广谱乳酸菌素的研究
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※生物工程 目晶科学 2008,Vo1.29,No.11 469 广谱乳酸菌素的研究 牟光庆1,:,李霞z,李慧z,霍贵成 , (1.东j匕农业大学乳品科学教育部重点实验室,黑龙江哈尔滨 2.大连工业大学生物与食品工程学院,辽宁大连 摘150030; 1 16034) 要:研究的主要目的是筛选产广谱乳酸菌素的乳酸菌菌株,并将其产生的乳酸菌素进行提取和纯化研究。实 验从多种材料中筛选出22株乳酸菌,采用牛津杯法选出抑菌活性最高的乳酸菌B ,该菌株经菌种鉴定为植物乳杆 菌。乳酸菌B 发酵液的抑菌圈直径为22.19mm,经硫酸铵盐析、透析脱盐、DEAE.52离子柱层析和Sephadex G. 25凝胶柱层析后的抑茵圈直径分别为l9.54、23.46、25.32、25.76mm。采用高效液相色谱进行纯度检测,得到 个峰,说明该菌株发酵所产细菌素经一系列提取纯化操作后,纯度得到很大提高。此菌株产生的乳酸菌素不仅 对革兰氏阴性菌如大肠杆菌有较强抑制作用,而且对革兰氏阳性菌如金黄色葡萄球菌也有较强的抑制作用,是~种 广谱乳酸菌素。 关键词:乳酸菌素;筛选;鉴定;纯化 Study on Screening of Broad Spectrum Lactolin-producing Lactic Acid Bacteria and Its Separation and Puriifcation from Fermentation Broth MU Guang—qing 1,2 LI Xia 2 LI Hui 2 HUO Gui—cheng , (1.Key Laboratory ofMilk Science,Ministry ofEducation,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China; 2.School ofBiology and Food Engineering,Dalin aPolytechnic Universiy,Daltian 1 16034,China) Abstract:TheaimofthisexperimentWaSto screenbroad spectmmlactolin-prduciong strains,extractand 黟thelactolnfii'om fermentaiton broth.Twenty-two lacoltin-prduciong lacitc acid bacteria were screened out from several material,and het strain B9, the lactolin activity produced by which is the highest,WaS selected through Oxford cup method.This strain was identiied fas Lactobacillusplantarum by physiological and biochemical experiments.The diameter ofinhibiiton zone produced by he tbroth of het stran i139 is 22.19 nllT1.The broth WaS puriifed wih the tprocess ofsalting-out of(NH4)zSO4,dialysis desalting,DEAE一52 column chromatographyandSephadexG-25 columnchromatography.Thediametersofinhibitionzoneoftheproductsinalltheprocedures are 1 9.54,23.46,25.32 and 25.76 1Tlln,respectively.The ifnal product was detected to be one peak wih thih gperformance liquid chromatography(HPLC).Thepuriyoftthelactolnprioducedbythis Stsirnisincreasedgreatlythroghthe