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      一株墨魚干源中度嗜鹽菌的系統(tǒng)發(fā)育分析與生長特性

      2013-05-15 01:11:10許愛清周士鐳馮杏杏羅玉金吳禹恒
      食品工業(yè)科技 2013年21期
      關(guān)鍵詞:墨魚鹽田單胞菌

      許愛清,周士鐳,馮杏杏,羅玉金,吳禹恒

      (湖南科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,湖南湘潭411201)

      墨魚(烏賊,Sepia officinalis)是一種名貴的海產(chǎn)品,市場中主要有兩種產(chǎn)品形式:冰凍墨魚鮮品和鹽漬風(fēng)干后的墨魚干制品。出于保鮮和安全的考慮,人們對(duì)冰凍墨魚的微生物檢測關(guān)注度較高,研究人員從意大利生產(chǎn)和馬來西亞進(jìn)口冷凍墨魚中分離到嗜鹽性的副溶血性弧菌(Vibrio parahaemolyticus)[1-2],認(rèn)為冰凍墨魚是這種能引起消費(fèi)者發(fā)生急性腸胃炎致病菌的重要載體;研究也發(fā)現(xiàn)依賴NaCl生長的假單胞菌(Pseudomonas)是葡萄牙產(chǎn)冰凍保鮮墨魚的主要腐敗菌[3]。墨魚干是新鮮墨魚經(jīng)過鹽漬蒸熟、晾曬風(fēng)干后制成的墨魚制品,在市售墨魚干表面常見有鹽漬菌斑,但是對(duì)干制墨魚產(chǎn)品的微生物檢測鮮見報(bào)道。本研究對(duì)菌斑中的耐(嗜)鹽細(xì)菌進(jìn)行了分離純化,并對(duì)一株嗜鹽菌進(jìn)行了系統(tǒng)發(fā)育分析,檢測了其部分生物學(xué)特性。研究結(jié)果能為了解墨魚干表面菌斑中微生物種類與特性,以及對(duì)其生長的控制提供參考,有助于提高墨魚干產(chǎn)品的品質(zhì)。

      1 材料與方法

      1.1 材料與儀器

      墨魚干,表面有明顯的白霜狀鹽漬菌斑 市售;含5%NaCl培養(yǎng)基:0.5%蛋白胨,0.5%牛肉膏,5%NaCl,自來水配制,pH 自然,121℃ 滅菌25min。制備固體培養(yǎng)基時(shí)需添加2%的瓊脂粉;含TaKaRa Taq(5U/μL)和10 × PCR 緩沖液(含 MgCl2,15mmol/L)的TaKaRa TaqTMDNA多聚酶試劑盒 寶生物工程(大連)有限公司;dNTPs(各 2.5mmol/L)、16S rDNA PCR通用引物:27F(5′-AGA GTT TGA TCM TGG CTC AG-3′)、1492R(5′-GGY TAC CTT GTT ACG ACT T-3′) 北京鼎國昌盛生物技術(shù)有限責(zé)任公司;其它試劑均為進(jìn)口或國產(chǎn)分析純。

      MycyclerTMThermal Cycler PCR 儀、PowerPacTMBasic電泳儀 美國Bio-Rad公司;Kodak Gel Logic 212凝膠成像系統(tǒng) Carestream Health INC.USA;752型紫外可見分光光度計(jì) 上海光譜儀器有限公司;CT15RT通用冷凍離心機(jī) 上海天美(Techcomp)公司;SP500自動(dòng)高壓蒸汽滅菌器 日本Yamato公司;SPX-250BS-II生化培養(yǎng)箱 上海新苗醫(yī)療器械制造公司;江南YS100生物顯微鏡 南京江南永新光學(xué)有限公司。

      1.2 實(shí)驗(yàn)方法

      1.2.1 嗜鹽菌的分離純化 取一片完整的墨魚干,刮取其帶白霜部位表面碎屑少許,懸浮于含5%NaCl液體培養(yǎng)基,25℃,150r/min振蕩培養(yǎng)24h富集耐鹽細(xì)菌。制成的菌懸液經(jīng)適度稀釋,涂布于含5%NaCl培養(yǎng)基固體平板,25℃培養(yǎng)48h,挑取單菌落,繼續(xù)劃線分離純化后,轉(zhuǎn)接到含5%NaCl培養(yǎng)基斜面,4℃保存。

      1.2.2 菌株的形態(tài)學(xué)觀測 移取5%NaCl液體培養(yǎng)基中菌體制成涂片,經(jīng)石碳酸復(fù)紅單染色,普通光學(xué)顯微鏡油鏡下觀測菌體形態(tài)。

