CN111718871B - 一株产酸性蛋白酶的地衣芽孢杆菌 - Google Patents
一株产酸性蛋白酶的地衣芽孢杆菌 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一株产酸性蛋白酶的地衣芽孢杆菌,属于食品微生物技术领域。本发明的地衣芽孢杆菌,分离自传统郫县豆瓣酿造体系,已于2020年3月17日保藏于中国普通微生物保藏管理中心,保藏编号CGMCC NO.19482。该地衣芽孢杆菌可耐受高盐等环境,所生产的蛋白酶在pH 3条件下酶活可达到26.81U/mg,并且同时可适应酱醅的高盐、高渗环境(NaCl浓度为15%~18%)。将该菌株应用于豆酱发酵的中,可产生102种风味物质,酯类、醇类芳香性物质种类多样,使得豆酱风味更丰富、饱满。本发明中的地衣芽孢杆菌因具有高渗条件下分解蚕豆蛋白的能力及纯天然菌株的来源属性,因而适于豆类发酵食品的制备。
Description
技术领域
本发明涉及一株产酸性蛋白酶的地衣芽孢杆菌,属于食品微生物技术领域。
背景技术
在衡量发酵酱及酱油调味品品质的众多指标中,氨基酸态氮浓度是一个重要的指标。在发酵酱和酱油中,氨基酸态氮主要来自于豆类物质中蛋白质的降解,更多、更高活性的蛋白酶能够提升蛋白质的降解,产生更多的氨基酸态氮,从而提升产品品质及产量。郫县豆瓣中的蚕豆醅发酵,以蚕豆、面粉及盐为原料,加入米曲霉进行制曲(图1)。在制曲阶段,米曲霉充分生长并分泌蛋白酶,将大分子蛋白降解为多肽,少量寡肽和少量氨基酸。制曲结束后,成曲添加盐水(19%-21%NaCl),形成高盐浓度的酱醅状态。高盐状态一方面可以抑制腐败微生物的生长繁殖,另一方面也保证了少量有益微生物的生长。这些有益微生物在繁殖过程中,能够利用多肽、氨基酸及糖生成有机酸及风味物质。因此,研究者普遍认为,在发酵酱及酱油制作过程中,制曲阶段为原料降解阶段,高渗偏酸性的酱醅阶段为产香阶段。
蛋白酶在酱醅发酵过程的产香阶段中起到着重要的作用,其能够分解酱醅的中的蛋白质,进而增加氨基酸态氮。同时,蛋白酶的分解作用还能使得原料中的蛋白质分解,生成风味物质的前体物质,进而再形成复杂的风味物质。但在目前的研究中,菌株的功能较为单一,许多菌株无法在高渗偏酸的环境中进行很好的生长,少有的在高渗偏酸环境下生长的菌株所产的蛋白酶酶活也都较低,且蛋白酶无法适应酱醅发酵的高渗及酸性环境,活性较低,导致氨基酸态氮的含量低、风味不佳等问题。
因此,亟待寻找一株能够产在酸性及高渗环境下具有较高活性的蛋白酶,且能够改善酱类产品风味的菌株,将该菌株添加至豆瓣酱制备过程,能够很好地适应酱类产品的发酵环境,且产生的蛋白酶能够在酸性、高渗环境下具有较高的催化活性,促进蛋白质的分解,从而提升豆瓣酱氨基酸态氮和风味物质的含量,以提高豆瓣酱的品质。
发明内容
针对现有的技术难点及存在的问题,本发明从郫县豆瓣酿造体系(蚕豆醅)中分离得到了一株在高渗发酵条件下生产蛋白酶的地衣芽孢杆菌,所生产出的蛋白酶在pH 3的条件下具有较高的酶活,且在发酵前期就能够产生102种风味物质,可将该菌株应用于郫县豆瓣蚕豆醅生产。
本发明提供了一株在高渗状态下具有高产酸性蛋白酶能力的地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)CC5,已于2020年3月17日保藏于中国普通微生物保藏管理中心,保藏编号为CGMCC NO.19482,保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所。
本发明提供一种所述地衣芽孢杆菌CC5的培养方法,所述方法是将所述地衣芽孢杆菌CC5接种至15~20%(w/v)盐水中进行培养。
在本发明的一种实施方式中,培养温度为25~35℃。
本发明的提供一种微生物菌剂,所述微生物菌剂中含有所述地衣芽孢杆菌CC5的微生物菌剂。
在本发明的一种实施方式中,述微生物菌剂中还含有任何能够应用于食品、饲料或药物的任意种属的菌株;所述菌株为酿酒酵母、鲁氏接合酵母、嗜盐四联球菌、嗜热链球菌、乳杆菌、枯草芽孢杆菌中的一种或多种。
在本发明的一种实施方式中,所述微生物菌剂中还含有任意能用于食品或药物的载体。
