CN104762351A - 一种具有抑菌作用的细菌素粗提物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有抑菌作用的细菌素粗提物及其制备方法和应用。本发明所述细菌素粗提物的制备方法包括以下步骤:(1)将类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.)接种于培养类芽孢杆菌的培养基中,震荡发酵培养获得发酵液;(2)将步骤(1)所得发酵液离心取沉淀,加入丙酮混匀后,浸提,离心取上清,除去丙酮即得。本发明解决了当前细菌素来源狭隘的现状,与传统细菌素相比,采用本发明制备的细菌素粗提物性质更稳定,因此具有更高的食品安全性;采用本发明制备的细菌素粗提物可以直接用于食品的生产,从而达到抑制腐败菌的增殖,延长食品货架期的目的,进而降低了应用的成本。

Description

一种具有抑菌作用的细菌素粗提物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于生物技术领域,具体涉及一种具有抑菌作用的细菌素粗提物及其制备方法和应用。
背景技术
细菌素是某些细菌产生的具有抗菌活性的物质,主要成分为多肽、蛋白质或蛋白质复合物,最早由Jacob于1953年提出。近年来,由于广谱抗生素的普及甚至滥用所带来的负面效应日益突出,新型抗生素替代品的研究迫在眉睫。作为蛋白质类物质的细菌素,由于可被蛋白酶降解,其安全性很高,故受到越来越多的关注。尽管目前开发获得的细菌素Nisin虽然已具备了极高的防腐与抑菌的应用价值,但受Nisin本身的特性(低pH条件下性质稳定,pH>7.0抑菌活性逐渐丧失)的影响,其应用范围受到了极大的局限性,其次,目前细菌素均由发酵液上清中提取获得,其成分不但复杂,难于分离,更重要的是,细菌素产生菌发酵时代谢生成的有害物质在最终产品中有残留的风险,对于食品应用有潜在食品安全风险,再者,制备细菌素的成本非常高、细菌素的来源相对有限,上述问题很大程度上限制了细菌素的开发和利用。
发明内容
因此,本发明要解决的技术问题就是针对现有细菌素稳定性差,制备成本高,来源不足,产生菌有害代谢产物残留的现状,提供了一种具有抑菌作用的细菌素粗提物及其制备方法和应用。
本发明人发现类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.)CGMCC No.8333发酵液中的菌体,经离心收集、丙酮浸提、去除丙酮后可获得具有强烈抑菌活性的粗提物,从而完成了本发明。
为解决上述技术问题,本发明采取的技术方案之一为:一种具有抑菌作用的类芽孢杆菌细菌素粗提物的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
(1)将类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.)接种于培养类芽孢杆菌的培养基中,震荡发酵培养获得发酵液;
(2)将步骤(1)所得发酵液离心取沉淀,加入丙酮混匀后,浸提,离心取上清,除去丙酮即得。
其中步骤(1)为将类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.)接种于培养类芽孢杆菌的培养基中,震荡发酵培养获得发酵液。其中所述类芽孢杆菌(Paenibacillussp.)为本领域常规的类芽孢杆菌,较佳地为发酵产生细菌素的类芽孢杆菌,更佳地为类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.),其保藏编号为CGMCC No.8333。所述类芽孢杆菌为现有技术,其制备方法为本领域常规制备方法,或者通过从保藏中心购买获得。