晉西北酸粥發(fā)酵過程中酵母菌的分離鑒定

李文亞，常健，王琪

（山西大學生命科學學院，山西太原030006）

晉西北酸粥發(fā)酵過程中酵母菌的分離鑒定

李文亞，常健，王琪

（山西大學生命科學學院，山西太原030006）

通過個體形態(tài)特征觀察、生理生化試驗，結合分子生物學方法，對晉西北酸粥發(fā)酵過程中的酵母菌進行了分類鑒定。結果表明，在晉西北酸粥發(fā)酵過程中的6個時間段共分離出41株酵母菌，形態(tài)學初步歸為5種類型，經生理生化試驗和ITS序列分析將其鑒定為3種酵母，分別為：庫德畢赤酵母（Pichia kudriavzevii）、東方伊薩酵母（Issatchenkia orientalis）和釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae），其均存在于晉西北酸粥的整個發(fā)酵過程中。

晉西北酸粥；發(fā)酵；酵母菌；分離鑒定

酸粥是一種主要由糜米、大米、小米等制作而成的傳統(tǒng)谷類發(fā)酵食品[1]，主要食用地區(qū)分布在內蒙古西部、山西西北部、陜西北部等地[2]。類似的谷物發(fā)酵食品在世界其他地區(qū)也有食用，如Sekete，Boza和Champùs等[3-4]。酸粥不但較好地保存了由當地自然環(huán)境有益微生物賦予的獨特風味[5]，還具有消食健胃、生津止渴等保健功效。

本試驗中的晉西北酸粥是選用北方地區(qū)的優(yōu)質糜米（Panicum miliaceum L.）作為原料，經過室溫自然發(fā)酵而成。在發(fā)酵過程中酵母菌可以促進微生物間的共生作用，在提高特殊風味和香氣方面起著重要的作用[6]。目前，國內對于酸粥的研究主要集中于內蒙古酸粥，并且對酸粥中乳酸菌的研究較多[7]，但是對于晉西北酸粥及其中酵母菌的研究還未見報道。

本研究以晉西北酸粥為原料，發(fā)酵12 h后分時段取樣，研究發(fā)酵過程中酵母菌的種類變化。在形態(tài)鑒定基礎上，結合ITS序列分析，對酵母菌進行鑒定。這既可以對晉西北酸粥中的酵母菌資源進行收集和保存，同時還可以為進一步研究晉西北酸粥的風味特征奠定基礎。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

晉西北酸粥發(fā)酵原液和糜米，均從忻州當地獲得。

1.2 試劑及儀器

STE（20 mL）：NaCl 0.12 g，20 mmol/L Tris-HCl（pH值8.0）10 mL，0.5 mol/L EDTA 40 μL，ddH2O 9.96mL。2×CTAB：2%CTAB，1.4mol/LNaCl，0.1mol/L EDTA（pH值8.0）。TE：10 mmol/L Tris-HCl（pH值8.0），1 mmol/L EDTA（pH值8.0）。1×105Pa滅菌30 min。50×TAE（1 L）：準確稱取Tris 242 g，EDTA 37.2 g于1 L燒杯中加入800 mL去離子水，充分攪拌溶解，加57.1 mL冰乙酸，充分溶解，最后加去離子水定容至1 L，室溫保存。10%SDS（十二烷基硫酸鈉）：稱取1.0gSDS定容至10mL，121℃滅菌20min。蛋白酶-K（10 mg/mL），購自生工生物工程（上海）股份有限公司。

1.3 儀器

試管恒溫加熱儀（北京來亨科貿有限責任公司）；高速冷凍離心機5417R（德國艾本德股份公司）；DYY-6C型電泳儀（北京六一儀器廠）；電熱恒溫水浴鍋（北京市醫(yī)療設備總廠）；ALS 1296 PCR儀（美國伯樂公司）；Gel Doc 2000 UV凝膠成像系統(tǒng)（美國伯樂公司）。

1.4 培養(yǎng)基

馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基（PDA培養(yǎng)基）：其用于酵母菌的分離和菌落觀察。

馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)基：其用于酵母菌的液體富集。

YGC培養(yǎng)基：酵母粉5.0 g/L、葡萄糖20.0 g/L、瓊脂15 g/L、鏈霉素0.1 g/L，pH值6.6±0.2，121℃滅菌20 min。其用于酵母菌的菌落計數。