在本发明的一种实施方式中,制备所述菌剂的方法为将地衣芽孢杆菌CC5接种至培养基中,在30~40℃下活化至对数中后期,传代培养2~3次至菌液中细胞浓度达到1.0×106cfu/mL以上活菌数时,将菌液在6000~10000rpm下离心15~25min收集沉淀,在沉淀中依次加入缓冲液和冷冻保护剂,待细胞浓度为不低于1.0×107cfu/mL时,进行真空冷冻干燥处理,得到微生物菌剂。
在本发明的一种实施方式中,待细胞浓度为不低于108cfu/mL时,真空冷冻干燥处理。
在本发明的一种实施方式中,所述缓冲液为双蒸水或磷酸缓冲溶液,冷冻保护剂为海藻糖或脱脂乳粉。
在本发明的一种实施方式中,所述缓冲液为pH值为5~8的0.1~1M磷酸盐缓冲液,所述冷冻保护剂为5%~20%(w/v)的海藻糖和/或脱脂乳粉。
在本发明的一种实施方式中,所述缓冲液为pH值为7的0.2M磷酸盐缓冲液,所述冷冻保护剂为10~15%(w/v)的海藻糖或脱脂乳粉。
本发明提供一种制备酸性蛋白酶的方法,所述方法是以所述地衣芽孢杆菌CC5为发酵菌株,在高盐、酸性的体系中进行产酶。
在本发明的一种实施方式中,所述体系中盐浓度为17~20%(w/v)。
在本发明的一种实施方式中,所述体系中的pH为4.0~6.0。
在本发明的一种实施方式中,所述体系中的氮源来自于豆类,所述豆类包括蚕豆、黄豆、绿豆、红豆。
本发明提供一种在酸性条件下高效水解底物的方法,所述方法是利用所述地衣芽孢杆菌生产蛋白酶。
在本发明的一种实施方式中,将蛋白酶在pH≤4的环境中水解底物。
本发明提供一种提高豆酱中氨基酸态氮的方法,所述方法是将所述含有地衣芽孢杆菌CC5的盐水加入曲料中制备酱醅,在35~40℃培养。
在本发明的一种实施方式中,所述盐水的盐浓度为17~20%(w/v)。
在本发明的一种实施方式中,所述曲料与盐水的比例为(95~120):(100~140)(w/w)。
本发明提供一种改善豆酱风味的方法,将所述地衣芽孢杆菌接种至酱醅中发酵。
本发明还保护所述地衣芽孢杆菌CC5,或所述微生物菌剂,或所述生产蛋白酶的方法,或所述在酸性条件下高效水解底物的方法,或所述提高豆酱中氨基酸态氮的方法,或所述改善豆酱风味的方法在食品、制备药物或者畜禽养殖领域制备豆类发酵产品中的应用,所述食品包括蚕豆酱、黄豆酱、酱油;所述药品包括整肠生。
本发明的有益效果:
1、本发明的地衣芽孢杆菌可适应酱醅的高盐、高渗环境(NaCl浓度为15%~18%),在该环境下可生产蛋白酶,酶活达34.61U/mg;同时地衣芽孢杆菌筛选自郫县豆瓣酿造体系的蚕豆醅中,具有耐受郫县豆瓣生产中的酸性(pH为4.5左右)、高盐(150-180g/L)的酿造环境的特性,可在极端环境中长期保持生长;
2、菌株产的酶能够在pH=3的环境中具有较高的酶活,酶活可达26.81U/mg;
3、将该菌株用于酱类物质的发酵,可极大地改善酱类的风味。将地衣芽孢杆菌应用于豆酱发酵的中,可产生102种风味物质,酯类、醇类芳香性物质种类多样,具有玫瑰花香性质的香叶醇浓度可达48.8mg/L,具有炒花香气和巧克力、奶油气味的2,5-二甲基吡嗪含量达到51.1mg/L,与其他的风味物质一起使得豆酱风味更丰富、饱满。
生物材料保藏
地衣芽孢杆菌,分类学命名为地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis,于2020年3月17日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCCNO.19482,保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号,中国科学院微生物研究所。
附图说明
图1为郫县豆瓣酿造过程图示。
图2为在发酵过程中地衣芽孢杆菌所产的蛋白酶酶活变化图;Bacilluslicheniformis CC5为本发明的菌株。
具体实施方式
LB培养基:胰蛋白胨1%(w/v),酵母提取物0.5%(w/v),NaCl 15%(w/v),自然pH。
PDA固体培养基:购买自北京索莱宝科技有限公司(货号:P8931)
酶活测定方法:收集1mL发酵液,10000rpm离心10min,除去沉淀,收集上清液,即为酱醪的蛋白酶粗提液。将酱醪蛋白酶粗提液用酸性(pH=3)、中性(pH=7)、碱性(pH=10)缓冲液稀释10倍,4℃超声浸提1h,即为待测酶液。随后采用国标法(GB/T23527-2009)检测蛋白质浓度。
