汉中浆水源乳酸菌的分离筛选及体外益生功能评价

王瑞雪1,刘 阳2,崔宝月1,席进成1,王珊珊1,3,4,5,*

(1.陕西理工大学生物科学与工程学院,陕西 汉中 723001;2.秦巴生物资源与生态环境省部共建国家重点实验室(培育),陕西 汉中 723001;3.陕南秦巴山区生物资源综合开发协同创新中心,陕西 汉中 723001;4.秦巴特色肉制品质量提升与安全控制陕西省高校工程研究中心,陕西 汉中 723001;5.陕西省四主体一联合镇巴腊肉校企联合研究中心,陕西 汉中 723001)

摘 要:为开发地域特色功能乳酸菌,采用梯度稀释涂布法从汉中浆水不同发酵时期样品中分离乳酸菌,通过形态学观察和分子生物学技术对其进行菌种鉴定,并对其体外益生特性进行评价。结果表明,从汉中浆水中共分离得到7株乳酸菌,经鉴定菌株1-1、1-2、3-6和3-11为魏斯氏菌属(Weissella)的不同菌种,菌株2-1为植物乳植杆菌(Lactiplantibacillus plantarum),菌株2-3为短乳杆菌(Lactobacillus brevis),菌株3-13为荔枝明串珠菌(Leuconostoc litchii)。其中,菌株2-1生长能力及产酸能力较强。菌株2-1和2-3对模拟胃、肠液环境耐受性良好。菌株1-1和2-1细胞表面疏水率较高;菌株2-1自聚集率最高(49.82%),与金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes)共聚集率最高,分别为53.51%和43.89%;菌株3-13与S. aureus共聚集率为40.99%。菌株2-1发酵12 h无细胞上清液对大肠杆菌(Escherichia coli)、S. aureus及枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)抑制率均大于78%;菌株2-1和2-3的亚硝酸盐降解率接近100%;菌株2-3的γ-氨基丁酸产量最高,达4.63 g/L。菌株1-1、2-1、2-3、3-13均为非β-溶血性,安全性较好。综上,汉中浆水中分离的乳酸菌表现出较好的益生潜力,为功能性乳酸菌资源的开发与应用提供了理论依据。

关键词:汉中浆水;乳酸菌;益生功能;定植能力;安全性

浆水是我国西北地区民间广泛流传的一种传统发酵食品[1],富含乳酸菌、VC及多种有机酸,具有开胃止渴、调理脏腑、降血压等保健作用[2-3]。乳酸菌是浆水发酵的核心微生物,直接决定浆水风味与品质[4]。已有研究从不同地区浆水中分离到多种乳酸菌,菌群组成较为一致,主要包括戊糖乳杆菌(Lactobacillus pentosus)、发酵乳杆菌(Limosilactobacillus fermentum)、植物乳植杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)、短乳杆菌(Lactobacillus brevis)、副干酪乳杆菌(Lacticaseibacillus paracasei)等[5-6]。乳酸菌在生长过程中可产生细菌素、胞外多糖、γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)、短链脂肪酸等活性物质,具有抑菌[7]、调节肠道屏障[8]和提升免疫力[9]等多种功能,广泛应用于食品发酵与保鲜、饲料和益生制剂等领域[10-11]。研究发现,来源于浆水的高产GABA L. plantarum LZU-J-TSL6和具有降尿酸能力的L. fermentum JL-3表现出明显的益生活性[12-13]

汉中浆水主要采用当地特色花辣菜发酵而成,制作的菜豆腐、浆水面、浆水炒饭等传统美食深受当地人喜爱。汉中位于秦岭与巴山之间,气候温和湿润,使浆水具有独特的风味和微生物组成[14]。前期研究表明,汉中浆水中的优势菌属主要包括乳植杆菌属(Lactiplantibacillus)、腐败乳杆菌属(Loigolactobacillus)、魏斯氏菌属(Weissella)、寡碳乳杆菌属(Paucilactobacillus)、明串珠菌属(Leuconostoc)等[15]。因此,汉中浆水是分离地域特色乳酸菌的优质资源库。

本研究采用梯度稀释涂布法从汉中浆水中分离乳酸菌菌株,采用形态学和分子生物学技术进行种属鉴定。通过检测生长能力和产酸能力明确其发酵特性,并通过体外实验综合评价菌株的胃肠道环境耐受能力、细胞表面特性、益生特性和安全性,以期为功能乳酸菌资源的开发和应用奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 菌株、材料与试剂

大肠杆菌(Escherichia coli)ATCC 25922、E. coli K88、单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes)CICC 21635、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)CMCC(B)26003、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)CMCC(B)63501 本实验室。

新鲜花辣菜采购于当地蔬菜市场;发酵引子为当地农家自制浆水。

强力土壤DNA提取试剂盒 美国MO Bio Laboratories公司;Monarch DNA胶回收试剂盒 美国NEB公司;细菌基因组DNA纯化试剂盒 北京全式金生物技术股份有限公司;2×Taq Master Mix 上海笛医生物科技有限公司;抗生素纸片 杭州微生物试剂有限公司;MRS肉汤培养基、MRS琼脂培养基、MHB培养基、哥伦比亚CNA血琼脂平板 青岛海博生物技术有限公司;牛胆盐、胃蛋白酶、胰蛋白酶、GABA标准品北京索莱宝科技有限公司。本研究所用试剂均为分析纯或生化试剂。