其中所述养类芽孢杆菌的培养基为本领域常规的培养基,所述培养基的配方较佳地为:氮源1~3%、碳源1~10%、L-胱氨酸0.01~0.03%、硫酸钠0.01~0.03%、Na2HPO4·12H2O 0.1~0.3%、乙酸钠1~3%、氯化钠0.05~0.15%、碳酸氢钠0.1~0.3%,余量为水,所述百分比为质量百分比。其中所述氮源为本领域常规氮源,只要能够为类芽孢杆菌的发酵提供氮元素即可,所述氮源较佳地为酵母膏,蛋白胨和/或酪朊水解物中的一种或多种。其中所述碳源为本领域常规的碳源,只要能够为类芽孢杆菌的发酵提供碳元素即可,所述碳源较佳地为蔗糖和/或糖蜜。其中所述类芽孢杆菌的接种量较佳地为1~5%,更佳地为1.5%~4%,最优地为2%,所述百分比为体积百分比,所述类芽孢杆菌的发酵温度较佳地为25~37℃,更佳地为32~35℃,所述发酵的时间较佳地为18~48小时,更佳地为24~36小时,所述震荡培养的速度较佳地为100~300rpm,更佳地为150~200rpm。
本发明所述的发酵方法将所述类芽孢杆菌CGMCC No.8333接种于培养基之前,较佳地还包括该类芽孢杆菌CGMCC No.8333活化获得类芽孢杆菌种子的步骤。所述步骤较佳地包括以下步骤:将本发明所述类芽孢杆菌CGMCC No.8333接种在TYC固体培养基中,25~30℃培养18~28小时即得类芽孢杆菌CGMCC No.8333种子;将所得类芽孢杆菌CGMCC No.8333种子的菌落均匀分散于TYC液体培养基内,再按2%~5%体积百分比的接种量接种于TYC液体培养基中震荡培养,摇床转速为100~200rpm,培养18-28小时,将所得培养物离心弃去上清,所得菌体用无菌蒸馏水洗涤后,用原培养体积的无菌蒸馏水悬浮,即得发酵用的类芽孢杆菌的种子。
其中步骤(2)为将步骤(1)所得发酵液离心取沉淀,加入丙酮混匀后,浸提,离心取上清,除去丙酮即得。其中所述离心的速度较佳地为8,000~15,000rpm,更佳地为10,000~12,000rpm,离心的时间较佳地为5~15分钟,更佳地为8~10分钟,离心的温度较佳地为4~8℃。其中所述丙酮的添加量较佳地为所述发酵液体积的1/10~1/4,所述浸提的时间较佳地为1~5小时,更佳地为2~4小时,优选地为3小时,所述浸提的次数较佳地为2~5次,除去丙酮的方法为本领域常规方法,较佳地为蒸发法,更佳地为旋转蒸发或者平行蒸发。当所述离心的条件或者丙酮浸提条件的参数值在本发明请求保护范围之外时,会使所得细菌素粗提物的抑菌活性显著降低。
为解决上述技术问题,本发明采取的技术方案之二为:一种如本发明所述的制备方法所得具有抑菌作用的类芽孢杆菌细菌素粗提物。
本发明所述具有抑菌作用的类芽孢杆菌细菌素粗提物的制备方法中各步骤所述技术特征的优选范围与上文所述制备方法中相应的技术内容完全一致,具体请参见上文所述技术内容,此处不再赘述。
为解决上述技术问题,本发明采取的技术方案之三为:本发明所述的类芽孢杆菌细菌素粗提物在制备食品防腐剂中的应用。
本发明所述类芽孢杆菌细菌素粗提物可以广泛应用于制备各种食品防腐剂,功能性食品或者功能性饲料中。所述应用较佳地为在制备食品防腐剂中的应用。
在符合本领域常识的基础上,上述各优选条件,可任意组合,即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于:
1、解决了当前细菌素来源狭隘的现状,开创性地将类芽孢杆菌应用于细菌素的制备工艺。
2、与传统细菌素Nisin相比,采用本发明制备的细菌素粗提物性质更稳定,尤其在中性条件下抑菌活性显著高于Nisin,因此,具有比Nisin更优的应用价值。
3、本发明所述方法涉及菌体浸提获得细菌素粗提物,该法从根本上排除了细菌素产生菌排出胞外的有害代谢产物的影响,因此,与传统细菌素制品相比,具有更高的食品安全性。
4、采用本发明制备的细菌素粗提物可以直接用于食品的生产,从而达到抑制腐败菌的增殖,延长食品货架期的目的,进而降低了应用的成本。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,按照常规方法和条件,或按照商品说明书选择。本发明中所述的“室温”是指进行试验的操作间的温度,一般为15~25℃。实施例中所使用的试剂若未加说明,均为分析纯试剂,购买自国药集团。
