凉果制品中耐高渗透压酵母菌的分离及其培养条件与控制方法

谢曦1,张雁仪1,李之勇2,莫清华1,王锋1 *,肖更生1,刘袆帆1,谢必新1,王琴1,马路凯1 *,林尚达3

(1.仲恺农业工程学院 轻工食品学院 农业农村部岭南特色食品绿色加工与智能制造重点实验室, 广东省岭南特色食品科学与技术重点实验室, 广东 广州 510225;2.广东省普通高校植物细胞工厂分子设计重点实验室,广东 深圳 518055;3.梅州市珍宝金柚实业有限公司,广东 梅州 514779)

摘 要: 为了解凉果制品中耐高渗透压腐败菌的种类、培养条件和控制方法,该研究采用稀释平板法从腐败青梅中分离菌株,通过显微镜观察、生理生化指标检测和18S ITS 基因序列分析进行菌株鉴定;采用单因素试验研究培养条件中的pH 值、培养温度、碳源对耐高渗透压菌株生长的影响,研究不同防腐剂对该耐高渗透压菌株的抑制作用。结果显示,腐败凉果中分离出的菌株为单一的库德里阿兹威毕赤酵母(Pichia kudriavzevii),命名为HP-1;最适生长温度为30 ℃,最适生长pH 值为3.0,最适生长碳源为葡萄糖,在含有3% 乙醇环境中生长良好;能耐受较低的pH 值(pH2, 存活率大于85%);0.3 g/L 尼泊金乙酯和ε-聚赖氨酸盐酸盐对其有较好的抑制作用,抑制率达到80%以上。该凉果制品中分离的酵母菌能够在高渗透压条件下生长,并能利用多种碳源,对常规防腐剂具有较强的耐受性。

关键词: 广式凉果;耐高渗透压酵母菌;分离与鉴定;培养条件;控制

凉果是指将各种瓜果,例如青梅、佛手、杏等,经过腌制、糖或蜜熬煮式浸渍、加以辅料处理,干燥或不干燥处理后生产得到的传统特色食品,也可称为蜜饯,因其风味独特,深受人们喜爱[1-3]。凉果产品在加工过程中经过高渗透压的调配液浸渍,有效抑制了微生物的生长、繁殖,因此,凉果制品一般具有不易腐败变质、贮藏能力强、稳定性高等特点。

高渗透压可以抑制大多数食品中微生物的生长,但是部分霉菌和耐高渗透压的酵母菌在水分活度低于0.65 左右仍能生长,这些菌株的生长会造成凉果的腐败变质,危害食品安全。前期研究发现,在高盐、高糖的食品中能够分离出一系列的酵母,如Balia 等[4]从奶酪乳清中分离出假丝酵母菌(Candida albicans),可在高葡萄糖底物上呈正向趋势生长。余元善等[5]从16 类凉果中分离出43 株菌株,其中有4 株酵母菌,分别属于毕氏酵母属(Pichia)、酵母属(Saccharomyces)、红酵母属(Rhodiola)、假丝酵母属(Candida),可能会对凉果造成污染。Skotniczny 等[6]从发酵的李子酱中分离得到汉逊酵母(Hansamala anomala)、库德毕赤酵母(Pichia kudriavzevii)、克鲁维毕赤酵母(Pichia kluyveri)、酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)等,这些酵母在李子酱发酵的不同时期发挥重要作用。这些耐高渗透压酵母在生长过程中会产生气体,从而导致食品胀袋、胀罐等,不但破坏外观,也会降低产品的质量,破坏其营养成分、改变pH 值等,给产业带来巨大的经济损失[7]。同时也有研究表明,某些腐败酵母可能会引起食物中毒,危害消费者健康[8]

目前针对耐高渗透压微生物控制的相关研究指出,常规控制耐高渗透压微生物的方法有物理热杀菌和化学防腐剂抑菌两种方法[9]。但凉果制作利用物理高压、高温灭菌的应用较少,因为高温高压灭菌会影响凉果的品质和口感,所以目前多通过化学方法利用添加防腐剂控制微生物。根据相关标准,针对凉果产品,食品添加剂尤其是防腐剂的添加量和种类受到严格的控制,因此,优化出一系列高效的防腐剂添加方案对凉果产品中耐高渗透压微生物的控制尤为重要。

