一株發酵乳桿菌培養條件的優化

洪 梅 刁其玉 閆貴龍 屠 焰 張乃鋒 姜成鋼

青貯飼料是反芻動物飼料的重要組成部分，青貯菌制劑通過微生物作用，可以改善青貯產品品質，有效延長青貯飼料的保存時間，具有重要的使用價值。青貯的原理是在厭氧條件下，通過附著于植物體的乳酸菌利用原料中的可溶性碳水化合物，發酵產生有機酸（主要是乳酸），迅速降低pH值，從而殺滅或者抑制各種微生物的活動，達到長期保存青綠飼料的目的。同型發酵乳酸菌是非常重要的青貯飼料菌制劑，例如植物乳桿菌和片球菌等，它們能夠迅速降低pH值，提高乳乙酸的生成比例，有效降低乙醇和氨態氮的產量。以往的試驗大多集中在研究同型發酵乳酸菌上，而且在實際生產中應用也較廣泛，它們對于飼料的保存，提高飼料適口性以及提高奶牛的生產性能具有顯著作用。相比之下，關于異型發酵乳酸菌的研究較少，而且目前大多集中研究布氏乳桿菌對青貯飼料有氧穩定性的影響，對其他異型發酵乳酸菌的研究則更少，但事實上除此之外，還有很多優良的菌株有待開發推廣。例如乳桿菌科乳桿菌屬的發酵乳桿菌，屬于異型發酵乳酸菌類，其廣泛分布于人和動物的胃腸道中，能在人體胃液低pH值和腸道高膽汁酸環境中存活，對胃酸、膽汁和胰腺分泌物具有很強的耐受性，而且發酵碳水化合物的能力較強，在食品發酵和醫療保健領域應用較多。研究證明，發酵乳桿菌是腸道中的優勢菌群，通過對致病菌的拮抗作用、抗氧化作用、免疫調節作用以及對α-低聚半乳糖的降解作用等對腸道局部免疫產生重要影響。另外，發酵乳桿菌還具有較強的轉糖基活性，不僅可以降低乳糖含量，緩解乳糖不耐癥，而且可以生成低聚半乳糖，進一步提高發酵乳的品質。但是，目前關于發酵乳桿菌對于青貯飼料的研究卻很少，本試驗從中國青貯窖中分離到一株發酵乳桿菌，并且在不同條件下對其進行人工培養，測知其生物學特性，以探索其在人工環境下的最佳生長條件，為規模化生產新型青貯菌制劑提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗用菌

供試菌株是本實驗室從中國青貯窖中分離、篩選的，編號為BLF01,由本實驗室保藏。

1.1.2 乳酸菌的總DNA提取及16S rDNA基因擴增

16S rDNA由于其高度保守型廣泛應用于細菌的鑒定，隨著分子技術的發展，越來越多的細菌序列被測定并收錄在Gen Bank,為菌種的鑒定提供了快捷、方便的平臺。本實驗室從中國青貯窖中分離、篩選的1株細菌，使用TIANGEN細菌基因組DNA提取試劑盒（離心柱型）提取菌株DNA，引物為原核生物16S rDNA的通用引物，27F：5'-AGA GTT TGA TCC TGG CTC AG-3'和 R 1492:5'-TAC CTT GTT ACG ACT T-3'。擴增條件為95℃5 min;94℃30 s,55℃30 s,72℃2 min,30個循環；72℃ 7 min。16S r DNA PCR產物全序列由北京博邁德生物有限公司測定。測得序列與Blast比對，該菌株與Gen Bank中的Lactobacillus fermentum strain 44197（登錄號：DQ779203.1）相似度為99%。

1.1.3 基礎培養基成分

MRS培養基：大豆蛋白胨10 g、牛肉膏10 g、酵母粉5 g、葡萄糖20 g、檸檬酸二胺2 g、乙酸鈉5 g、硫酸鎂 0.1 g、硫酸錳 0.05 g、磷酸氫二鉀 2 g、吐溫 801 ml、瓊脂 15 g、去離子水 1000 ml，1×105Pa 滅菌 30 min。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

采用單因素試驗設計方法，篩選菌株生長的最適碳源、氮源、接種量、培養基起始pH值及其培養溫度。

1.2.2 菌株生長曲線的測定

將種子液接種后，每隔3 h取樣測定發酵液的pH值及OD600nm值，以發酵時間為橫坐標，以pH值和OD值為縱坐標繪制菌株生長曲線。

1.2.3 不同碳源對乳酸菌生長的影響

以MRS培養基為對照，分別以等量百分比的果糖、蔗糖、乳糖替代MRS培養基中的葡萄糖(20 g/1000 ml)，在37℃條件下培養24 h,測定活菌數，確定菌株生長的最適碳源。

1.2.4 不同氮源對乳酸菌生長的影響

方法與1.2.3相同，以MRS培養基為對照，分別以等量百分比的大豆蛋白胨、胰蛋白胨、酵母粉以及牛肉膏替代MRS中的氮源（即大豆蛋白胨、酵母粉、牛肉膏，總計25 g/1000 ml），在37℃條件下培養24 h，測定活菌數，確定菌株生長的最適氮源。

1.2.5 培養基起始pH值對乳酸菌生長的影響

采用單因素試驗方法，用1 mol/l的鹽酸和1 mol/l的氫氧化鈉將MRS培養基的起始pH值分別調至2.0、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、7.0、8.0，培養過程中不調酸，在600 nm條件下測定菌液的OD值,確定最佳起始pH值。

1.2.6 培養溫度對乳酸菌生長的影響

以MRS培養基為基礎，采用單因素試驗方法，將培養溫度分別設定為30、35、37、40、42 ℃，按照 1%（v/v）的接種量接入種子液，靜置培養24 h，在600 nm條件下測定菌液OD值，確定菌株生長的最適培養溫度。