实施例1 类芽孢杆菌细菌素粗提物的制备与抑菌活性的检测
1、材料与方法
种子(发酵菌种)的制备:将类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.)(所述类芽孢杆菌的保藏编号为CGMCC No.8333,该菌株的来源请参见公开号为CN103740618A的中国专利)的冻干粉用少量无菌蒸馏水溶解,用接种环取一环划线于TYC固体培养基(购买自OXOID Co.,英国),30℃好氧培养48h取出,用接种环挑取单菌落放入10mL TYC液体培养基(购买自OXOID Co.,英国),运用涡旋震荡器将菌落均匀分散于液体培养基内,30℃、180rpm震荡培养24h取出,以2%(体积百分比)接种量接种于TYC液体培养基(购买自OXOID Co.,英国),30℃、180rpm震荡培养24h后,培养物15,000rpm离心10分钟,弃去上清,菌体用无菌蒸馏水洗涤2次后,用原培养体积的无菌蒸馏水悬浮,得到发酵用的种子。
指示菌株:金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)CGMCC 1.879、藤黄微球菌(Micrococcus luteus)CGMCC 1.1848、单增李斯特氏菌(Listeriamonocytogenes)CGMCC 1.9136,以上指示菌株都购买自CGMCC。
指示菌液的制备:将金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、藤黄微球菌(Micrococcus luteus)、单增李斯特氏菌(Listeria monocytogenes)的冻干粉用少量无菌蒸馏水溶解,用接种环取一环划线于LB固体培养基(购买自OXOID Co.,英国),30℃好氧培养48h取出,用接种环挑取单菌落放入10mL LB液体培养基(购买自OXOID Co.,英国),运用涡旋震荡器将菌落均匀分散于液体培养基内,30℃、180rpm震荡培养24h取出,以2%(体积百分比)接种量接种于LB液体培养基(购买自OXOID Co.,英国),30℃、180rpm震荡培养20h后,即得相应的指示菌液。
指示平板的制备:将上述方法制备的指示菌液进行稀释,使其细菌浓度约为107cfu/mL,以体积比1:150的比例吸取稀释的指示菌液注入45℃无菌LB固体培养基中,充分混匀后迅速倒平板,待平板凝固且表面水分蒸发完全后即可。
抑菌活性的检测方法:以点种法在指示平板上滴加20μL待测样品,置于30℃培养20h后测量并记录抑菌圈直径。
发酵培养基的制备:将氮源、碳源、L-胱氨酸、硫酸钠、Na2HPO4·12H2O、乙酸钠、氯化钠、碳酸氢钠按所需比例完全溶解于水中,118℃灭菌15min,冷却至室温,即得无菌的发酵培养基。
2、类芽孢杆菌细菌素粗提物的制备
将类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.)CGMCC No.8333菌株以5%(体积百分比)接种量接种于无菌的发酵培养基中,25℃、100rpm震荡发酵培养18h获得发酵液,将上述发酵液4℃,8,000rpm离心15min取沉淀,以发酵液体积1/4的添加量加入丙酮涡旋混匀后,浸提5h,浸提2次,再8,000rpm离心15min取上清,旋转蒸发除去丙酮,即得细菌素粗提物A。其中,发酵培养基的配方为:蛋白胨0.5%、酪朊水解物0.5%、蔗糖10%,L-胱氨酸0.03%、硫酸钠0.01%、Na2HPO4·12H2O 0.3%、乙酸钠1%、氯化钠0.05%、碳酸氢钠0.3%,余量为水,所述百分比为质量百分比。
3、类芽孢杆菌细菌素粗提物抑菌活性的检测
