有益微生物对于硒的富集和转化是当前乃至以后研究的方向。所以,在前期研究的基础上,陕西科技大学食品与生物工程学院的徐颖、邬淑芳和杨芙莲*等人探讨盐胁迫对鼠李糖乳杆菌(Lactobacillusrhamnosus)富硒效果的影响,提高鼠李糖乳杆菌富硒量,探索其作用机制,以期对富硒乳酸菌在乳品工业的应用提供理论依据。
一、盐胁迫富硒鼠李糖乳杆菌生长曲线
结果显示,两个实验组比空白组进入稳定期的时间推后3 h左右,这是由于在对数生长期(3~12 h)菌体的生长一定程度上受到盐胁迫和硒的抑制,但进入稳定期后各组的差异逐渐缩小,6% NaCl溶液胁迫条件下富硒培养24 h,活菌数接近空白组,且比未受盐胁迫组的活菌数高。说明6% NaCl溶液胁迫虽然对菌前期生长有些影响,但是进入稳定期后影响不大,可以开展后续实验。
二、盐胁迫工艺条件对鼠李糖乳杆菌富硒效果的影响
2.1 培养时间的影响
结果显示,用6% NaCl溶液胁迫鼠李糖乳杆菌,24 h内随菌的生长,富硒量和富硒率快速增大,但受6% NaCl溶液胁迫组与未受盐胁迫组富硒作用差异不大;培养24 h后,菌体处于稳定期,富硒量和富硒率变化缓慢,趋于稳定,但受6% NaCl溶液胁迫组与未受盐胁迫组富硒作用差异逐渐增大。总之,菌体的富硒作用与其生长同步进行。48 h后,富硒量和富硒率波动变小,因此确定培养时间为48 h。此时6% NaCl溶液胁迫组比未胁迫组的富硒量提高了122.72 μg/g,富硒率提高了13.17%,明显促进了鼠李糖乳杆菌的富硒效果。
2.2 NaCl质量分数的影响
结果显示,未胁迫组的富硒量和富硒率分别为329.71 μg/g和30.16%,6% NaCl溶液胁迫组的富硒量和富硒率高于未胁迫组,能提高鼠李糖乳杆菌的富硒效果,且在NaCl质量分数6%时富硒量和富硒率达最高值。
2.3 培养pH值的影响
结果显示,用6% NaCl溶液胁迫富硒,pH5.6~6.4时,富硒量和富硒率呈现不同程度的递增,但是在pH6.4~7.2时,富硒量和富硒率呈现下降趋势,说明pH值大于6.4有明显抑制菌体富硒的作用,盐胁迫富硒培养的最佳pH值为6.4。
2.4 培养温度的影响
结果显示,富硒培养受温度变化影响比较明显,在6% NaCl溶液胁迫富硒培养条件下,37 ℃时呈现最大值,只富硒不进行盐胁迫培养条件下39 ℃时出现最大值,鼠李糖乳杆菌在进行盐胁迫富硒培养效果较好的温度为37 ℃。
三、透射电镜观察
富硒后的菌体细胞内有黑色微小球形颗粒分布(图6B1),盐胁迫富硒后的菌体细胞内外均有黑色微小球形颗粒分布,颗粒数较单纯富硒的情况多,并且在细胞外的颗粒可以游离存在,颗粒大小20~60 nm(图6C1)。本次观察到的颗粒大小正好位于其间。经能谱分析,空白组硒质量分数为0.03%(图6A2),富硒未胁迫组硒质量分数为0.42%(图6B2),盐胁迫富硒组硒质量分数为0.72%(图6C2)。证明了鼠李糖乳杆菌具有生物转化无机硒的作用。
讨 论
具有富硒能力的乳酸菌有鼠李糖乳杆菌、副干酪乳杆菌、保加利亚乳杆菌、干酪乳杆菌、罗伊氏乳杆菌、耐久肠球菌等。硒酸盐或亚硒酸盐在微生物中被还原成硒单质,可以看成是脱毒的过程,同时作为电子的受体,维持氧化还原稳定状态。谷胱甘肽在亚硒酸还原中起电子供体的作用,其还原产物是硒代谷胱甘肽(GS-Se-SG),它是谷胱甘肽还原酶和细菌硫氧还蛋白还原酶的底物。谷胱甘肽还原酶或细菌硫氧还蛋白还原酶还原GS-Se-SG产生谷胱甘肽硒硫化物(GS-Se—),其进一步转化为还原型谷胱甘肽和Se0。谷胱甘肽再生的电子源是NADPH。
乳酸菌能将培养液中的无机硒转化成其所需要的硒代半胱氨酸,进一步合成各种含硒酶类,维持机体正常代谢,当乳酸菌受到盐胁迫时,为应对外界渗透压的变化,通过诱导相关酶(包括硒蛋白酶)表达上调,增加谷氨酸、甘氨酸、脯氨酸和甜菜碱等可混溶性溶质的生成量,这些可混溶性溶质能防止由于外部高渗透压而引起的细胞内水分损失,确保细胞内外的溶胀平衡,维持蛋白结构的稳定性。而这些可混溶性溶质生物合成的关键酶如甘氨酸还原酶、脯氨酸还原酶、甜菜碱还原酶都是硒蛋白酶,因此盐胁迫促进了乳酸菌对硒的转化作用。
结 论
以1 株富硒能力较强的鼠李糖乳杆菌(ATCC53103)为研究对象,利用电感耦合等离子发射光谱方法测定鼠李糖乳杆菌的富硒量和富硒率,研究盐胁迫富硒过程中培养时间、NaCl质量分数、pH值、培养温度对菌体细胞富硒效果的影响,结果表明,15 mL培养基中加入1 mL 6% NaCl溶液、pH 6.4、温度37 ℃时,鼠李糖乳杆菌富硒培养48 h效果较好,富硒量最高可达452.43 μg/g,富硒率最高达43.33%,利用透射电镜观察发现鼠李糖乳杆菌富硒后形成微小硒纳米颗粒,且盐胁迫能促进其富硒效果。