1.2.7 接種量對乳酸菌生長的影響

以MRS培養基為基礎，采用單因素試驗方法，將接種量分別設定為 0.5%、1%、2%、4%、6%、8%，37℃靜置培養24 h。測定活菌數，確定最適接種量。

1.3 數據處理

采用SAS8.0軟件包中的one-way ANOVA過程對單因素試驗分析的結果數據進行分析，均值的多重比較采用Duncan's法進行，以P＜0.05作為差異顯著性判斷標準；以Box-Behnken進程對響應面設計進行二次響應面分析。

2 結果與討論

2.1 BLF01在MRS培養基中生長曲線的測定

圖1 BLF01的生長曲線

圖2 BLF01在MRS培養基中pH值的變化

將BLF01接種于MRS液體培養基中，放置于37℃恒溫培養箱中培養，每隔3 h取樣，測其OD值和pH值，以時間為橫坐標，OD值及pH值為縱坐標，繪制其生長曲線，試驗結果如圖1、圖2所示。

從圖1可以看出，菌株在經過培養3 h左右已經開始進入對數生長期，在培養6 h時，生長速率降低，但是仍然緩慢生長，培養12 h后開始進入穩定期，15 h到達穩定后期，這與圖2顯示的隨著菌株的生長，菌液的pH值變化趨勢相符合。當BLF01培養0～3 h時，菌液的pH值迅速下降，說明菌株生長較快，發酵產生的酸較多；培養到15 h時，pH值趨于穩定，說明此時發酵產生的大量乳酸已經開始抑制BLF01的生長，因此把BLF01在MRS培養基中的穩定后期，即15 h作為最佳收獲期。

2.2 不同碳源對BLF01生長的影響（見表1）

表1 不同碳源對BLF01生長的影響

試驗結果表明，以乳糖為碳源時培養BLF01所得活菌數顯著高于其他組（P＜0.05），蔗糖、葡萄糖與乳糖對活菌數的影響差異不顯著，所以選擇乳糖作為最適碳源。

2.3 不同氮源對BLF01生長的影響（見表2）

表2 不同氮源對BLF01生長的影響

試驗結果表明，以酵母粉作為氮源培養BLF01時所得活菌數與MRS培養基的活菌數差異不顯著，但是顯著高于以大豆蛋白胨或胰蛋白胨作為氮源時所得的活菌數。另外，當以牛肉膏為單一氮源時，BLF01幾乎沒有生長，說明單一使用牛肉膏不利于BLF01的生長。考慮到酵母粉價格更加低廉，培養基配制更加容易操作，本試驗將酵母粉作為BLF01的最佳氮源。

2.4 培養基起始pH值對BLF01生長的影響

將基礎培養基的起始pH值按照要求調整為2.0～8.0，培養24 h后，測定不同起始pH值培養基的OD600nm值，結果見圖3。

圖3 起始pH值對BLF01生長的影響

由圖3可以看出，BLF01最適生長的起始pH值范圍為3.0～8.0，說明此菌的適應性較強。起始pH值為6.5、7.0、8.0時，培養BLF01所得的活菌數與其他組相比差異顯著（P＜0.05），但是起始pH值為8.0時，OD值最高，表明此時生物量最高，所以選擇最適起始pH值為8.0。另外需要注意的是，當培養基的起始pH值為2.0時，OD值為0，表明此時菌株幾乎沒有生長，說明pH值過低會威脅BLF01的存活。

2.5 溫度對BLF01生長的影響

不同的乳酸菌最適生長的溫度范圍有一定的差異。按照試驗設計，將BLF01接種于固體基礎培養基中，置于不同溫度下靜置培養24 h，測定活菌數。結果如表3所示。

表3 溫度對BLF01生長的影響

從表3中可以看出，培養溫度為35、40、42℃時，BLF01的菌落數差異不顯著，所得活菌數顯著高于其他組（P＜0.05），但是溫度為40℃時，菌落數平均值低于溫度為35℃和42℃時的菌落數，另外從節約能源的角度出發，我們選擇35℃為BLF01的最適培養溫度。

2.6 接種量對BLF01生長的影響

按照試驗設計，將培養的種子分別以不同的百分比接種到基礎培養基中，測定活菌數，試驗結果見表4。

表4 接種量對BLF01生長的影響

由表4結果可知，在本試驗設計范圍內，接種量不會顯著影響菌株的生長（P=0.1127）。培養BLF0124 h后，接種量分別為0.5%、1%、2%、6%和8%時，所得的活菌數之間差異不顯著；當接種量為1%、2%、4%、6%和8%時，所得的活菌數之間差異不顯著。所以我們選擇最適宜接種量為1%。

2.7 討論

有研究表明，與其他乳酸菌相比，發酵乳桿菌耐酸性更強，在青貯飼料發酵前期發酵效果更加理想，更能有效地防止蛋白質降解和干物質損失。而本試驗中發酵乳桿菌BLF01在pH值為3～8，溫度為30～42℃的范圍條件下都能生長，說明其生長適應性很強。在中國用于制作青貯飼料的常用原料如玉米、苜蓿等，收割時原料的pH值范圍為4.6～6.3，正適合BLF01的生長繁殖，為其成為主導菌群提供了有利條件。此外，青貯飼料的制作時間通常為夏季，環境溫度在30℃以上，非常適合BLF01的生長，所以可以考慮將發酵乳桿菌BLF01作為一種青貯添加劑使用。

3 結論

①適合BLF01生長的培養基中，最佳碳源是乳糖、最佳氮源是酵母粉；

②BLF01的最佳培養條件是起始pH值8.0，溫度35℃，接種量1%。

18篇，刊略，需者可函索）