蚕豆醅样品的氨基氮浓度测定:具体步骤参考《中华人民共和国专业标准ZB X66038-87》。
豆酱中风味物质测定:通过SPME-GC-MS分析方法(具体步骤参照胡传旺.酱油发酵过程微生物群落解析及功能研究[D].江南大学硕士学位论文,2017.)。
地衣芽孢杆菌CA3和地衣芽孢杆菌K13为在地衣芽孢杆菌CC5筛选过程中得到的另外两株菌。
实施例1:地衣芽孢杆菌的筛选
(1)制备样品稀释梯度并培养
称取5g郫县豆瓣蚕豆醅原料,加入50mL无菌生理盐水进行震荡至形成悬浊液。吸取样品悬浊液,用无菌生理盐水进行10倍梯度稀释至10-1、10-2、10-3、10-4、10-5,取100-200μL涂布于含15%(w/v)NaCl的LB培养基上,于37℃培养48h,至出现单菌落。
(2)划线分离与纯化
将长出菌落的平板取出后,选取单菌落明显的梯度平板,挑取不同菌落形态的菌落,进行二次划线并进行菌株培养,如此重复几次,直至纯化出所有单菌落。
(3)16S rDNA序列扩增
吸取1mL菌液6000rpm离心3min,倾去上清,水洗两次,离心倾去上清液,获得菌泥,以此为模板,进行PCR扩增,流程如下:
1)扩增体系20μL:
其中模板量为1μL(27F 0.5μL、1492R 0.5μL),Taq酶MasterMix为10μL,ddH2O为7μL。
所用引物为:
27F:AGA GTT TGA TCC TGG CCT CA和1492R:GGT TAC CTT GTT ACG ACT T。
2)扩增条件:
预变性:95℃3min;
第一步变性:94℃1min;
第二步退火:60℃30s;
第三步延伸:72℃2min;
循环次数:30次循环;
第四步最后延伸:72℃5min;
第五步保持:12℃10min。
(4)菌株序列送测与鉴定
将PCR成功的样品送到华大基因进行检测,根据华大基因反馈的序列结果,结合NCBI菌株序列数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/blast)进行BLAST检索,选取匹配度最高的菌株信息进行结果记录。经分析鉴定,本发明提供的菌株为地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)。
(5)菌株保藏
地衣芽孢杆菌CC5已于2020年3月17日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC NO.19482。
实施例2:地衣芽孢杆菌CC5在高盐高渗条件下生产的蛋白酶在pH 3条件下具有高酶活
(1)制曲
用沪酿3042米曲霉(购买自中国普通微生物菌种保藏管理中心,编号为中科3.951)来进行制曲。将米曲霉接种于PDA固体培养基中,培养3-5天,至表面有一层细密的孢子,用无菌的一次性涂布棒刮取孢子,收集备用。
精确称取100g蚕豆,将其在100℃沸水中烫瓣10s,随后立即放入45℃水浴3min,使蚕豆内充满水分。随后称取30g小麦粉,将0.003g米曲霉孢子与小麦粉充分混合,拍打均匀,之后将该含曲霉孢子的小麦粉与蚕豆充分混合,在28℃进行制曲培养;共培养3-5天,期间结块翻曲,至表面充满一层黄绿色的曲霉菌丝。之后将曲料进行115℃,30min灭菌3次以除去曲霉孢子。
(2)菌株在高浓度盐水中的培养
在无菌条件下,将-80℃保存的地衣芽孢杆菌CC5菌株,接种于LB液体培养基中,37℃,200rpm,培养12h,得到菌液,将菌液在8000rpm下离心20min收集沉淀,在沉淀中加入2.0%(w/v)的生理盐水,形成菌悬液,将菌悬液按上述步骤进行离心并收集沉淀,将沉淀加入18%(w/v)盐水中,使得菌浓为1.0×108个/mL。
(3)菌株发酵豆酱
将步骤(2)中含有菌株的盐水加入曲料中来制作酱醅,曲料与盐水的比例为100:120(w/w)。搅拌混匀之后在37℃发酵。
(4)蛋白酶活和氨基氮浓度的测定
在发酵1天后,取样,测定酱醅中的蛋白酶活。地衣芽孢杆菌CC5生产的蛋白,在pH3的强酸条件下酶活高达26.81U/mg。
并在发酵的第1、2、3、4、5天分别在pH 3、7、10下测定蛋白酶的酶活(图2),由图可知,在发酵前期,地衣芽孢杆菌所产的蛋白酶具有良好的酶活,其中在pH 3下的酶活较高,能够很好地用于降解酱醅中的大分子蛋白质,为后续豆瓣的发酵打下了良好的基础。