      1.2.3 耐鹽度測定 液體菌種是將斜面上菌苔轉(zhuǎn)接到含5%NaCl液體培養(yǎng)基,25℃、150r/min振蕩培養(yǎng)24h的菌懸液。菌種稀釋液組成為用0.5%蛋白胨和0.5%牛肉膏的去離子水溶液。將液體菌種稀釋100倍以降低菌種液的鹽度,再按1%量接種于NaCl濃度為 0%、0.5%、1%、2%、3%、5%、8%、10%、12%、15%、20%、25%、30%和32%的液體培養(yǎng)基,25℃、150r/min振蕩培養(yǎng)24~48h,觀察比較菌懸液的渾濁度,評(píng)判菌的生長狀態(tài)。

      1.2.4 16S rRNA基因序列分析 將受試菌株培養(yǎng)于含5%NaCl液體培養(yǎng)基后,離心收集菌體細(xì)胞,通過SDS堿裂解法抽提細(xì)菌基因組DNA[4],以1.0%瓊脂糖電泳檢驗(yàn) DNA純度,-20℃保存?zhèn)溆?。?6S rDNA通用引物27F和1492R進(jìn)行PCR擴(kuò)增菌株16S rRNA基因。PCR反應(yīng)體系:10×PCR Buffer(Mg2+Plus)5.0μL、dNTPs(各 2.5mmol)1.0μL、引物27F(20μmol/L)和 1492R(20μmol/L)各 1.0μL、TaKaRa Taq(5U/μL)0.25μL、DNA 模板 1.0μL,補(bǔ)加滅菌蒸餾水至50μL。PCR擴(kuò)增反應(yīng)條件:95℃預(yù)變性 4min;然后 95℃ 變性 50s,52℃ 退火 1min,72℃延伸2min,共30個(gè)循環(huán);最后72℃延伸10min。PCR產(chǎn)物經(jīng)1.0%瓊脂糖電泳檢測,純化后送交生工生物工程(上海)股份有限公司測序。雙向測定的16S rDNA序列合并后,通過 blastN(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST)程序在GenBank中搜索比對(duì)相似序列,以 E值(Expectation values)<1.0e-05為標(biāo)準(zhǔn)判別同源比對(duì)具有顯著性意義,指示兩者為同源序列。并通過 BankIt軟件提交序列到GenBank中。

      參照 LPSN(ListofProkaryoticnameswith Standing in Nomenclature)數(shù)據(jù)庫中鹽單胞菌屬(Halomonas)和棲鹽田菌屬(Salinicola)的菌種名和模式菌株在GenBank/EMBL/DDBJ數(shù)據(jù)庫中的登錄號(hào)(http://www.bacterio.cict.fr/h/halomonas.html),從GenBank的nucleotide數(shù)據(jù)庫中搜索選擇一些模式菌株的16S rDNA序列。所選擇的鹽單胞菌屬的模式菌株至少具有特征之一:分離自中國的鹽湖海水等環(huán)境中;分離來自韓國等傳統(tǒng)發(fā)酵海產(chǎn)食品基質(zhì);是耐鹽菌,在0%~20%NaCl鹽度下能生長。首先,將模式菌株與待測菌株的16S rDNA序列用ClustalW 1.83程序進(jìn)行多序列比對(duì);然后,利用分子進(jìn)化遺傳分析軟件MEGA5.10構(gòu)建N-J系統(tǒng)發(fā)生樹(Neighbor-Joining tree),基本參數(shù):系統(tǒng)發(fā)育樹可靠性檢驗(yàn)的自舉值(Bootstrap Value)設(shè)定為1000次;替代模型(Substitution Model)選擇 Kimura 2-parameter model。以棕櫚發(fā)酵細(xì)菌(Zymobacter palmae)的模式菌株作外群[5],分析待測菌株的系統(tǒng)發(fā)育地位。

      1.2.5 溫度對(duì)菌株生長的影響 將新鮮菌液按1%接種量接種于含5%NaCl培養(yǎng)基中,置于5、10、15、25、37、42、45、50℃等溫度下,150r/min 振蕩培養(yǎng)24~72h,觀測比較培養(yǎng)液濁度。

      1.2.6 硝酸鹽濃度的影響及硝酸鹽還原作用檢測含NaNO3培養(yǎng)基:0.5%蛋白胨,0.5%牛肉膏,按需要添加調(diào)整NaNO3的質(zhì)量百分比濃度,自來水配制,pH自然,121℃滅菌25min。