本研究对凉果中耐高渗透压酵母菌进行分离、鉴定,并探讨不同培养条件和抑制剂对其生长的影响,以期为控制凉果生产线上的耐高渗透压酵母菌提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

腐败的凉果制品青梅、李子:广东新兴凉果厂;毕赤酵母Pichia kudriavzevii(NP):广东微生物菌种保藏中心。

固体葡萄糖酵母粉、葡萄糖、蛋白胨、琼脂、甘油、山梨糖醇、氯化钠、氯化钾、山梨酸钾、苯甲酸钠、脱氢乙酸钠、丙酸钙、纳他霉素、尼泊金乙酯、ε-聚赖氨酸盐酸盐、无水乙醇、甘氨酸、0.2 mol/L 盐酸、浓盐酸、柠檬酸、柠檬酸钠、二水磷酸二氢钠、二水磷酸氢二钠、三羟甲基氨基甲烷:上海阿拉丁生化科技有限公司;DNA提取试剂盒、DNA 纯化试剂盒、琼脂糖:天根生化科技有限公司;聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)扩增液:美国 New England Biolabs 公司。所用化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

高压灭菌锅(G/36DWS):南京庚辰科学仪器有限公司;数码生物显微镜(BD-SW107):深圳市博视达光学仪器有限公司;盐度计(10YATC):池州九华光学仪器有限公司;恒温培养箱(JC-100-SE):青岛精诚仪器仪表有限公司;超低温冰箱(REVECON):路易企业有限公司;PCR 扩增仪(DNA Engine):上海沐滕实验设备有限公司;MINI SuB DNA 电泳设备:北京六一仪器厂;台式高速冷冻离心机(M1416R):深圳市瑞沃德生命科技有限公司;电子天平(PL203):广州市广精精密仪器有限公司;生物安全工作台(SA-ⅡA):深圳市云峰净化技术有限公司;凝胶成像系统(GDS7500 型):美国UVP 公司;单道可变量程移液器(20~200 μL、100~1 000 μL):山东博科科学仪器有限公司;酶标仪(ReadMax1000F):上海闪谱生物科技有限公司;紫外光栅分光光度计(752 型):北京佳航博创科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 菌种分离纯化鉴定

称取10 g 腐败凉果样品,剪碎后放入装有100 mL无菌生理盐水和玻璃珠的三角瓶中,振摇10 min,吸取10 mL 样品溶液于90 mL 无菌生理盐水中,振摇混匀;用灭菌吸管吸取10 mL 混合溶液,注入培养皿中,再向培养皿中倾入葡萄糖酵母粉(yeast peptone dextrose,YPD)琼脂培养基,旋转培养皿,混匀。培养试验重复2 次,同时作空白对照。将上述培养皿于30 ℃培养5 d。

1.3.2 形态学特征鉴定

菌落形态特征鉴定: 取上述纯化菌种的适宜梯度稀释液分别涂布于固体YPD 培养基上,30 ℃恒温培养 3 d,参照文献[10]方法,观察菌落形状、大小、颜色、边缘等特征。

个体形态特征鉴定:挑取单菌落于载玻片上,在显微镜下观察细胞形态特征。

1.3.3 ITS rDNA 序列扩增和系统发育分析

将所得纯化的耐高渗透压菌株在YPD 培养基中培养48 h,按照DNA 提取试剂盒说明书提取DNA。采用酵母ITS rDNA 保守区通用引物扩增该菌株的部分片段。上游引物为NL1:5′-GCATATCAATAAGCGGAGGAAAAG-3′,下游引物为NL4:5′-GGTCCGTGTTTCAAGACGG-3′。 PCR 反应条件:25 μL 反应体系,包括19.8 μL ddH2O、0.5 μL DNA 模板(基因组DNA 20~50 ng/μL)、2.5 μL 10×反应缓冲液(含有Mg2+)、1 μL 2.5 mmol/L 脱氧核糖核苷酸(deoxy-ribonucleoside triphosphate, dNTP)、0.2 μL 酶、0.5 μL 上游引物(10 μmol/L)、0.5 μL 下游引物(10 μmol/L)。PCR扩增条件:94 ℃预变性4 min,94 ℃变性 45 s,55 ℃退火45 s,72 ℃延伸 1 min,30 个循环,最后 72 ℃延伸10 min,4 ℃保温。PCR 产物用1%琼脂糖凝胶在150 V、100 mA 条件下电泳20 min,得到700 bp 左右目的条带,将目的条带胶回收后送至上海生工生物技术服务公司测序。