培养7天后,测定模拟蚕豆醅样品的氨基氮浓度,发现模拟蚕豆酱的氨基酸态氮浓度提升高达15.44%。
表1菌株制备的豆酱中蛋白酶在不同pH下的酶活(U/mg)
表2菌株制备的豆酱中氨基酸态氮浓度
对比例1
具体实施方式参见实施例2,区别在于,将所述地衣芽孢杆菌CC5替换为在地衣芽孢杆菌CC5筛选过程中得到的另外两株菌,分别为地衣芽孢杆菌CA3和地衣芽孢杆菌K13。
结果显示,该地衣芽孢杆菌CA3生产的蛋白酶在pH=3时,酶活为0U/mg,氨基氮浓度提升仅为8.98%;地衣芽孢杆菌K13生产的蛋白酶在pH=3时,酶活为1.91U/mg,氨基氮浓度提升仅为3.68%。
实施例3:利用地衣芽孢杆菌制备的豆瓣酱及风味物质检测
具体实施方式参见实施例2,进行制曲、将菌株在高浓度盐水中培养、菌株发酵豆酱,在发酵7天之后,取豆酱样品测定豆酱中的风味物质(表3)。由表可知,制备得到豆酱风味物质丰富,可达102种,其中醇类、酯类物质种类丰富,具有玫瑰花香性质的香叶醇浓度可达48.8mg/L,具有炒花香气和巧克力、奶油气味的2,5-二甲基吡嗪含量达到51.1mg/L,与其他的风味物质一起使得豆酱风味更丰富、饱满。
表3菌株发酵合成风味化合物
实施例4:地衣芽孢杆菌的微生物菌剂的制备
取200~600μL的地衣芽孢杆菌接种于10~30mL LB液体培养基中,37℃下活化2至3代,待地衣芽孢杆菌达到108cfu/mL以上活菌数时,5000~10000rpm下离心10~20min,去除上清液后,在无菌环境下依次加入缓冲液(pH值为7的0.2M磷酸盐缓冲液)和冷冻保护剂(15~20g/mL的海藻糖和/或脱脂乳粉),待细胞浓度不低于107cfu/mL时,真空冷冻干燥处理得到固体菌剂。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上,但其并非用以限定本发明,任何熟悉此技术的人,在不脱离本发明的精神和范围内,都可做各种的改动与修饰,因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (10)
1.一株地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis),于2020年3月17日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC NO.19482。
2.一种微生物菌剂,其特征在于,所述微生物菌剂含有权利要求1所述地衣芽孢杆菌。
3.根据权利要求2所述的微生物菌剂,其特征在于,所述微生物菌剂中还含有任何能够应用于食品、饲料或药物的任意种属的菌株;所述菌株为酿酒酵母、鲁氏接合酵母、嗜盐四联球菌、嗜热链球菌、乳杆菌、枯草芽孢杆菌中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的微生物菌剂,其特征在于,所述微生物菌剂中还含有任意能用于食品或药物的载体。
5.一种生产蛋白酶的方法,其特征在于,所述方法是利用权利要求1所述的地衣芽孢杆菌为发酵菌株,在高盐、酸性体系中进行产酶;所述高盐的体系中NaCl浓度为15~20g/100mL,体系中的pH为4.0~6.0。
6.一种在酸性条件下高效水解底物的方法,其特征在于,利用权利要求1所述地衣芽孢杆菌生产蛋白酶;将蛋白酶在pH≤4的环境中水解底物。
7.一种提高豆酱中氨基酸态氮的方法,所述方法是将含有权利要求1所述的地衣芽孢杆菌的盐水加入曲料中制备酱醅,在35~40℃培养。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述盐水的NaCl浓度为15~20g/100mL,所述曲料与盐水的质量比为(95~120):(100~140)。
9.一种改善豆酱风味的方法,其特征在于,将权利要求1所述地衣芽孢杆菌接种至酱醅中发酵。
10.权利要求1所述地衣芽孢杆菌,或权利要求2~4任一所述微生物菌剂,或权利要求5~9任一所述方法在食品、制备药物或者畜禽养殖领域制备豆类发酵产品中的应用。
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