字母表示在P≤0.01水平上差异显著。

图2

GABA标样的高效液相色谱图

2.3菌株生物学特性测定结果分析[9-11]

对9株较高产GABA菌株的生物学特性进行了分

析,表2为乳酸球菌生物学性状的分析结果。

由表2可

表2

菌株No.乳酸菌旋光性葡萄糖产气

生成GABA的乳酸球菌生理生化及糖发酵试验结果

WZ1-2WZ20-2M10-4-3M11-3AS1.0131IFO12007L-++-++--+++-+-++++++++++-------++

L-+-+---+++-++-++++-++++++-+w-+w-++

L-++-++---++-+-++++++++++-------++

L-+-+w+---++w++-++++++++++-------++

L-++++++++++--+++++++++++++---+-++

L-++-++---++---+++++++++--------+-

L-+-++--++w+w-+++++++++++++w--++w++w++

WH11-1

10℃生长45℃生长pH4.8生长pH9.2生长pH9.6生长6.5%NaCl生长马尿酸盐分解七叶苷水解精氨酸产氨阿拉伯糖木糖鼠李糖核糖葡萄糖甘露糖果糖半乳糖蔗糖麦芽糖纤维二糖乳糖蕈糖密二糖棉籽糖松三糖淀粉菊粉甘露醇肌醇七叶苷水杨苷

图3发酵液的高效液相色谱图

以看出,5株乳酸球菌均能从葡萄糖生成L-乳酸,

发酵葡萄糖不产气,在

10℃生长良好,45℃不生长,不能在

质量分数为6.5%的NaCl和pH值为9.6琼脂培养基上生长。

因此,将WH11-1,

WZ1-2,WZ20-2等5株菌确定为Lac-tococcus。

其中,M10-4-3,WZ1-2,WH11-1和M11-3均在pH值为9.2生长,可发酵乳糖、半乳糖、麦芽糖和核糖,不发酵棉子糖和松三糖,

与Lactococcuslactic

subsp.lactic的生物学特性基本相符;

乳WZ20-2可发酵棉子糖、半乳糖、糖、麦芽糖,不发酵松三糖,与Lactococ-

cusraffinolactis的生物学特性基本相符。

表3为乳酸杆菌生物学性状的分析结果。

由表3可以看出,M11-2-1,

M5-1-1和S1-1均能从葡萄糖生成DL-乳酸,发酵葡萄糖不产气,细胞壁

中含有DAP,在10℃生长良好,45℃不生长,可发酵核糖、甘露糖、山梨醇、葡萄糖酸盐,不发酵阿拉伯糖、木糖,符合Lactobacillusplantarum的特征;

M11-1能从葡萄糖生成L-乳酸,在15℃生长较弱,45℃生长良好,细胞壁

中不含有DAP,可发酵葡萄糖、果糖和蔗糖,不发酵葡萄糖酸盐和甘露糖,与

L.salivarius的生物学特性基本相符。

62008年第36卷第5期(总第210期)

ResearchPapers研究报告

表3

菌株编号乳酸菌旋光性葡萄糖产气实验

生成GABA的乳酸杆菌生理生化及糖发酵试验结果

M5-1-1DL-+++w+++++++---+++++++w++++w+w+w-++++w+

M11-2-1DL-+++w+++++++--+-++++++++++w++++w+w++w+w

S1-1DL-+++w+++++++--+w+++++++++++w+++++w++w+w

M11-1L-+++++-+w----++-++++-+-+w+----+--

ATCC4356ATCC12278

DL--++-+-----+++++++++---------

DL--+--+-----++++---+----------

L-MSG的浓度为340mM,30℃培养5d

后,GABA的产量为300mmol/L;当培养基中添加磷酸吡哆醛时,最大可利用L-

MSG浓度增大到800mmol/L,30℃培

养5d后,GABA的产量达650mmol/L。

本试验从几千年食用的传统发酵乳制品中也筛选到了较高产GABA的乳酸菌9株,度为1%时,

当培养基中L-MSG的浓未对其添加磷酸吡哆醛,

15℃生长45℃生长4%NaCl生长pH3.0生长pH4.5生长细胞壁DAP

阿拉伯糖木糖鼠李糖核糖葡萄糖甘露糖果糖半乳糖蔗糖麦芽糖纤维二糖乳糖蕈糖密二糖棉籽糖松三糖淀粉甘露醇山梨醇葡萄糖酸钠七叶苷水杨苷

30℃培养1d后,L.lacticsubsp.lactisWH11-1发酵液中GABA质量浓度已达2.477g/L,其余8株菌L.raffinolactisWZ20-2,L.lacticsubsp.lactisM10-4-3,L.lacticsubsp.lactisWZ1-2,L.lacticsubsp.lactisM11-3,L.plantarumS1-1,L.plantarumM5-1-1,L.plantarumM11-2-1和L.salivariusM11-1发酵液中GABA分别为1.405,1.132,1.115,1.006,0.581,0.310,0.225和0.0.211g/L。

乳酸菌生成GABA的能力与培养条件有很大关系[6,13]。

研究表明,GABA是乳酸菌的次级代谢产物,

在菌体生

长后期积累量增加,可见,延长培养时其次培养基间可提高GABA的生成量。

中L-MSG的质量浓度、培养基的起始

pH值以及培养温度等都对GABA的生

成有很大影响。

所以,有望通过对该些菌株的培养条件进行优化,来提高GA-

BA的生成量。

现已报道产生GABA的乳酸菌有乳酸乳球菌,乳酸链球菌,短乳杆菌,植物乳杆菌等[6,7,13,14]。

本试验筛选出的9

3讨论

株菌与报道菌株的生物学特性不完全相同,有必要对其深入研究,以便为我国传统乳制品中的乳酸菌资源开辟新的路子奠定基础。

我国传统发酵乳制品制作和食用历史悠久,经过几千年的世代相传和自然选择,其中一些优良的微生物资源,特别是乳酸菌保留了下来。

因而,从这些自然发酵的乳制品中筛选优良菌株用于发酵乳的生产具有一定的优势。

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中国轻工业出版社,1999.

GABA由于其很高的生理功能和广阔的应用前

景,已经受到越来越多的注意和研究。

国内外学者从不同来源的乳酸菌,如酸菜汤、自制泡菜、谷物、蔬菜中均得到了高产GABA的菌株。

例如,夏江

[12]

等从未灭

菌的新鲜牛奶中筛选到了一株短乳杆菌,当培养基中

L-MSG浓度加大到5%时,30℃培养3d后,GABA的

产量为7.2g/L。

Sadaji等[7]以酒糟为原料,30℃培养2d,发现L.brevisIFO-12005几乎能将酒糟中的自由谷氨酸全部转化为GABA。

上野[13]等从泡菜中筛选到的乳杆菌,当培养基中未添加磷酸吡哆醛时,最大可利用

(下转第15页)

Vol.36,No.52008(total210)

ResearchPapers研究报告

合,即LGG菌株的产酸性与耐酸性较其余菌株强,随着活菌数的增加,酸奶的酸度增加,其风味物质双乙酰与乙醛的含量均下降。

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3结论

本研究比较了添加不同益生菌的酸奶,在20℃常温波动储存期间的滴定酸度、益生菌活菌数、双乙酰含量和乙醛含量,通过相关性分析,不同的酸奶各指标间相关程度有明显差异,表明不同的益生菌都具有各自不同的生长和代谢特性;另外,储藏温度对酸奶产品的风味有很大的影响,酸奶产品脱冷将对产品的风味产生相当大的影响。

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[16]ALON

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