seriesofexperiments. helTactolinproducedbythis strainhaS strongactiviyaga ̄tnotonltygram-negativebacterialikeEscherichiacoli,butalsograin- posiitvebacterialikeStaphylococcusallrells.Therefore.ithas awide spectrumagainstbacteria. Key words:lactolin;screening;identification;purification 中图分类号:TS201.3 文献标识码:A 文章编号:1002.6630(2008)1 1-0469.04 随着社会经济的发展和人民生活水平的提高,人们 及柱层析结合牛津杯扩散法,对经过筛选的具有广谱抑 对健康的重视程度也日益增强。因而乳酸菌素作为一种 无毒、无任何副作用的天然防腐剂正迎合了人们的需 菌活性的乳酸菌所产乳酸菌素进行纯化及抑菌研究,以 期为广谱乳酸菌的研究提供试验科学依据。 1 材料与方法 1.1 材料与试剂 要。目前在国内外已研究的乳酸菌素中,对革兰氏阴 性细菌有抑制作用的乳酸菌素报道很少…。因此,研究 既对革兰氏阴性菌又对革兰氏阳性菌都有抑制作用的广 谱乳酸菌素具有重要意义。本实验拟通过盐析、透析 收稿日期:2007.11.30 酸奶、酸菜汁、腊肠、泡菜、西红柿和干酪市售。 基金项目:辽宁省教育厅项目(20060175);大连市科技项目(2o07B1ONC139) 作者简介:牟光庆(1967-),男,教授,博士研究生,研究方向为功能性乳制品及食品发酵技术。E-mail:gq6552002@yahoo.corn.n e}通讯作者:霍贵成(1958.),男,教授,博士,研究方向为动物营养及乳制品加工。E-mail:gchu08@hotmail.com 470 2008,Vo,.29,No.II 艮品科学 ※生物工程 MRS培养基、分离培养基、检测培养基、肉汤 先用pH2.0盐酸缓冲液在0.5ml/min条件下平衡柱 培养基和保藏培养基『2_。 大肠杆菌和金黄色葡萄球菌 保藏中心。 1_2 方法 子,上样,然后用O~O.8mol/L的NaC1溶液进行梯度洗 大连工业大学菌种 脱,分别洗脱2个柱体积,以平衡缓冲液为参比,在 280nm下检测每管的紫外吸光值。 1.2.8 Sephadex G.25凝胶柱分离 用pH2.0盐酸缓冲液在0.5ml/min条件下平衡柱子, 上样,然后用相同的缓冲液进行洗脱,检测280nm下 的紫外吸光值[8】。 1.2.9 纯度测定 1.2.1 乳酸菌的分离 将不同的实验样品进行预处理,然后按一定的稀释 倍数进行稀释,分别吸取稀释液各0.2ml,涂布于含溴 甲酚绿酒精溶液的MRS培养基平板上,37℃静置培养 48h。挑取使溴甲酚绿变色的菌落,划线分离纯化2~ 3次,最后选择单菌落。经个体形态观察、革兰氏染 色镜检后4℃保存【3J。 1.2_2 乳酸菌素的抑菌测定 用高效液相色谱检测分离到的样品的纯度。先用乙 腈.水(内含0.1%磷酸,pH2.0)溶液平衡柱子,然后上 样,用乙腈.水溶液进行线性洗脱。色谱柱:(250ram ×4.6mm,5pm)C1 8柱;流速:1.0ml/min;进样量: 20pl;检测波长280nmt’】。 2 结果与分析 将分离得到的乳酸菌接种到MRS液体培养基中37℃ 培养48h后,4000r/min离心20min除去菌体,得上清液, 按照牛津杯扩散法[4]进行操作,然后37℃培养I 8 h,测 定抑菌圈直径。 1.2_3 乳酸菌发酵液中乳酸的定量测定 用吸管吸取离心除去菌体的发酵液5mI于150ml三角 瓶中,加水10ml,加入酚酞指示剂2滴,用0.1mol/L 2.1 乳酸菌的分离 共分离出22株乳酸菌,其中从酸奶中分离出4 株、酸菜汁中ll株、腊肠中3株、泡菜中1株、西 红柿中2株、干酪中1株。 2_2 乳酸菌素产生菌的筛选 的NaOH滴定至微红,计算产酸量。 乳酸(g/100m1)=(CV×90.08)×100/样品毫升数 2.2.1 乳酸茵发酵液抑菌活性的测定 以大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为指示菌,按照1.2.2 方法对分离出来的22株乳酸菌进行抑菌活性测定,结果 见表1。 