Wallerstein Laboratory（WL）培養(yǎng)基[8]：葡萄糖5.0 g/L、胰蛋白胨5.0 g/L、酵母浸粉4.0 g/L、磷酸二氫鉀0.55 g/L、氯化鉀0.425 g/L、氯化鐵0.25 mg/L、硫酸鎂0.125g/L、氯化鈣0.125g/L、硫酸錳0.25mg/L、溴甲酚綠22.0 mg/L、瓊脂20 g/L，pH值6.5±0.2，121℃滅菌20 min。其用于對酵母菌的菌落形態(tài)進行觀察。

生理生化培養(yǎng)基：糖發(fā)酵培養(yǎng)基、同化氮源培養(yǎng)基、同化乙醇培養(yǎng)基、無維生素基礎培養(yǎng)基和50%葡萄糖液體培養(yǎng)基（檢測類淀粉物質生成）。

1.5 采樣

將200 g糜米加入600 mL晉西北酸粥原液中進行發(fā)酵。自12 h起每隔2 h采樣一次，共采6次，即第12，14，16，18，20，22小時，分別編號為1，2，3，4，5，6。

1.6 分離純化和菌落計數

對每次的樣品進行如下梯度稀釋：無菌移液管取原液1 mL加入至9 mL無菌水中，得10-1濃度稀釋液，取10-1濃度稀釋液系列稀釋至10-6。取10-4，10-5，10-6等3個濃度梯度的稀釋液0.1 mL，分別涂布于PDA平板和YGC平板上，每個稀釋度做3個平行，30℃恒溫培養(yǎng)24～48 h。以不加菌液為對照。長出明顯菌落后進行菌落計數。最大稀釋梯度下挑取不同形態(tài)的典型菌落，進行觀察、編號、劃線分離和純化。

1.7 菌落形態(tài)及個體形態(tài)觀察

根據微生物學試驗手冊[9]，從菌落形狀、氣味、邊緣等方面對分離到的酵母菌菌落形態(tài)進行觀察記錄。同時，以0.1%美藍溶液為介質制片，顯微觀察菌株的細胞形態(tài)和繁殖方式。以此對分離到的酵母菌株進行初步的形態(tài)聚類。將已分類的菌株接種于PDA斜面，4℃保藏。

1.8 菌株的生理生化試驗

糖發(fā)酵試驗：將挑選出的5株代表菌（編號1.4，2.3，3.5，4.2，6.5）用接種環(huán)挑取一環(huán)，分別接種于11種糖發(fā)酵培養(yǎng)基（葡萄糖、D-果糖、蔗糖、D-麥芽糖、乳糖、木糖、菊糖、山梨糖、L-阿拉伯糖、D-樹膠醛糖、淀粉）中，每種糖做3個平行，30℃培養(yǎng)2～3 d，觀察有無氣泡產生和試管顏色變化。

其他生理生化試驗：用同樣的方法接種酵母菌于同化氮源培養(yǎng)基、同化乙醇培養(yǎng)基、無維生素基礎培養(yǎng)基和50%葡萄糖液體培養(yǎng)基中，重復3次，30℃培養(yǎng)24～72 h。觀察酵母菌生長情況。

1.9 液體富集和DNA提取

室溫下活化保藏菌株，將挑選出的5株代表菌用接種環(huán)挑取一環(huán)，接種于含5 mL馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)基的試管中，30℃，160 r/min培養(yǎng)48 h后，用改良CTAB法[10]提取酵母菌DNA。

具體的提取方法為：取液體培養(yǎng)物各4.5 mL，12 000 r/min離心10 min，棄上清，用STE洗菌2次，取沉淀于無菌離心管中，對應標號1～5，分別加入經65℃預熱的300 μL 2×CTAB提取緩沖液，加2%β-巰基乙醇（1 mL 2×CTAB提取緩沖液中加2 μL的2%β-巰基乙醇），65℃水浴中輕輕混勻，加400 μL 10%SDS，10 μL 10 mg/mL蛋白酶-K，混勻，置于65℃水浴1 h，每隔10 min上下?lián)u晃混勻，冷卻至室溫。在離心管中加入等體積Tris-飽和酚、氯仿進行抽提，上下緩慢搖晃，12 000 r/min離心10 min，吸上清至無菌離心管中，取與無菌離心管中液體等體積的氯仿抽提，上下緩慢搖晃多次之后，12000r/min離心10min，將所得上清液吸出置于新的無菌離心管中，加入2倍體積的異丙醇，上下輕輕振蕩，可見白色絮狀沉淀析出。將沉淀用1 mL 75%乙醇洗滌2次，風干后溶于50 μLTE，60℃水浴1 h，4℃過夜溶解。