将测定的ITS rDNA 序列在GenBank 数据库(http://rdp.cme.msu.edu/index.jsp)中进行同源性比对,并用Fast Minimum Evolution 方法构建系统发育树。

1.3.4 不同温度下目标菌株生长曲线的测定

分别从过夜培养的所筛菌株和NP 菌液中吸取0.5 mL 样品加入装有10 mL YPD 培养基的50 mL 离心管中振摇混匀,在16、30、37 ℃温度条件下培养酵母菌,每个温度条件进行3 次平行操作。随后将这些离心管置于相应温度的恒温培养箱中培养,并分别在2、4、8、24、48、72 h 取出样品用酶标仪在600 nm 下测定吸光度,绘制生长曲线。

1.3.5 不同pH 值条件对酵母菌生长的影响

配制pH 值为2、3、4、5、6、7、8、9 的缓冲液,加入YPD 培养基,再用1 mol/L 的NaOH 和浓盐酸进行微调。向每个10 mL 离心管中分别注入5 mL 培养基,分别从过夜培养的所筛菌株和NP 菌液中吸取0.1 mL样品加入不同pH 值的培养基中,放入30 ℃恒温培养箱中培养48 h 后,用酶标仪在600 nm 下测定吸光度。存活率即为当前pH 值下吸光度与最佳pH 值下吸光度的比值。

1.3.6 不同浓度溶液对酵母菌生长的影响

配制浓度为5 mol/L 的氯化钾、氯化钠溶液和2 mol/L 的山梨醇溶液、30% 过氧化氢溶液,用移液器向每个10 mL 离心管中分别注入YPD 液体培养基及相应溶液,使总体积达到5 mL。随后分别添加0.1 mL的所筛菌株或NP 菌液,以不添加溶液为空白对照,放入30 ℃恒温培养箱中培养,并在24、48、72 h 取出样品用酶标仪在600 nm 下测定吸光度。添加溶液种类和体积及其作用终浓度如表1 所示。

表1 添加溶液种类、用量及作用终浓度
Table 1 Types, usage, and final concentration of solution

氯化钠氯化钾山梨醇过氧化氢5 mol/L 溶液添加量/mL 1.0 0.8 0.6 0.4作用终浓度/(mol/L)1.0 0.8 0.6 0.4 5 mol/L 溶液添加量/mL 1.0 0.8 0.6 0.4作用终浓度/(mol/L)1.0 0.8 0.6 0.4 2 mol/L 溶液添加量/mL 1.0 0.8 0.6 0.4作用终浓度/(mol/L)0.4 0.3 0.2 0.1 30%添加量/mL 0.027 0.020 0.013 0.007作用终浓度/(mol/L)0.05 0.04 0.03 0.02

1.3.7 不同碳源对酵母菌生长的影响

以葡萄糖、乙醇、甘油和乙醇+甘油为不同碳源,添加量分别为2%、3%、3% 和1.5%+1.5%,配制YPD 液体培养基。向每个10 mL 离心管中分别注入5 mL 不同碳源的培养基,分别从过夜培养的所筛菌株和NP菌液中吸取0.1 mL 样品加入培养基中,放入30 ℃恒温培养箱中振荡培养,分别在24、48、72 h 取出培养液用酶标仪在600 nm 下测定吸光度。