1.2 仪器与设备

DFC450C数码彩色显微系统、DM1000聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)仪 德国Leica公司;NanoDrop 2000核酸测定仪 美国Thermo Fisher Scientific公司;Infinite 200PRO酶标仪 瑞士Tecan公司;GL-22M高速冷冻离心机 上海卢湘仪离心机仪器有限公司;1260高效液相色谱仪 美国Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 样品采集与处理

取新鲜花辣菜5 kg,清水洗净,控干水分,开水烫菜后捞出晾凉控水,放入坛中,添加10 L含0.5 g/100 mL面粉的面汤和200 mL发酵引子,密封后置于阴凉通风处自然发酵,每天打开瓦罐上下翻动一次,观察发酵状态,分别在发酵1、5、10 d取样,于超净工作台中用纱布将浆水样品过滤2次以除去粗渣,保存备用。

1.3.2 乳酸菌菌株分离纯化

将处理好的样品按10倍系列梯度稀释至10-5,分别取稀释度为10-3、10-4、10-5的稀释液100 μL涂布至含有1 g/100 mL CaCO3的MRS琼脂培养基上,37 ℃培养24 h。挑取能够产生溶钙圈的单菌落,在含有1 g/100 mL CaCO3的MRS培养基上多次划线纯化,挑取纯化后的单菌落于MRS液体培养基中,37 ℃静置培养24 h,添加终体积分数15%甘油保藏于-80 ℃冰箱。将发酵1、5、10 d分离获得的菌株分别编号为1、2、3。

1.3.3 乳酸菌菌株鉴定

形态学鉴定:观察纯化后单菌落的颜色、大小、边缘形态,并进行革兰氏染色,采用显微镜观察菌体形态及革兰氏染色结果。

分子生物学鉴定:采用强力土壤DNA提取试剂盒提取保藏菌株基因组DNA,以其为模板,采用16S rRNA通用引物27F(5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3′)和1429R(5′-GGTTACCTTGTTACGACTT-3′)对菌株16S rRNA基因序列进行PCR扩增。PCR扩增体系:20 μL 2×Mix、200 ng基因组DNA、2 μL引物27F(10 μmol/L)、 2 μL引物1429R(10 μmol/L),双蒸水(ddH2O)补至40 μL。PCR扩增程序:95 ℃预变性5 min,循环30次(95 ℃变性1 min,50 ℃退火1 min,72 ℃延伸90 s),72 ℃再延伸10 min。PCR扩增产物经细菌基因组DNA纯化试剂盒纯化后送至北京擎科生物科技股份有限公司进行测序。将测序结果提交至NCBI的GenBank数据库中,采用BLAST进行同源性比对分析[1],采用MEGA 12软件分析,通过邻接法构建系统发育树。

1.3.4 生长曲线及产酸曲线测定

将活化后的菌株以1%(V/V)的接种量接种至MRS液体培养基,于37 ℃静置培养,监测28 h内菌液OD600 nm值 及52 h内菌液pH值变化,以培养时间为横坐标,分别以OD600 nm值与pH值为纵坐标绘制生长曲线及产酸曲线。

1.3.5 乳酸菌对胃肠道环境耐受能力评价

参考文献[16-17]的方法考察菌株对0.3 g/100 mL胆盐及模拟胃肠液的耐受能力。

1.3.6 乳酸菌细胞表面特性评价

参考文献[18-19]的方法考察菌株的疏水性和聚集能力,以E. coli ATCC 25922、E. coli K88、L. monocytogenes CICC 21635和S. aureus CMCC(B)26003为指示菌,测定菌株的表面疏水率、自聚集率和共聚集率。

1.3.7 乳酸菌益生特性评价

E. coli ATCC 25922、S. aureus CMCC(B)26003和B. subtilis CMCC(B)63501为指示菌,根据Choi等[20]的方法测定菌株的抑菌能力。参考文献[21-22]的方法测定菌株的亚硝酸盐降解能力及产GABA能力。

1.3.8 乳酸菌安全性鉴定

参考文献[23-24]的方法考察菌株的溶血性及抗生素敏感性。

1.4 数据处理

所有实验平行3次,采用SPSS 27软件处理数据并进行方差分析,采用GraphPad Prism 8软件绘图。

2 结果与分析

2.1 乳酸菌的分离纯化与鉴定

2.1.1 乳酸菌的分离及形态学特征

从含有1 g/100 mL CaCO3的MRS培养基上挑取具有溶钙圈的单菌落进行多次划线纯化,共分离得到11株产酸菌株,其编号及形态学特征见表1。11株菌株的菌落多为白色或淡黄色,菌落表面光滑湿润,有光泽和凸起,呈半透明或不透明状态,边缘完整,呈规则的圆形。11株菌株均为革兰氏阳性菌(G+),单菌形态为短杆状和链球状。综上,初步鉴定这11株菌株为乳酸菌。