将类芽孢杆菌细菌素粗提物A以无菌蒸馏水溶解配制成50mg/mL的水溶液,测定其抑菌活性。结果如下表所示:
表1 类芽孢杆菌细菌素粗提物的抑菌效果
由表1可以看出,类芽孢杆菌细菌素粗提物A作用于金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、藤黄微球菌(Micrococcus luteus)、单增李斯特氏菌(Listeria monocytogenes)产生的抑菌圈直径分别为10mm、13mm和10mm,由此可见,本发明所得类芽孢杆菌细菌素粗提物A对上述革兰氏阳性菌具有显著的抑菌效果。
实施例2 类芽孢杆菌细菌素粗提物的制备与抑菌活性的检测
1、材料与方法:同实施例1。
2、类芽孢杆菌细菌素粗提物的制备
将类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.)CGMCC No.8333菌株以1%(体积百分比)接种量接种于无菌的发酵培养基中,37℃、300rpm震荡发酵培养48h获得发酵液,将上述发酵液8℃,10,000rpm离心10min取沉淀,以发酵液体积1/10的添加量加入丙酮涡旋混匀后,浸提1h,浸提5次,再10,000rpm离心10min取上清,平行蒸发除去丙酮,即得细菌素粗提物B。其中,发酵培养基的配方为:酵母膏1%、酪朊水解物2%、蔗糖1%,L-胱氨酸0.01%、硫酸钠0.03%、Na2HPO4·12H2O 0.1%、乙酸钠3%、氯化钠0.15%、碳酸氢钠0.1%,余量为水,所述百分比为质量百分比。
3、类芽孢杆菌细菌素粗提物抑菌活性的检测
将类芽孢杆菌细菌素粗提物B以无菌蒸馏水溶解配制成50mg/mL的水溶液,测定其抑菌活性。结果如下表所示:
表2 类芽孢杆菌细菌素粗提物的抑菌效果
由表2可以看出,类芽孢杆菌细菌素粗提物B作用于金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、藤黄微球菌(Micrococcus luteus)、单增李斯特氏菌(Listeria monocytogenes)产生的抑菌圈直径分别为9mm、12mm和8mm,由此可见,本发明所得类芽孢杆菌细菌素粗提物B对上述革兰氏阳性菌具有显著的抑菌效果。
实施例3 类芽孢杆菌细菌素粗提物的制备与抑菌活性的检测
1、材料与方法:同实施例1。
2、类芽孢杆菌细菌素粗提物的制备
将类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.)CGMCC No.8333菌株以2%(体积百分比)接种量接种于无菌的发酵培养基中,30℃、180rpm震荡发酵培养30h获得发酵液,将上述发酵液8℃,15,000rpm离心5min取沉淀,以发酵液体积1/6的添加量加入丙酮涡旋混匀后,浸提3h,浸提3次,再15,000rpm离心5min取上清,旋转蒸发除去丙酮,即得细菌素粗提物C。其中,发酵培养基的配方为:酵母膏0.5%、蛋白胨1.5%、蔗糖5%,L-胱氨酸0.02%、硫酸钠0.02%、Na2HPO4·12H2O 0.2%、乙酸钠2%、氯化钠0.1%、碳酸氢钠0.2%,余量为水,所述百分比为质量百分比。
3、类芽孢杆菌细菌素粗提物抑菌活性的检测
将类芽孢杆菌细菌素粗提物C以无菌蒸馏水溶解配制成50mg/mL的水溶液,测定其抑菌活性。结果如下表所示:
表3 类芽孢杆菌细菌素粗提物的抑菌效果
由表3可以看出,类芽孢杆菌细菌素粗提物C作用于金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、藤黄微球菌(Micrococcus luteus)、单增李斯特氏菌(Listeria monocytogenes)产生的抑菌圈直径分别为12mm、16mm和13mm,由此可见,本发明所得类芽孢杆菌细菌素粗提物C对上述革兰氏阳性菌具有显著的抑菌效果。
实施例4 类芽孢杆菌细菌素粗提物的制备与抑菌活性的检测
1、材料与方法:同实施例1。