1.3.8 不同防腐剂对酵母菌生长的影响

食品防腐剂能够有效抑制微生物的活动,防止食品腐败变质,从而延长食品的保质期。本试验采用山梨酸钾、苯甲酸钠、脱氢乙酸钠、丙酸钙、尼泊金乙酯(对羟基苯甲酸乙酯)、纳他霉素和ε-聚赖氨酸盐酸盐作为防腐剂进行试验。

1.3.8.1 单一防腐剂

以GB 2760—2024《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》为参考,确定山梨酸钾、苯甲酸钠、脱氢乙酸钠、丙酸钙、尼泊金乙酯、纳他霉素、ε-聚赖氨酸盐酸盐最大使用量依次为0.5、0.5、0.3、2.5、0.3、0.3、0.3 g/kg,每种防腐剂分别按最大使用量和稀释2、4、8、16、32、64 倍7 个浓度配制防腐剂溶液,用移液器分别取51 μL加入到装有100 μL NP 或耐高渗酵母菌悬浮液、5 mL YPD 液体培养基的10 mL 离心管中,每组3 个平行并设置空白组,在30 ℃恒温培养箱培养3 d,在600 nm测定吸光度。

1.3.8.2 复配防腐剂

根据单一防腐剂抑制酵母生长情况,选择山梨酸钾、脱氢乙酸钠、尼泊金乙酯3 种较佳的防腐剂进行两两复配。复配原则:防腐剂a 实际用量/防腐剂a 最大用量+防腐剂b 实际用量/防腐剂b 最大用量≤1 即符合GB 2760—2024《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》,大于1 则不符合,设置4 个浓度梯度,和单一防腐剂同样条件培养、测定吸光度。具体复配方案见表2。

表2 防腐剂复配方案
Table 2 Combined schemes for preservatives

注:-表示未添加。

组别1234567891 0 11 12山梨酸钾/(g/kg)0.30 0.25 0.20 0.15 0.30 0.25 0.20 0.15----脱氢乙酸钠/(g/kg)0.18 0.15 0.12 0.09----0.16 0.13 0.10 0.07尼泊金乙酯/(g/kg)----0.12 0.10 0.08 0.06 0.15 0.13 0.11 0.09

1.4 数据处理

试验平行测定3 次,数据以平均值±标准差形式呈现。使用Microsoft Excel 2016 和Origin 2019 软件对数据进行处理和绘制图表。

2 结果与分析

2.1 耐高渗透压酵母菌的形态学观察

酵母菌的形态特征见表3 和图1。

图1 酵母菌的形态特征显微镜观察图
Fig.1 Morphological characteristics of yeast under microscopic examination

从左到右分别为低盐、高盐和高糖环境。

表3 酵母菌的形态特征
Table 3 Morphological characteristics of yeast

菌落特征圆形扁平状, 乳白色,边缘整齐, 表面干燥有皱褶液体培养特征菌液浑浊,深棕色,有沉淀细胞形状低盐环境卵圆至长条形高盐环境卵圆形高糖环境卵圆形细胞大小/μm 1~2(宽)×2~5(长)生殖方式芽殖

从表3 和图1 可知,分离菌株菌落呈圆形扁平状,生殖方式为芽殖,可以初步断定为裂殖酵母属。在无菌水、饱和食盐水和饱和葡萄糖溶液3 个条件下,耐高渗透压酵母细胞的形态不存在差异。3 个条件下酵母细胞形态均呈卵圆至长条形。无菌水培养的酵母细胞比饱和食盐水和饱和葡萄糖溶液培养的酵母细胞小且更细长。

2.2 分离菌株鉴定结果分析

系统发育树见图2。

图2 系统发育树
Fig.2 Phylogenetic tree

对待测菌株的ITS rDNA 扩增获得的序列结果在GenBank 中进行同源性比对,结果发现E 值<0.000 01,覆盖率和最大识别率在90% 以上的序列有25 个,由图2 可知,ITS 序列同源性最高的是 Pichia kudriavzeviiPichia occidentalis 相似值分别是98.5% 和96.4%。结果表明,该菌可能是库德里阿兹威毕赤酵母(Pichia kudriavzevii),将其命名为耐高渗透压酵母HP-1。