      取5%NaCl液體培養(yǎng)基中新鮮菌種懸液,按1%接種量接種含NaNO3濃度為0.5%、1%、2%、3%、4%、5%、10%、15%的液體培養(yǎng)基,25℃,150r/min培養(yǎng)24~72h,測定菌株對(duì)硝酸鹽濃度的耐受性。

      為檢測菌株生長過程中能否產(chǎn)生亞硝酸鹽,每12h移取含2%NaNO3培養(yǎng)液中菌懸液,經(jīng)10000×g離心去除菌體,向2mL上清液中依次加入100μL 0.4%對(duì)氨基苯磺酸溶液和100μL 0.2%鹽酸萘乙二胺溶液,溶液變?yōu)?粉)紅色則判定菌株能將硝酸鹽轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽(NaNO2),即具有硝酸鹽還原作用為陽性;若該反應(yīng)為陰性,則往上清液中加少量鋅粉將硝酸根還原成亞硝酸根后,再根據(jù)顏色反應(yīng)來確認(rèn)反應(yīng)結(jié)果[6]。

      1.2.7 食品防腐劑的影響 參照在水產(chǎn)或肉制品中容許使用的防腐劑及其最大使用量[7],選用食品級(jí)規(guī)格的山梨酸鉀(最大容許劑量為0.1%)、苯甲酸鈉(0.1%)、脫氫乙酸鈉(0.05%)、雙乙酸鈉(0.1%)、焦亞硫酸鈉(0.01%)和乳酸鏈球菌素(Nisin,0.05%)。在含5%NaCl培養(yǎng)基中分別添加各種防腐抑菌劑至最大容許劑量和對(duì)倍稀釋劑量,取5%NaCl培養(yǎng)液中菌種按1%量接種后,25℃,150r/min培養(yǎng)24~72h,觀測比較培養(yǎng)液濁度,檢測各種防腐劑的最小抑制濃度。

      2 結(jié)果與討論

      2.1 結(jié)果分析

      2.1.1 菌株的形態(tài) 墨魚干表面碎屑在5%NaCl液體培養(yǎng)基中富集培養(yǎng)24h,生長出較濃濁的菌懸液。經(jīng)涂布平板和單菌落劃線分離,得到一個(gè)耐鹽菌株NYJ01。它在5%NaCl固體培養(yǎng)基上,28℃、48h生長的菌落形態(tài)和顯微鏡(油鏡)下的菌體形態(tài)見圖1。菌落呈乳白色、隆起、邊緣整齊、菌落直徑 0.5~1.5mm。菌體細(xì)胞為球狀或短桿狀,單個(gè)排列。

      圖1 菌株NYJ01的菌落和細(xì)胞形態(tài)Fig.1 Morphology of colony and cells of the strain NYJ01

      2.1.2 16S rRNA基因序列分析 對(duì)菌株NYJ01的16S rDNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增,PCR產(chǎn)物測序得到1462nt核苷酸序列,在 GenBank中提交的登錄號(hào)是KC854246。將序列在GenBank數(shù)據(jù)庫進(jìn)行BLAST搜索比對(duì),結(jié)果表明它與鹽單胞菌屬和棲鹽田菌屬中一些菌株的16S rDNA序列的一致性高達(dá)99%。選擇這兩個(gè)屬中模式菌株與菌株NYJ01的16S rDNA序列構(gòu)建出的系統(tǒng)發(fā)育樹如圖2所示。系統(tǒng)發(fā)育分析顯示菌株NYJ01與棲鹽田菌屬細(xì)菌聚類為一個(gè)分枝,尤其是與該屬的模式菌株關(guān)聯(lián)棲鹽田菌(Salinicola socius)之間的親緣關(guān)系最近。因此,可以確定菌株NYJ01是一種棲鹽田菌,暫定為Salinicola sp.NYJ01。

      2.1.3 菌株的部分生理特性 菌株Salinicola sp.NYJ01的耐鹽性測定結(jié)果顯示:在同樣接種量的情況下,在僅含NaCl為無機(jī)鹽的牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基中,1%~20%NaCl范圍內(nèi)都能生長,最適范圍是3%~10%NaCl,其菌懸液最渾濁,可見大量的細(xì)胞凝聚團(tuán)塊。菌株的耐鹽性表明菌株NYJ01是一種中度嗜鹽菌。