2、类芽孢杆菌细菌素粗提物的制备
将类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.)CGMCC No.8333菌株以1.5%(体积百分比)接种量接种于无菌的发酵培养基中,32℃、150rpm震荡发酵培养24h获得发酵液,将上述发酵液4℃,12,000rpm离心8min取沉淀,以发酵液体积1/10的添加量加入丙酮涡旋混匀后,浸提2h,浸提5次,再12,000rpm离心8min取上清,平行蒸发除去丙酮,即得类芽孢杆菌细菌素粗提物。其中,发酵培养基的配方为:酵母膏1%、酪朊水解物2%、蔗糖1%,L-胱氨酸0.01%、硫酸钠0.03%、Na2HPO4·12H2O 0.1%、乙酸钠3%、氯化钠0.15%、碳酸氢钠0.1%,余量为水,所述百分比为质量百分比。
3、类芽孢杆菌细菌素粗提物抑菌活性的检测
检测方法与实施例1相同,所得类芽孢杆菌细菌素粗提物作用于金黄色葡萄球菌、藤黄微球菌以及单增李斯特氏菌产生的抑菌圈直径分别为11mm、14mm和12mm。
实施例5类芽孢杆菌细菌素粗提物的制备与抑菌活性的检测
1、材料与方法:同实施例1。
2、类芽孢杆菌细菌素粗提物的制备
将类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.)CGMCC No.8333菌株以4%(体积百分比)接种量接种于无菌的发酵培养基中,35℃、200rpm震荡发酵培养36h获得发酵液,将上述发酵液8℃,10,000rpm离心10min取沉淀,以发酵液体积1/10的添加量加入丙酮涡旋混匀后,浸提4h,浸提5次,再10,000rpm离心10min取上清,平行蒸发除去丙酮,即得类芽孢杆菌细菌素粗提物。其中,发酵培养基的配方为:酵母膏1%、酪朊水解物2%、蔗糖1%,L-胱氨酸0.01%、硫酸钠0.03%、Na2HPO4·12H2O 0.1%、乙酸钠3%、氯化钠0.15%、碳酸氢钠0.1%,余量为水,所述百分比为质量百分比。
3、类芽孢杆菌细菌素粗提物抑菌活性的检测
检测方法与实施例1相同,所得类芽孢杆菌细菌素粗提物作用于金黄色葡萄球菌、藤黄微球菌以及单增李斯特氏菌产生的抑菌圈直径分别为10mm、13mm和9mm。
对比例1
将实施例3中的接种量,培养温度,发酵时间,发酵震荡的速度及部分培养基组成逐一进行调整,获得了以下一组不同方法制备的细菌素粗提物。各组细菌素粗提物还原为冻干前的体积后,其测定的抑菌效果下表所示。
表4 不同方法制备所得细菌素粗提物的抑菌效果
从表4所示的结果中可以得出,将所述细菌素粗提物的制备方法中接种量,培养温度,发酵时间,发酵震荡的速度,部分培养基组成,丙酮添加量,浸提时间以及浸提次数等技术参数值调整到本发明请求保护范围之外的时候,所得类芽孢杆菌细菌素粗提物的抑菌效果显著降低。
对比例2
以实施例3所述方法制备的类芽孢杆菌细菌素粗提物C为待测样品,同时选用目前市场上常规的细菌素产品尼萨普林(Nisaplin,购买自丹尼斯克公司)为对照,尼萨普林是传统的商业化抑菌产品,其中的核心有效成分为乳酸链球菌素Nisin,此外还有氯化钠等其他成份。将类芽孢杆菌细菌素粗提物C和尼萨普林分别溶解于pH=3、5、7、9的0.2M磷酸盐缓冲溶液中,得到浓度为50mg/mL的待测样品组S-3、S-5、S-7、S-9和对照组N-3、N-5、N-7、N-9,各组样品的抑菌效果如下表所示。
表5 与常规细菌素产品的抑菌效果比较
表5显示了常规的细菌素制品与本发明制备的类芽孢杆菌细菌素粗提物在不同pH条件下的抑菌效果,数据表明,尼萨普林在中性或中性以上的pH条件下,其抑菌活性开始丧失,而本发明制备的类芽孢杆菌细菌素粗提物却在相同条件下依然保持着稳定的抑菌能力,由此可见,本发明制备的类芽孢杆菌细菌素粗提物具有更优秀的抑菌稳定性,该特性推翻了现有细菌素制品只能应用于偏酸环境下的食品加工领域的局限性,因此,本发明制备的类芽孢杆菌细菌素粗提物可应用的食品加工范围将比现有细菌素制品更广。