表1 分离乳酸菌菌株的菌落及细胞形态特征
Table1 Colonial and cellular morphological characteristics of isolated LAB strains

表面光滑湿润,有光泽,边缘完整G+短杆状表面光滑湿润,有光泽,边缘完整G+短杆状表面光滑湿润,有光泽,边缘完整G+链球状表面光滑湿润,有光泽,边缘完整G+短杆状表面光滑湿润,有光泽,边缘完整G+短杆状表面光滑湿润,有光泽,边缘完整G+链球状表面光滑湿润,有光泽,边缘完整G+链球状菌株编号菌落形态染色结果细胞形态1-1白色,圆形,不透明,凸起,1-2白色,圆形,不透明,凸起,表面光滑湿润,有光泽,边缘完整G+短杆状2-1淡黄色,圆形,不透明,凸起,2-3白色,圆形,半透明,凸起,表面光滑湿润,有光泽,边缘完整G+链球状3-2白色,圆形,半透明,凸起,3-6白色,圆形,不透明,凸起,3-7灰白色,圆形,半透明,凸起,3-10白色,圆形,不透明,凸起,3-11白色,圆形,不透明,凸起,表面光滑湿润,有光泽,边缘完整G+短杆状3-13白色,圆形,半透明,凸起,3-16白色,圆形,半透明,凸起,表面光滑湿润,有光泽,边缘完整G+短杆状

2.1.2 分子生物学鉴定

为明确上述11株菌的具体种属,对其16S rRNA进行测序。结果显示,菌株3-2、3-7、3-10和3-16的测序峰图存在双峰,菌株纯化不充分,未能获得准确序列。因此,基于16S rRNA基因序列仅对完全纯化的7株 菌构建系统发育树,结果见图1。菌株1-1、1-2、3-6和3-11为Weissella的不同种,其中菌株1-1为Weissella ceti,菌株1-2为Weissella muntiaci,菌株3-6和3-11均为Weissella diestrammenae。菌株2-1为L. plantarum,菌株2-3为L. brevis,菌株3-13为荔枝明串珠菌(Leuconostoc litchii)。已有研究表明,浆水中乳酸菌种类较为丰富,且L. plantarum的检出率较高。吴燕等[25]从甘肃浆水中获得2株可产蛋白类抑菌物质的菌株,鉴定为L. fermentumL. plantarum。胡莹莹等[26]研究发现,芹菜浆水发酵过程中的微生物以L. plantarumL. fermentumL. brevis和乳酸片球菌(Pediococcus acidilactici)为主要优势菌群。本研究结果与上述文献报道一致,表明L. plantarum在不同来源浆水中点据重要地位,是维持浆水发酵过程中品质稳定的关键菌种之一。

图1 基于16S rRNA基因序列的乳酸菌菌株系统发育树
Fig.1 Phylogenetic tree of LAB strains based on 16S rRNA gene sequences

2.2 乳酸菌生长及产酸能力

选择Weissella的代表菌株1-1(W. ceti)及2-1 (L. plantarum)、2-3(L. brevis)和3-13(L. litchii)进行生长能力和产酸能力检测。由图2A可知,菌株1-1和3-13迟滞期较短,培养2 h进入对数生长期,培养7 h达到稳定期,但菌体密度较低,7 h时OD600 nm值分别为2.22和1.59。菌株2-3生长较缓,5 h进入对数期,20 h达到稳定期,20 h时OD600 nm值为3.59。菌株2-1 5 h进入对数期,16 h达到稳定期,16 h时OD600 nm值为4.29。由图2B可知,pH值变化与生长曲线一致,菌株1-1、2-1和3-13均能在培养8 h内将pH值降至约4.50,然而菌株2-3需要培养20 h。在稳定期,菌株1-1和2-3的pH值维持在4.5左右,菌株2-1和3-13的pH值更低,分别为3.8左右和4.0左右。综上所述,菌株1-1和3-13生长迅速但密度低,菌株2-3生长缓慢但稳定期菌体密度高,菌株2-1兼具优良的生长能力和高产酸能力,且菌株2-1、2-3具有高密度培养潜力。乳酸菌的生长和产酸能力是评价其发酵性能的重要指标,快速生长有利于其在发酵体系中迅速点据优势地位,而快速产酸能够有效降低体系pH值,从而抑制腐败菌生长[27]。崔棹茗等[28]从青贮饲料中分离的同型发酵乳酸菌,其稳定期OD600 nm值均大于2.00,且部分菌株可在20 h内将pH值降至4.00以下,与本研究的结果具有一致性。

图2 乳酸菌菌株的生长曲线(A)与产酸曲线(B)
Fig.2 Growth curves (A) and acid production curves (B) of LAB strains

2.3 乳酸菌对胃、肠道环境的耐受能力

由表2可知,在0.3 g/100 mL牛胆盐环境中处理2 h后,4株乳酸菌菌株整体耐受性较弱,仅菌株3-13的存活率大于10%,菌株2-3的存活率小于5%,菌株1-1和2-1几乎无法存活,说明来源于无盐发酵蔬菜的菌株可能缺乏适应高胆盐环境能力。