      菌株NYJ01的生長溫度范圍是10~45℃,其最適范圍是25~37℃。在25℃以下,菌體生長緩慢,尤其是在10℃左右時(shí),經(jīng)72h振蕩培養(yǎng)后培養(yǎng)液濁度無明顯變化。結(jié)果表明菌株NYJ01是一種中溫菌,可以利用10℃以下低溫抑制其生長繁殖。

      表1 菌株NYJ01與鹽田菌屬細(xì)菌的部分表型特性對(duì)照Table 1 Differential phenotypic characteristics of the strain NYJ01 and the close related Salinicola species

      圖2 基于16S rRNA基因構(gòu)建的N-J系統(tǒng)發(fā)育一致樹Fig.2 Neighbor-joining phylogenetic consensus tree based on the 16S rRNA gene sequences

      菌株NYJ01能在僅含0.5%~15%NaNO3為無機(jī)鹽的牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)液中生長。含NaNO3培養(yǎng)液離心后,上清液中加入亞硝酸鹽測定試劑,溶液不變紅色,表明它不能將硝酸鹽還原成亞硝酸鹽,即硝酸鹽還原作用陰性??梢酝茢嗑暝诟啕}食品基質(zhì)上生長,不會(huì)引起亞硝酸鹽危害。

      菌株NYJ01與鹽田菌屬細(xì)菌的部分表型特性列舉見表1。對(duì)照結(jié)果表明菌株NYJ01與同屬的4個(gè)模式菌株在生理特性上不完全相同,可能是一種新種或者是變種。

      2.1.4 食品防腐劑對(duì)菌株生長的影響 選用6種食品級(jí)規(guī)格的防腐劑,以食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)[7]中最大容許使用量為上限,經(jīng)對(duì)倍稀釋處理后,添加到5%NaCl牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基中,接種NYJ01,25℃培養(yǎng)72h的后,菌體細(xì)胞的生長情況見表2。

      表2 食品防腐劑對(duì)菌株NYJ01生長的影響Table 2 Effect of some food preservatives on the growth of strain NYJ01

      表2數(shù)據(jù)表明:在食品中添加的最大容許劑量下,焦亞硫酸鈉(0.01%)和乳酸鏈球菌素(Nisin,0.05%)不能抑制菌株NYJ01生長;而其它幾種食品防腐劑在最大容許劑量下都能抑制菌株NYJ01生長,并且在對(duì)倍稀釋后都有不同程度的抑制作用??衫?.025%雙乙酸鈉、0.05%山梨酸鉀、0.05%苯甲酸鈉或0.05%脫氫乙酸鈉分別抑制菌株NYJ01生長。

      2.2 討論

      2.2.1 耐鹽菌NYJ01的分類地位 本次分離所得菌株NYJ01的16S rDNA序列與鹽單胞菌屬和棲鹽田菌屬的一些菌株一致性達(dá)到99%。鹽單胞菌屬廣泛分布于含鹽環(huán)境,如海水、鹽湖、鹽田或人工鹽水。在伯杰氏手冊(cè)中僅描述了23種[8]。近年來,陸續(xù)發(fā)現(xiàn)鹽單胞菌屬中的很多新種,最新發(fā)布的鹽單胞菌屬中已有 83個(gè)有效菌種名(http://www.bacterio.cict.fr/h/halomonas.html)。就細(xì)胞形態(tài)和分離基質(zhì)來說,僅有鹽脫氮鹽單胞菌(H.halodenitrificans)為球狀或短桿狀,最初分離自腌肉的鹽水中;食物鹽單胞菌(H.alimentaria)是球狀或短桿狀,分離自韓國傳統(tǒng)發(fā)酵海產(chǎn)品(jeotgal,飛翅魚)[9]。除菌體形態(tài)相似,在細(xì)菌耐鹽性和生長溫度范圍方面,菌株NYJ01與上述分離自食品基質(zhì)的中度嗜鹽菌有明顯的不同。系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果表明,在國內(nèi)分離所得的十多種鹽單胞菌屬細(xì)菌在系統(tǒng)發(fā)育樹上分布比較離散,菌株NYJ01與該屬的鹽漬鹽單胞菌(H.salaria)具有最近的親緣關(guān)系,但該種已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)闂}田菌屬新種[10]。