1.10 PCR反應

ITS5區(qū)域PCR擴增：以提取到的基因組為模板，用真菌通用引物ITS4-ITS5擴增酵母菌的ITS序列，ITS4：5′-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3′；ITS5：5′-GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG-3′。反應體系（50 μL）：5 μL 10×Trans Easy Taq Buffer；2 μL dNTP；引物（20 mmol/L）各4 μL；1 μLTrans Easy Taq DNA polymerase；2 μL DNA模板；ddH2O補至50 μL。陰性對照用ddH2O代替模板。反應條件：94℃預變性5 min；94℃變性30 s，58℃退火30 s，72℃延伸60 s，34個循環(huán)后；72℃保溫10 min[11]。擴增產物經2%的瓊脂糖凝膠電泳分離，UV凝膠成像系統(tǒng)檢測。

2 結果與分析

2.1 晉西北酸粥酵母菌計數

因YGC平板上10-4，10-5稀釋梯度下的菌落密度大不適宜計數，故選取10-6稀釋梯度的平板進行計數，其結果列于表1。

由表1可知，酸粥中的酵母菌總數在2.81～ 3.43 lgcfu/mL。酵母菌在發(fā)酵過程中的數量呈現(xiàn)“增加—恒定—增加—降低”的變化趨勢。

表1 酸粥樣品中的酵母菌計數lgcfu/mL

2.2 晉西北酸粥酵母菌的形態(tài)特征

分離純化后共得到41株酵母菌。其中，樣品1分離出5株，分別編號為1.1，1.2，1.3，1.4，1.5；樣品2分離出8株，分別編號為2.1，2.2，2.3，2.4，2.5，2.6，2.7，2.8；樣品3分離出6株，分別編號為3.1，3.2，3.3，3.4，3.5，3.6；樣品4分離出7株，分別編號為4.1，4.2，4.3，4.4，4.5，4.6，4.7；樣品5分離出8株，分別編號為5.1，5.2，5.3，5.4，5.5，5.6，5.7，5.8；樣品6分離出7株，分別編號為6.1，6.2，6.3，6.4，6.5，6.6，6.7。

表2 酵母菌菌落形態(tài)描述

根據41株酵母菌在PDA和WL培養(yǎng)基上的菌落形態(tài)特征，將其區(qū)分為5種類型（表2）。挑選5株代表菌（編號1.4，2.3，3.5，4.2，6.5，分別用A，B，C，D和E表示）鏡檢。5株酵母菌在顯微鏡下可分為2種形態(tài)類型（圖1），一種為橢圓形，另一種為圓形，繁殖方式均為芽殖。

2.3 酵母菌生理生化試驗結果

從表3可以看出，5株菌均可以利用葡萄糖和D-果糖，均不可以利用菊糖、乳糖、L-阿拉伯糖和D-樹膠醛糖。菌株A，B，C，D可以利用木糖和山梨糖。菌株E可以利用蔗糖和D-麥芽糖。菌株A，B，C，D不能利用淀粉，而菌株E為可變反應。

由表4可知，5株菌均不能產生類淀粉物質，不可以利用硝酸鹽。菌株A，B，C，D都耐高滲透壓，可以同化乙醇，能合成自身需要的全部維生素，可以利用硫酸鹽，且A，B，C與D相比長勢較好。菌株E只能在37℃生長。

2.4 PCR結果

用改良的CTAB法提取5株酵母菌DNA，經ITS序列擴增后凝膠電泳檢測，結果發(fā)現(xiàn)，在500～800 bp有明亮的特異性條帶，與預測的理論值基本相符（圖2）。

表3 酵母菌糖發(fā)酵試驗結果

表4 其他生理生化試驗結果

2.5 分子鑒定

將5株典型的酵母菌株A，B，C，D和E的ITS序列進行擴增并測序，將獲得的序列提交GenBank，經BLAST比對，結果表明，菌株A與庫德畢赤酵母（Pichia kudriavzevii）KP674517.1和東方伊薩酵母（Issatchenkia orientalis）EF198000.1的同源性均為99%；菌株B與庫德畢赤酵母（P.kudriavzevii）LC014798.1的同源性為99%；菌株C與庫德畢赤酵母（P.kudriavzevii）KP674517.1和東方伊薩酵母（I.orientalis）EF198000.1的同源性均為100%；菌株D與東方伊薩酵母（I.orientalis）EF198000.1的同源性為99%；菌株E與釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）KP723678.1的同源性為99%。綜合以上形態(tài)特征及生理生化特征，采用《酵母菌特征及鑒定手冊》[12]介紹的方法，對5株酵母進行分類，可以將菌株A，B和C鑒定為Pichia kudriavzevii，菌株D鑒定為Issatchenkia orientalis，菌株E鑒定為Saccharomyces cerevisiae。