式中,c为NaCI浓度(mol/L1;V为消耗NaOH体 积(mI);90.08为乳酸的摩尔质量(g/oo1t)。 1.2.4 乳酸菌菌种的鉴定 按照《伯杰氏细菌鉴定手册》【6]第八版和《乳酸菌分 类鉴定及实验方法》【2]对筛选得到的乳酸菌进行菌种鉴定。 1.2.5 硫酸铵盐析 由表1可见,对以上2株指示菌而言,乳酸菌B 、 B 2、B 3、B B o、B- 这6株菌发酵液的抑菌活性最 强,不仅对革兰氏阳性菌,而且对革兰氏阴性菌均具 有较强的抑制作用。 2.2.2 多株菌抑菌活性的比较 在离心发酵液中加入不同饱和度硫酸铵(3 0%、 40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%1,用 由于乳酸本身有抑菌作用,所以乳酸菌素抑菌活性 应是发酵液的抑菌活性减去相应乳酸的作用。按试验方 法1.2.3测定B 、B 2、B,、B 、B o、B。。这6株菌发 酵液中的乳酸含量,其结果见表2。 磁力搅拌机搅拌,使硫酸铵粉末完全溶解,静置过夜, 分别离心收集沉淀并称重【7J,按牛津杯定量扩散法测定 上清液的抑菌活性。 表2 乳酸菌发酵液的乳酸浓度 1.2.6 透析脱盐和浓缩 Table 2 Lactic acid concentrations of jactic acid bacteria broths with stronger antibacterial activity 取80%硫酸铵盐析上清液,装入处理好的透析袋 内,放在pH5.5的乳酸溶液中进行透析,过夜。将透 析好的液体进行真空冷冻浓缩。 1.2.7 DEAE.52阴离子交换柱层析 菌株号 B1 20.6 B2 l8.3 B3 l6.7 B9 8.33 l5 Blo 1l27 20.3 Bn 938 16.9 43 消耗NaOH体积(m1) 11.10.16 9.27 乳酸浓度(g 表1 乳酸菌发酵液抑菌活性测定结果 Table 1 Ant.bacte riaI activities of broth of 22 strains of lactic acid bacteria ※生物工程 食品科学 2008,VoL 29,No.II 471 以大肠杆菌为指示菌,测定B-、B z、B,、B 、 B-o、B。。这6株菌相应乳酸对应的抑菌圈,与发酵液抑 菌圈做差值,其结果如表3所示。 表3 乳酸菌发酵液抑菌活性的比较 Table 3 Comparison of antibacterial activities of lactic acid bacteria broths B1 to B11 由表3可以看出,B 的抑菌圈差值最大,所以选 B 菌株为研究对象。 2-3 乳酸菌菌种的鉴定 个体和菌落形态观察及革兰氏染色:镜检可知菌体 呈杆状,单个、成对或成链状排列;茵落边缘整齐、 突起、光滑,乳白色不透明;革兰氏阳性、无芽胞。 生理生化实验结果:该菌株能够发酵葡萄糖、蔗 糖、麦芽糖、乳糖、果糖、半乳糖和棉子糖;不能 发酵阿拉伯糖和木糖;吲哚试验、甲基红试验、V.P试 验、硫化氢产生试验、明胶液化试验、柠檬酸盐利用 试验、硝酸盐还原试验、接触酶试验和运动性试验都 呈阴性;三糖铁培养基反应试验和石蕊牛乳试验呈阳 性。 根据《伯杰氏细菌鉴定手册》第八版和《乳酸菌 分类鉴定及实验方法》初步确定该株菌为植物乳杆菌。 2.4 乳酸菌素的提取与纯化 2.4.1 硫酸铵盐析 在乳酸菌B 的离心发酵液中加入不同饱和度的硫酸 铵进行盐析,其结果见图1。 § 韪 匾 瓶 转 图1 硫酸铵饱和屋的确定 Fig.1 Determination of degree of saturation of(NH4)2SO4 for removing protein in broth 由图1可以看出,随着硫酸铵饱和度的增加,沉 淀量逐渐增加,但发酵液的抑菌活性变化不大,抑菌 圈直径略有减小,说明抑菌物质仍保留在发酵液中。发 酵液抑菌活性的少量减少可能是由于蛋白质在沉淀过程 中包裹或吸附了少量的乳酸菌素。当硫酸铵的饱和度达 80%时,离心发酵液中的大部分杂蛋白质被沉淀下来, 加 而且乳酸菌素在此时损失也较少,综合考虑各因素,选 择80%的硫酸铵饱和度进行盐析。 2.4-2 透析及浓缩 经过盐析后的发酵液中含有大量的硫酸铵,在浓缩 过程中会有晶体析出,所以在浓缩前应先除去,本实验 选用透析的方法。