      棲鹽田菌屬是一個(gè)2007年建立的新屬[11]。屬的模式種是關(guān)聯(lián)棲鹽田菌,其它有效種包括鹽棲鹽田菌和嗜鹽棲鹽田菌(S.halophilus)[10],以及中國學(xué)者(2013年)從養(yǎng)雞場土壤中分離鑒定的新種——澤澍棲鹽田菌(S.zeshunii)[12]。系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果表明,菌株NYJ01與該屬的所有模式菌株聚類為一個(gè)分枝,而且與模式種關(guān)聯(lián)棲鹽田菌之間的親緣關(guān)系最近。菌株NYJ01是棲鹽田菌屬的成員之一,但由于在部分生理特性方面,它又與4種棲鹽田菌之間不完全相同。因此,菌株NYJ01是否是棲鹽田菌屬的一個(gè)新種或變種,需要做詳盡的生理生化實(shí)驗(yàn)才能予以確定。

      2.2.2 耐鹽菌NYJ01在墨魚干上的功能 墨魚(烏賊)作為一種營養(yǎng)和藥用價(jià)值較高的海產(chǎn)品,生產(chǎn)加工的墨魚干產(chǎn)品會(huì)不可避免地?cái)y帶海生的耐鹽微生物,因此,在墨魚干產(chǎn)品表面經(jīng)??梢姷禁}漬白斑。本次鑒定的嗜鹽菌菌株NYJ01,分離自墨魚干帶菌斑的表面,表明該菌與菌斑的形成存在一定關(guān)聯(lián)。菌株NYJ01生長的營養(yǎng)要求簡單,適應(yīng)性強(qiáng),耐鹽范圍和溫度范圍都比較廣泛,只要提供適宜溫度和鹽度,就能大量生長繁殖。一方面,如果認(rèn)為該菌是墨魚干產(chǎn)品的污染菌而有必要控制其生長繁殖,本研究提供了一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù),即可以使用食品防腐劑,例如0.025%雙乙酸鈉、0.05%山梨酸鉀、0.05%苯甲酸鈉或0.05%脫氫乙酸鈉分別抑制菌株NYJ01生長。還可以采用10℃以下的低溫控制這種細(xì)菌的生長繁殖。

      另一方面,可以認(rèn)為墨魚干產(chǎn)品表面生長耐鹽菌是一種自然發(fā)酵過程。迄今未見到因食用有嗜鹽菌生長(或污染)的墨魚干而引起食品安全問題的報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)表明菌株NYJ01屬于硝酸鹽還原陰性細(xì)菌,它不會(huì)引起食品中亞硝酸鹽危害的問題,可以認(rèn)為菌株NYJ01是一種食用安全風(fēng)險(xiǎn)較低的細(xì)菌。嗜鹽菌的生長過程中能產(chǎn)生大量蛋白酶和核酸酶,它們分解蛋白質(zhì)產(chǎn)生谷氨酸,以及促使核酸分解產(chǎn)生核苷酸,這可能與日常飲食中用墨魚干熬制的湯汁非常鮮美有關(guān)。此外,資料表明能適應(yīng)生存于相當(dāng)廣泛鹽度范圍的嗜鹽菌,其對(duì)高鹽度的適應(yīng)機(jī)制之一是“胞內(nèi)有機(jī)溶質(zhì)策略”,即在細(xì)胞內(nèi)合成或積累大量的相容性溶質(zhì)分子,例如四氫嘧啶(ectione)和甜菜堿(glycine betaine)等,并將鹽排出細(xì)胞質(zhì)[13]。嗜鹽菌產(chǎn)生的四氫嘧啶等相容性物質(zhì)對(duì)蛋白質(zhì)和細(xì)胞結(jié)構(gòu)具有保護(hù)作用,它們是一類有待開發(fā)的極具潛力的功能食品添加劑[14]。就這方面來說,菌株NYJ01存在于墨魚干產(chǎn)品中則具有積極的意義。

      3 結(jié)論

      本實(shí)驗(yàn)從市售墨魚干表面分離純化出一株嗜鹽菌NYJ01。通過16S rDNA測序和系統(tǒng)發(fā)育分析表明它是一種鹽田菌屬細(xì)菌(Salinicola sp.)。這種中度嗜鹽菌能在1%~20%NaCl濃度下生長,最適濃度是3%~10%NaCl;生長溫度范圍是10~45℃,最適溫度是25~37℃,可以利用10℃以下低溫抑制其生長繁殖;它不具有硝酸鹽還原作用,不會(huì)引起墨魚干制品產(chǎn)生亞硝酸鹽危害;可利用0.025%雙乙酸鈉、0.05%山梨酸鉀、0.05%苯甲酸鈉或0.05%脫氫乙酸鈉分別抑制菌株NYJ01生長。

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