表2 乳酸菌菌株在0.3 g/100 mL胆盐环境中的活菌数与存活率
Table2 Viable counts and survival rates of LAB strains under 0.3 g/100 mL bile salt condition

菌株编号活菌数/(CFU/mL)存活率/%0 h2 h 1-11.24×10102.70×1040.00±0.00 c 2-11.25×1097.33×1040.01±0.00 c 2-31.60×1084.00×1062.50±0.05b 3-132.56×1073.74×10614.83±1.05a

注:同列小写字母不同表示差异显著(P<0.05)。表3、4同。

由表3可知,在模拟胃液(pH 2.0)中,各菌株存活率也普遍较低,存活率最高的为菌株2-3(40.84%)。进入模拟肠液后,各菌株的生长恢复状况差异明显。其中,菌株2-1恢复能力最强,在处理3 h后存活率升至173.72%。菌株3-13存活率在模拟肠液处理6 h后增至209.38%。在模拟胃液pH 3.0条件下,菌株2-1与2-3耐受性更为突出,3 h存活率均大于100%,进入模拟肠液6 h后,存活率均大于200%。相比之下,菌株1-1与3-13在pH 3.0模拟胃液中的耐受性较弱,但进入模拟肠液后仍能恢复并显著增殖,6 h时存活率分别达671.43%和537.93%。综合菌株在0.3 g/100 mL牛胆盐、模拟胃液及肠液处理后的存活率结果,菌株2-1和2-3对胃肠道环境耐受性较强。

表3 乳酸菌菌株在模拟胃肠液中的存活率
Table3 Survival rates of LAB strains in simulated gastric and intestinal fluids

%模拟胃液菌株(pH 2.0)模拟肠液(pH 6.8)模拟胃液(pH 3.0)模拟肠液(pH 6.8)编号3 h3 h6 h3 h3 h6 h 1-11.28±0.01d32.65±0.51d45.34±2.67d0.95±0.01c109.52±1.86c671.43±9.86a 2-118.91±0.48c173.72±2.60a244.06±3.50a143.75±5.55a182.19±2.92a205.48±1.50c 2-340.84±0.55a98.94±0.94b85.69±0.63c141.33±6.08a94.00±4.06d220.00±8.93c 3-1336.12±0.47b37.93±1.90c209.38±1.03b77.88±1.53b171.91±12.92b537.93±7.75b

益生菌在肠道中发挥作用需要具备较高的存活率与定植能力,通常认为至少应维持106~107 CFU/g的浓度[29],其定植能力与耐受胃肠环境及黏附性能密切相关[30-31]。刘爱瑜等[24]研究发现,不同乳酸菌在胃液和肠液中的存活率差异显著,为5.26%~175.6%。与之相比,本研究菌株在pH 2.0胃液中的存活率偏低,但在pH 3.0条件下进入肠液后能够迅速恢复增殖,提示其可能更适应食品经初步消化后接近实际肠道pH值的环境。

2.4 乳酸菌细胞表面特性

肠道定植能力是益生菌的重要特性[32]。乳酸菌细胞表面的疏水性、自聚集性及与病原菌的共聚集性均与肠道黏附能力密切相关,可促进其在肠道内定植并阻断病原菌附着[20,33]。由表4可知,菌株1-1细胞表面疏水率最高(93.31%),其次为菌株2-1(60.45%),均显著高于菌株2-3和3-13(P<0.05)。菌株2-1的自聚集率(49.82%)显著高于其他3株菌株(P<0.05)。菌株2-1与S. aureus CMCC(B)26003、L. monocytogenes CICC 21635的共聚集率最高,分别为53.51%和43.89%。菌株3-13与S. aureus CMCC(B)26003的共聚集率也较高,为40.99%。菌株1-1和2-3与4种致病菌的共聚集率均小于40%。研究发现,菌株自聚集率越高,其黏附能力越强[34],与致病菌的共聚集能力越强,越有利于其竞争性黏附肠道上皮细胞[35]。本研究中,菌株2-1在疏水性、自聚集和共聚集3个指标上均表现较强,而菌株1-1具有最高的细胞表面疏水率,提示二者具备较好的肠道黏附潜力。

表4 乳酸菌菌株细胞表面疏水性、自聚集率和致病菌共聚集率
Table4 Cell surface hydrophobicity, auto-aggregation rate and pathogen co-aggregation rate of LAB strains

25922K88CICC 216352-160.45±1.38b49.82±1.97a30.83±1.34a30.97±1.37a53.51±2.11a43.89±0.97a 2-350.25±2.25c12.83±0.99c14.58±1.02c16.01±0.15c26.88±1.06c1.60±0.26c共聚集率/%菌株表面自聚编号疏水率/%集率/%E. coli ATCC E. coliS. aureusL. monocytogenes CMCC(B)260031-193.31±1.90a30.45±1.45b18.41±0.80b26.58±0.63b37.71±0.19b23.35±1.73b 3-1324.00±0.70d35.26±2.50b20.65±0.94b16.25±0.49c40.99±1.20b25.79±0.80b