如果在水中进行透析,透析的过程中 发酵液中的乳酸可被除去,发酵液的pH值发生变化, 将导致乳酸菌素的活性改变,所以实验选择在pH5.5的 乳酸溶液中进行透析。 透析后的发酵液,经真空冷冻浓缩后,发酵液体 8 6 4 2积浓缩至l 00ml,继续进行后期实验。 2.4l3 DEAE.52离子柱层析纯化乳酸菌素 用O.2~0.8 mol/L的NaC1进行梯度洗脱,洗脱结果 见图2。 日兽嚣凸0 0 O 0 0 O 0 O 7 6 5 4 3 2 1 O l 8 15 22 29 36 43 5O 57 64 71 78 85 92 99 管号 图2 DEAE-52离子柱层析紫外吸收峰 Fig.2 DEAE-52 column chromatogram of broth after salting-out and dialysis desalting 由图2可以看出,有3个吸收峰,经检测只有第 2个吸收峰有抑菌活性,而第1个蛋白峰和第3个蛋白 峰均无抑菌活性,可以确定为杂蛋白峰。在洗脱第30 管时有抑菌现象出现,第32管时活性达最大,在其他 处未出现抑菌峰,说明发酵液中的杂质已大大减少,活 性成分也相对比较集中。所以收集第32管的液体,做 进一步实验。 2.4.4 Sephadex G.25凝胶柱层析纯化乳酸菌素 1 9 1 7 25 33 41 49 57 65 73 8l 89 97 管号 图3 Sephadex G-25凝胶层析紫外吸收峰 Fig.3 Sephadex G一25 chromatogram of fraction 32 H 472 2008, |『.29,No.11 食品科学 (n备一 恒鹫 ※生物工程 4 将经过DEAE一52柱层析得到的峰II液体先于4℃透 D × 析24h,冷冻干燥后用pH2.0的盐酸缓冲溶液溶解,然 后进行Sephadex G.25凝胶柱分离。用pH2.0的盐酸缓 冲液洗脱,洗脱结果见图3。 由图3可以看出。吸收峰只有1个,牛津杯检测 有活性,从第9管开始有活性,第1 l管活性最大,所 以收集第1l管。 2.4.5 高相液相色谱纯度检测 将收集的第ll管溶液用高效液相色谱进行纯度检 测,结果见图4。 2 4 6 时间(roAn1 图4 禹效液相色谱图(图3中11管) Fig.4 High performance liquid chromatogram of fraction 1 1 (showed in Fig.3) 由图4可知,样品有1个峰,说明样品已得到较 好的纯化。 2.4.6 乳酸菌素的纯化结果 B,所产乳酸菌素经硫酸铵盐析、透析及浓缩、离 子柱层析及浓缩、凝胶柱层析及浓缩处理后得到精制乳 酸菌素,其结果见表4。 从表4可以看出,经硫酸铵盐析后的发酵液抑菌圈 直径有所减小,可能是因为蛋白质在沉淀过程中包裹或 吸附了少量的乳酸菌素,影响了其抑菌活性。经过接 下来的不断纯化使得发酵液的抑菌圈直径不断地变大。 说明乳酸菌B 产生的乳酸菌素经上述几步纯化后,其纯 度明显提高。但在纯化过程中有一定的损失,回收率 不是很高,有待进一步优化实验方案。 从表4可以看出,经硫酸铵盐析后的发酵液抑菌圈 直径有所减小,可能是因为蛋白质在沉淀过程中包裹或 吸附了少量的乳酸菌素,影响了其抑菌活性。经过接 2 D 表4 乳酸菌素纯化结果 × Table 4 Puriifcation result of lactolin D 下来的不断纯化使得发酵液的抑菌圈直径不断地变大。 说明乳酸菌B,产生的乳酸菌素经上述几步纯化后,其纯 度明显提高。但在纯化过程中有一定的损失,回收率 不是很高,有待进一步优化实验方案。 3 结 论 从多种分离材料中分离得到22株乳酸菌,采用牛津 杯法对这些菌株进行抑菌实验,筛选出6株抑菌活性较 高的乳酸菌。排除发酵液中乳酸的影响,筛选得到l株 活性最高的菌株。对所筛株菌进行菌种鉴定,确定为植 物乳杆菌。对该株菌产生的乳酸菌素进行提取和纯化, 经过硫酸铵盐析、透析、浓缩、DEAE.52离子柱层析 和Sephadex G.25凝胶柱层析后,进行高相液相色谱纯度 检测,结果为单一峰,说明样品已得到很好的纯化。 参考文献: [1】 JACK R W.Bacteriocins ofgram-positive bacteia[J].American Society for Microbiology,1995,59(2):171—200. 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