3 討論

糜米發(fā)酵成酸粥后，因其營養(yǎng)價值提高，儲存期延長，深受黃河沿岸老百姓的喜歡。酸粥利用附著在谷物上的微生物自然發(fā)酵，在發(fā)酵過程中能產生功能性低聚糖、多肽與氨基酸、抗氧化活性物質和降低膽固醇及血壓的物質等[13]，因而被賦予了特殊的保健功能。

白梅等[14]從內蒙古地區(qū)的28份酸粥樣品中分離到的酵母菌有Issatchenkia orientalis，Saccharomyces cerevisiae和Candida pararugosa等9種酵母，I.orientalis為優(yōu)勢菌株。陳忠軍[15]從內蒙古河套地區(qū)酸粥中分離出了裂殖酵母（Schizosaccharomyces spp.）、小橢圓接合酵母（Zygosaccharomyces microellipsoides）和釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）。而本試驗則從晉西北酸粥中共分離出3種酵母，分別為：P.kudriavzevii、S.cerevisiae和I.orientalis。就分離出的酵母種類而言，比內蒙古地區(qū)酸粥中酵母菌種類少，這可能是由地域、氣候、谷物種類和制作方法所致。

Issatchenkia spp.和Saccharomyces spp.是以植物為底物進行酸發(fā)酵時較為常見的菌[16-18]。在烏干達的一種粥中分離出東方伊薩酵母（I.orientalis），它對該食品的發(fā)酵和成熟都有重要的作用[19]。畢赤酵母與釀酒酵母混合發(fā)酵產生的酯類、酸等對改善發(fā)酵谷物食品的口感、風味有著重要的作用[20]。此外，在發(fā)酵過程中，乳酸菌和酵母菌存在著共同代謝關系，酵母菌會為乳酸菌提供維生素和其他生長因子，而乳酸菌生長造成的酸性環(huán)境也會影響酵母菌的種類[17]。

通過研究晉西北酸粥的6個不同時段酵母菌的種類變化可以發(fā)現(xiàn)，在晉西北酸粥發(fā)酵的整個過程中酵母菌有3種并且一直存在。酵母菌數量在發(fā)酵的第14小時增長后基本保持恒定，直至第20小時數量出現(xiàn)再次明顯的增長，之后開始下降。這可能是由發(fā)酵液的pH值改變，不再適宜酵母菌的增長所造成的。

本試驗是利用傳統(tǒng)的研究方法獲得純培養(yǎng)菌株后對其特性進行描述，從而得到微生物的大致類群，然而，自然環(huán)境中有相當多的菌種（90%～99%）無法通過傳統(tǒng)培養(yǎng)的方法培養(yǎng)得到[21-22]。因此，在傳統(tǒng)制作的酸粥中仍可能存在著未知的酵母菌類型，這有待后續(xù)的深入研究。

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Isolation and Identification of Yeasts in the Fermentation Process of Northwestern Shanxi Acid Gruel

LI Wen-ya，CHANGJian，WANGQi
（College ofLife Sciences，Shanxi University，Taiyuan 030006，China）

The morphological characteristics,physiological and biochemical experiments combined with molecular biology method was used toidentifythe species ofyeasts in the fermentation process ofnorthwestern Shanxi acid gruel.The results showed that 41 strains of yeasts were isolated in the six periods of the fermentation process of northwestern Shanxi acid gruel.These strains were classified into five types bymorphological characteristics,and identified as respectively Pichia kudriavzevii,Issatchenkia orientalis and Saccharomyces cerevisiae byphysiological and biochemical experiments and ITS4 and ITS5 series analysis.The three kinds ofyeasts existed in the entire fermentation process ofnorthwestern Shansi acid gruel.

northwestern Shanxi acid gruel;fermentation;yeasts;isolation and identification

TS201.3

A

1002-2481（2016）03-0323-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.03.13

2015-11-04

李文亞（1990-），女，山西臨汾人，在讀碩士，研究方向：資源微生物。王琪為通信作者。