2.5 乳酸菌益生特性

乳酸菌可通过有机酸、细菌素、过氧化氢等代谢物抑制病原菌,其机制包括破坏细胞膜、干扰代谢或竞争受体位点以阻止定植[26]。由图3A~C可知,菌株2-1的无细胞上清液在培养12 h内对E. coli ATCC 25922、 S. aureus CMCC(B)26003和B. subtilis CMCC(B)63501的抑菌率均大于78%,且24 h后仍保持较强抑菌活性,其他菌株抑菌效果较弱,提示菌株2-1的无细胞上清液具有较强的抗菌活性。乳酸菌的抗菌活性、亚硝酸盐降解和代谢产物生成是其食品防腐与益生作用的重要基 础[36-37]。本研究中菌株对病原菌抑制率随时间延长而下降,可能与其抑菌物质的稳定性有关。由图3D可知,4株乳酸菌在培养24 h内对添加的125 mg/L NaNO2降解率均大于65%。其中菌株2-1和2-3的降解能力较强,接近100%,显著高于菌株1-1和3-13(P<0.05)。已有研究显示,多株L. plantarum可在24 h内实现高于99%的亚硝酸盐降解[38-39],与本研究中菌株2-1的结果一致。由图3E可知,在含10 g/L L-谷氨酸的培养基中,菌株2-3在48 h内生成4.63 g/L GABA,底物利用率达97.68%。不同菌株GABA产量差异显著,但均可通过优化发酵条件提高其产量[40-42]。本研究中,菌株2-3表现出较高的产GABA能力和应用开发潜力,具有进一步开发的价值。综上,4株乳酸菌均具备一定益生特性,其中菌株2-1在抑菌活性和亚硝酸盐降解方面表现最优,菌株2-3在亚硝酸盐降解和GABA生成方面具有突出优势,值得作为潜在功能菌株进一步研究。

图3 乳酸菌菌株益生特性评价
Fig.3 Evaluation of probiotic properties of LAB strains

2.6 乳酸菌安全性

由图4可知,菌株1-1、2-1和3-13均为α-溶血性,菌株2-3为γ-溶血性,说明4株乳酸菌菌株均表现出非β-溶血性,具有较好的安全性。

图4 乳酸菌菌株的溶血活性
Fig.4 Hemolytic activity of LAB strains

益生菌的重要安全标准之一是不携带可转移抗性基因,因此需对其抗生素敏感性进行评估[43]。本研究对4株菌进行7类共14种抗生素的敏感性检测,结果见表5。所有菌株均对卡那霉素、诺氟沙星、万古霉素和磺胺异恶唑耐药。菌株1-1、2-1和2-3对环丙沙星耐药,菌株3-13为中度敏感。菌株2-3对恩诺沙星耐药,菌株1-1、2-1和3-13为中度敏感。此外,菌株2-3和3-13对头孢噻肟表现中度敏感。总体来看,4株乳酸菌菌株的耐药谱较为相似,主要对氨基糖苷类、喹诺酮类、糖肽类及磺胺类抗生素具有一定耐受性。这与此前相关研究[24,44]结果相似。结合其非β-溶血性特征,4株乳酸菌菌株具有较好的安全性,适合作为益生菌候选菌株。

表5 乳酸菌菌株的抗生素敏感性
Table5 Antibiotic susceptibility of LAB strains

抗生素菌株1-1菌株2-1菌株2-3菌株3-13青霉素SSSS氨苄西林SSSSβ-内酰胺类阿莫西林SSSS头孢噻肟SSII卡那霉素RRRR氨基糖苷类庆大霉素SSSS大环内酯类红霉素SSSS四环素SSSS四环素类米诺环素SSSS环丙沙星RRRI喹诺酮类诺氟沙星RRRR恩诺沙星IIRI糖肽类万古霉素RRRR磺胺类磺胺异恶唑RRRR

注:R.耐药;I.中度敏感;S.敏感。

3 结 论

本研究从汉中地区传统发酵食品浆水中共分离获得7株乳酸菌,经鉴定菌株1-1、1-2、3-6和3-11为Weissella的不同种,菌株2-1为L. plantarum,菌株2-3为L. brevis,菌株3-13为L. litchii。选择菌株1-1、2-1、2-3和3-13进行体外益生特性评价。结果表明,菌株2-1生长能力及产酸能力较强。菌株2-1和2-3对模拟胃、肠液环境耐受性良好。菌株1-1和2-1细胞表面疏水率较高;菌株2-1自聚集率最高(49.82%),与S. aureusL. monocytogenes共聚集率最高,分别为53.51%和43.89%;菌株3-13与S. aureus共聚集率为40.99%。菌株2-1发酵12 h无细胞上清液对E. coliS. aureusB. subtilis抑制率均大于78%;菌株2-1和2-3的亚硝酸盐降解率接近100%;菌株2-3的GABA产量最高,达4.63 g/L。4株菌株均为非β-溶血性,安全性较好。综上,汉中浆水中分离得到的乳酸菌具有较好的体外益生潜力,其中L. plantarum 2-1和L. brevis 2-3表现最为突出,可作为潜在益生菌株,为传统发酵食品乳酸菌资源的开发与利用提供了科学依据。

参考文献:

[1] 赵海霞, 吴丹, 王晓蕾, 等. 降解亚硝酸盐乳酸菌的筛选及其在菜用枸杞浆水发酵中的应用[J]. 中国酿造, 2022, 41(11): 113-119. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2022.11.020.