效果实施例1
按传统工艺制作的香肠(制作方法引自下述文献:袁秋萍.乳酸链球菌素在肉制品中的应用[J].食品工业科技,1998(4):27-28.),其中,对照组1的香肠中仅添加亚硝酸钠,添加量为0.15g/kg,对照组2的香肠中添加亚硝酸钠和常规细菌素产品尼萨普林,添加量分别为0.04g/kg和0.4g/kg,样品组的香肠中添加了亚硝酸盐和实施例3制备获得的类芽孢杆菌细菌素粗提物C,添加量分别为0.04g/kg和0.4g/kg,各香肠样品制作完成后测定菌落总数,结果如下表所示。
表6 香肠制作工艺中类芽孢杆菌细菌素粗提物的抑菌效果
由表6可知,在香肠的制作工艺中,添加本发明所制备的类芽孢杆菌细菌素粗提物,其在成品中的抑菌效果与现有细菌素产品尼萨普林相仿,而且香肠的色、香、味没有明显的变化,由此可见,以本发明所制备的类芽孢杆菌细菌素粗提物完全可替代现有细菌素产品在防腐、抑菌等方面进行应用。
应理解,在阅读了本发明的上述内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种具有抑菌作用的类芽孢杆菌细菌素粗提物的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
(1)将类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.)接种于培养类芽孢杆菌的培养基中,震荡发酵培养获得发酵液;
(2)将步骤(1)所得发酵液离心取沉淀,加入丙酮混匀后,浸提,离心取上清,除去丙酮即得。
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.)的保藏编号为CGMCC No.8333。
3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述培养类芽孢杆菌的培养基的配方为:氮源1~3%、碳源1~10%、L-胱氨酸0.01~0.03%、硫酸钠0.01~0.03%、Na2HPO4·12H2O 0.1~0.3%、乙酸钠1~3%、氯化钠0.05~0.15%、碳酸氢钠0.1~0.3%,余量为水,所述百分比为质量百分比。
4.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述碳源为蔗糖和/或糖蜜,所述氮源为酵母膏,蛋白胨和/或酪朊水解物中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述类芽孢杆菌的接种量为1~5%,所述百分比为体积百分比,所述类芽孢杆菌的发酵温度为25~37℃,所述发酵的时间为18~48小时,所述震荡培养的速度为100~300rpm。
6.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述类芽孢杆菌的接种量为1.5%~4%,所述百分比为体积百分比,所述类芽孢杆菌的发酵温度为32~35℃,所述发酵的时间为24~36小时,所述震荡培养的速度为150~200rpm。
7.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述发酵液离心的速度为8,000~15,000rpm,发酵液离心的时间为5~15分钟,发酵液离心的温度为4~8℃。
8.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述丙酮的添加量为发酵液体积的1/10~1/4,浸提的时间为1~5小时,浸提的次数为2~5次。
9.一种如权利要求1~8任一项所述的制备方法所得具有抑菌作用的类芽孢杆菌细菌素粗提物。
10.如权利要求9所述的类芽孢杆菌细菌素粗提物在制备食品防腐剂中的应用。
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