[2] 张哲川, 梁晓琳, 张玉双, 等. 浆水发酵过程中有机酸的变化及其抑菌性能和体外抗氧化能力[J]. 中国食品学报, 2024, 24(4): 159-169.DOI:10.16429/j.1009-7848.2024.04.016.

[3] 蔡苗苗, 贠建民, 何大星, 等. 甘肃传统浆水发酵过程中产双戊烯乳酸菌的分离筛选[J]. 食品工业科技, 2018, 39(19): 109-113.DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2018.19.019.

[4] 李欣, 武俊瑞, 田甜, 等. 大庆自然发酵酸菜中乳酸菌的分离鉴定及耐酸菌株初步筛选[J]. 食品科学, 2014, 35(1): 150-154.DOI:10.7506/spkx1002-6630-201401029.

[5] 武帅帅, 冯云霄, 康倩, 等. 不同地区浆水菜中可培养乳酸菌的组成分析[J]. 基因组学与应用生物学, 2017, 36(3): 952-959.DOI:10.13417/j.gab.036.000952.

[6] 张勇, 吕嘉枥, 闫亚梅, 等. 传统发酵浆水中乳酸菌和酵母菌的分离与鉴定[J]. 中国食品学报, 2017, 17(6): 179-186. DOI:10.16429/j.1009-7848.2017.06.024.

[7] Hai Dan, Kong Liangyu, Lu Zhaoxin, et al. Inhibitory effect of different chicken-derived lactic acid bacteria isolates on drug resistant Salmonella SE47 isolated from eggs[J]. Letters in Applied Microbiology, 2021, 73(1): 54-63. DOI:10.1111/lam.13475.

[8] Watanabe-Yasuoka Y, Gotou A, Shimizu S, et al. Lactiplantibacillus plantarum OLL2712 induces autophagy via MYD88 and strengthens tight junction integrity to promote the barrier function in intestinal epithelial cells[J]. Nutrients, 2023, 15(12): 2655. DOI:10.3390/nu15122655.

[9] Naveed U, Jiang Chenxi, Yan Qingsong, et al. Inhibitory effect of Lactococcus and Enterococcus faecalis on citrobacter colitis in mice[J]. Microorganisms, 2024, 12(4): 730. DOI:10.3390/microorganisms12040730.

[10] 尹树磊, 杜香, 张小希, 等. 乳酸菌抗氧化机制研究进展及在食品领域的应用[J]. 食品科学, 2024, 45(13): 345-355. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230911-080.

[11] 李杨, 杨燕, 王振南, 等. 乳酸菌在畜禽营养与饲料中的应用[J]. 饲料工业, 2024, 45(5): 16-22. DOI:10.13302/j.cnki.fi.2024.05.003.

[12] Liu Guanlan, Khan I, Li Yuxi, et al. Overcoming anxiety disorder by probiotic Lactiplantibacillus plantarum LZU-J-TSL6 through regulating intestinal homeostasis[J]. Foods, 2022, 11(22): 3596.DOI:10.3390/foods11223596.

[13] Wu Ying, Ye Ze, Feng Pengya, et al. Limosilactobacillus fermentum JL-3 isolated from “Jiangshui” ameliorates hyperuricemia by degrading uric acid[J]. Gut Microbes, 2021, 13(1): 1-18. DOI:10.1080/19490976.2021.1897211.

[14] 支树林, 许东蓓, 潘赫拉, 等. 陕西汉中及其周边地区对流活动的雷达气候特征分析[J]. 干旱气象, 2021, 39(4): 620-630. DOI:10.11755/j.issn.1006-7639(2021)-04-0620.

[15] 刘阳, 王珊珊, 高琪, 等. 汉中地区浆水发酵过程中微生物群落演替及其功能预测[J]. 中国酿造, 2023, 42(10): 142-149. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2023.10.022.

[16] 聂紫玉, 吴艳阳, 王增光, 等. 植物源益生乳酸菌的筛选及其特性[J].食品科学, 2022, 43(18): 143-151. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20211018-189.

[17] 郑越, 段涛, 宋丹, 等. 六株植物乳杆菌的益生特性研究[J]. 食品与发酵工业, 2022, 48(10): 119-125. DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.029063.

[18] Liu Chen, Xue Wenjiao, Ding Hao, et al. Probiotic potential of Lactobacillus strains isolated from fermented vegetables in Shaanxi,China[J]. Frontiers in Microbiology, 2021, 12: 774903. DOI:10.3389/fmicb.2021.774903.

[19] 史梅莓, 伍亚龙, 杨恺, 等. 四川泡菜中潜在益生性植物乳杆菌的筛选及安全性评价[J]. 食品工业科技, 2022, 43(22): 165-172.DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2022010227.

[20] Choi A R, Patra J K, Kim W J, et al. Antagonistic activities and probiotic potential of lactic acid bacteria derived from a plantbased fermented food[J]. Frontiers in Microbiology, 2018, 9: 1963. DOI:10.3389/fmicb.2018.01963.

[21] 陈正培, 蒋潮, 夏娴润, 等. 柳州酸笋中降亚硝酸盐乳酸菌的筛选及鉴定[J]. 中国酿造, 2020, 39(3): 26-31. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2020.03.006.

[22] 马莉, 刘慧燕, 方海田, 等. 产γ-氨基丁酸乳酸菌的分离鉴定及其发酵条件优化[J]. 中国酿造, 2022, 41(7): 94-100. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2022.07.017.

[23] 吴鹏宇, 单乾铜, 娄娅娟, 等. 洛阳传统酸浆中乳酸菌分离鉴定及菌种性能测定[J]. 中国酿造, 2025, 44(6): 130-140. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2025.06.019.

[24] 刘爱瑜, 田军, 赵心念, 等. 育肥绵羊胃肠道乳酸菌的分离鉴定及部分体外益生特性评价[J]. 动物营养学报, 2022, 34(12): 8149-8160.DOI:10.3969/j.issn.1006-267x.2022.12.061.

[25] 吴燕, 伏二伟, 桑学财, 等. 传统浆水中乳酸菌的筛选及抑菌性能分析[J]. 食品研究与开发, 2019, 40(22): 42-48. DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2019.22.008.

[26] 胡莹莹, 赵丽, 史力学, 等. 浆水发酵中的优势乳酸菌分离鉴定[J]. 甘肃农业科技, 2021, 52(4): 43-48. DOI:10.3969/j.issn.1001-1463.2021.04.011.

[27] 韦庆旭, 张建鹏, 梁煜晨, 等. 青贮用乳酸菌的分离鉴定及生物学特性评价[J]. 动物营养学报, 2022, 34(7): 4737-4749. DOI:10.3969/j.issn.1006-267x.2022.07.060.

[28] 崔棹茗, 郭刚, 原现军, 等. 青稞秸秆青贮饲料中优良乳酸菌的筛选及鉴定[J]. 草地学报, 2015, 23(3): 607-615. DOI:10.11733/j.issn.1007-0435.2015.03.025.

[29] Chávarri M, Marañón I, Ares R, et al. Microencapsulation of a probiotic and prebiotic in alginate-chitosan capsules improves survival in simulated gastro-intestinal conditions[J]. International Journal of Food Microbiology, 2010, 142(1/2): 185-189. DOI:10.1016/j.ijfoodmicro.2010.06.022.

[30] Duary R K, Rajput Y S, Batish V K, et al. Assessing the adhesion of putative indigenous probiotic lactobacilli to human colonic epithelial cells[J]. Indian Journal of Medical Research, 2011, 134(5): 664-671. DOI:10.4103/0971-5916.90992.

[31] Solieri L, Bianchi A, Mottolese G, et al. Tailoring the probiotic potential of non-starter Lactobacillus strains from ripened Parmigiano Reggiano cheese by in vitro screening and principal component analysis[J]. Frontiers in Microbiology, 2014, 38: 240-249. DOI:10.1016/j.fm.2013.10.003.

[32] Nami Y, Bakhshayesh R V, Jalaly H M, et al. Probiotic properties of Enterococcus isolated from artisanal dairy products[J]. Frontiers in Microbiology, 2019, 10: 300. DOI:10.3389/fmicb.2019.00300.

[33] 张晓旭, 刘欢, 肖苗, 等. 益生菌代谢产物对病原菌的抑菌作用研究进展[J]. 食品与发酵工业, 2023, 49(8): 297-302. DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.032474.

[34] 董宏杰, 苏馨, 范琪琪, 等. 人源双歧杆菌分离鉴定及潜在益生菌筛选[J]. 中国微生态学杂志, 2025, 37(5): 532-540,549. DOI:10.13381/j.cnki.cjm.202505006.

[35] 许文杰, 李盛钰, 赵玉娟, 等. 我国传统发酵制品来源乳杆菌黏附相关表面特性研究[J]. 中国乳品工业, 2012, 40(6): 15-18.DOI:10.3969/j.issn.1001-2230.2012.06.004.

[36] Zhang Xiazhu, Han Jiarun, Zheng Xiaogu, et al. Use of Lactiplantibacillus plantarum ZJ316 as a starter culture for nitrite degradation, foodborne pathogens inhibition and microbial community modulation in pickled mustard fermentation[J]. Food Chemistry: X,2022, 14: 100344. DOI:10.1016/j.fochx.2022.100344.

[37] 何双, 尚雪波, 李志坚, 等. 乳酸菌在泡菜中的作用及其应用现状[J]. 现代农业科技, 2025(7): 122-128. DOI:10.3969/j.issn.1007-5739.2025.07.029.

[38] 熊蝶, 袁岚玉, 李媛媛, 等. 陕西泡菜中降解亚硝酸盐乳酸菌的筛选及其发酵特性与耐受性研究[J]. 食品与发酵工业, 2021, 47(6): 139-144. DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.025757.

[39] 钟源, 张雅雯, 吕健曼, 等. 广西酸笋微生物多样性分析及其乳酸菌的特性研究[J]. 中国调味品, 2023, 48(5): 1-9. DOI:10.3969/j.issn.1000-9973.2023.05.001.

[40] Galli V, Venturi M, Mari E, et al. Gamma-aminobutyric acid (GABA)production in fermented milk by lactic acid bacteria isolated from spontaneous raw milk fermentation[J]. International Dairy Journal,2022, 127: 105284. DOI:10.1016/j.idairyj.2021.105284.

[41] 张甜, 刘艳全, 丁真真, 等. 传统发酵酸乳中乳酸菌的分离鉴定[J].中国调味品, 2020, 45(2): 40-42; 48. DOI:10.3969/j.issn.1000-9973.2020.02.010.

[42] 李欢, 潘道东, 吴振, 等. 产GABA乳酸菌的筛选鉴定及其发酵条件研究[J]. 食品工业科技, 2020, 41(23): 78-84. DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2019030272.

[43] Parlindungan E, Lugli G A, Ventura M, et al. Lactic acid bacteria diversity and characterization of probiotic candidates in fermented meats[J]. Foods, 2021, 10(7): 1519. DOI:10.3390/foods10071519.

[44] 向微微, 叶梦珺, 候萌, 等. 一株羊源弯曲乳杆菌的分离及安全性评价[J]. 动物营养学报, 2022, 34(10): 6790-6800. DOI:10.3969/j.issn.1006-267x.2022.10.071.

Isolation, Screening and in Vitro Probiotic Evaluation of Lactic Acid Bacteria from Hanzhong Jiangshui

WANG Ruixue1, LIU Yang2, CUI Baoyue1, XI Jincheng1, WANG Shanshan1,3,4,5,*

(1. School of Biological Science and Engineering, Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723001, China;2. Qinba State Key Laboratory of Biological Resources and Ecological Environment (Incubation), Hanzhong 723001, China;3. Qinling-Bashan Mountains Bioresources Comprehensive Development C. I. C., Hanzhong 723001, China;4. Engineering Research Center of Quality Improvement and Safety Control of Qinba Special Meat Products, Hanzhong 723001, China;5. Shaanxi Union Research Center of University and Enterprise for Zhenba Bacon, Hanzhong 723001, China)

Abstract: To develop region-specific functional lactic acid bacteria (LAB), strains were isolated from Hanzhong Jiangshui at different fermentation stages using the gradient dilution and plating method, identified through morphological and molecular biological analysis, and their in vitro probiotic properties were evaluated. The results showed that a total of seven LAB strains were obtained, among which strains 1-1, 1-2, 3-6, and 3-11 were identified as different species of Weissella,strain 2-1 as Lactiplantibacillus plantarum, strain 2-3 as Lactobacillus brevis, and strain 3-13 as Leuconostoc litchii.Strain 2-1 exhibited superior growth and acid-producing capacities, while strains 2-1 and 2-3 possessed strong tolerance to simulated gastric and intestinal fluids. Strains 1-1 and 2-1 displayed high cell surface hydrophobicity, and strain 2-1 had the highest auto-aggregation rate (49.82%), with prominent co-aggregation rates of 53.51% against Staphylococcus aureus and 43.89% against Listeria monocytogenes. Strain 3-13 showed a co-aggregation rate of 40.99% with S. aureus. The cell-free supernatant of strain 2-1 fermented for 12 h exerted inhibitory rates over 78% against Escherichia coli, S. aureus and Bacillus subtilis. Strains 2-1 and 2-3 almost completely degraded nitrite with degradation rates close to 100%, and strain 2-3 produced the highest yield of γ-aminobutyric acid, reaching 4.63 g/L. Strains 1-1, 2-1, 2-3, and 3-13 were non-β-hemolytic with a favorable safety profile. In summary, the LAB isolated from Hanzhong Jiangshui exhibited promising probiotic potential, providing a theoretical foundation for the development and application of functional LAB resources.

Keywords: Hanzhong Jiangshui; lactic acid bacterium; probiotic function; colonization ability; security

收稿日期:2025-07-27

基金项目: 陕西省教育厅科学研究计划重点项目(24JR045);陕西省重点研发计划项目(2024NC-YBXM-155);大学生创新创业训练计划项目(S202410720081)

第一作者简介: 王瑞雪(2002—)(ORCID: 0009-0000-7719-8957),女,学士,研究方向为生物化学与分子生物学。E-mail: 18700976495@163.com

*通信作者简介 王珊珊(1986—)(ORCID: 0009-0005-7302-2918),女,副教授,博士,研究方向为功能微生物的筛选与改造。E-mail: wss@snut.edu.cn

DOI: 10.11882/j.issn.0254-5071.2026.07.011

中图分类号:TS201.3;Q939.11+7

文献标志码:A

文章编号:0254-5071(2026)07-0088-08

引文格式:
王瑞雪, 刘阳, 崔宝月, 等. 汉中浆水源乳酸菌的分离筛选及体外益生功能评价[J]. 中国酿造, 2026, 45(7): 88-95.DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2026.07.011. http://www.chinabrewing.net.cn
WANG Ruixue, LIU Yang, CUI Baoyue, et al. Isolation, screening and in vitro probiotic evaluation of lactic acid bacteria from Hanzhong Jiangshui[J]. China Brewing, 2026, 45(7): 88-95. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2026.07.011.http://www.chinabrewing.net.cn