2.3 温度对耐高渗透压酵母HP-1 生长的影响

温度是影响酵母菌生长的重要因子之一,不仅影响酵母的生长代谢,而且影响发酵动力学[11]。不同培养温度和时间对耐高渗透压酵母菌生长的影响见图3。

图3 温度对酵母菌生长的影响
Fig.3 Effect of temperature on growth of yeast

16、30、37 ℃分别表示两菌株在16、30、37 ℃的生长曲线;同一培养时间不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。

由图3 可知,在16~37 ℃的温度范围内,耐高渗透压酵母菌均能正常生长。30 ℃为HP-1 的最佳生长温度,菌液吸光度A600 nm 能达到0.93,是16 ℃培养条件下菌液吸光度的1.30 倍,是37 ℃培养条件下菌液吸光度的1.51 倍。16 ℃培养条件下,HP-1 在24 h 和72 h菌液吸光度显著高于NP;在30 ℃培养条件下,HP-1在72 h 菌体密度显著高于NP。在37 ℃培养条件下,HP-1 比NP 更能耐受高温,生长速度显著高于NP。刘文慧[12]研究表明毕赤酵母发酵的适宜温度为28 ℃,管庆林等[13]从番茄自然发酵液中分离出的库德毕赤酵母最适温度为29 ℃。Joseph 等[14]研究结果表明,毕赤酵母生产重组苏木素Ⅱ的最适温度为30 ℃。由此可以得出,HP-1 与其他毕赤酵母相似,适宜生长温度为28~30 ℃,在高温下具有较高的温度耐受性。

2.4 不同pH 值对耐高渗透压酵母HP-1 生长的影响

pH 值能够影响微生物的生物活性、营养吸收、代谢产物及其稳定性[15]。不同pH 值对耐高渗透压酵母菌生长的影响见图4。

图4 酵母菌在不同pH 值下的存活率
Fig.4 Survival rate of yeast under different pH

不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。

由图4 可知,pH3~5 时菌株NP 和HP-1 的存活率相近且较高,pH2 时NP 的存活率极低,在pH6~9 时,随着pH 值的升高,菌株存活率均逐渐降低,表明该酵母不适宜在碱性条件下生长。菌株HP-1 在pH2~6 时存活率相近且较高,可知菌株HP-1 在酸性条件下能很好地生长,即使在pH2 的条件下存活率也极高,表明酸性对其生长影响较小。通常,酵母菌可在pH3.0~7.5 内生长,最适pH 值在4.5~5.0 之间[16]。王辉等[17]从青梅自然发酵液中分离出的拜氏结合酵母最适pH值为3.5;Patil 等[18]发现酿酒酵母EC1118 发酵甘蔗酒的最适pH 值为5.0;冯莉等[19]研究表明,克鲁维毕赤酵母在pH2.0~4.0 均能良好生长。可见,耐高渗透压酵母对低pH 值环境有较高的耐受性。

2.5 不同浓度溶液对耐高渗透压酵母HP-1 生长的影响

不同浓度溶液对耐高渗透压酵母菌生长的影响结果见图5。

图5 不同浓度对耐高渗透压酵母菌生长的影响
Fig.5 Effect of different concentrations solutions on growth of osmotolerant yeast

A.氯化钠;B.氯化钾;C.山梨醇;D.过氧化氢。同一时间不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。

由图5 可知,在添加KCl、NaCl 和山梨醇的YPD液体培养基中耐高渗透压酵母能较好地生长。随溶液浓度的增大,耐高渗透压酵母菌的生长速度呈下降趋势,说明添加KCl、NaCl 和山梨醇都能一定影响耐高渗透压酵母的生长,但耐高渗透压酵母在同等条件下比普通酵母对高渗透压溶液耐受程度高。而添加浓度0.02~0.05 mol/L 的H2O2 对酵母的生长有抑制作用,菌液浓度维持在较低水平。同时,H2O2 对耐高渗透压酵母和普通酵母无明显区别,说明耐高渗透压酵母对H2O2 没有耐受性。环境中的离子浓度是抑制微生物生长的一个重要因素,在高浓度离子条件下可致细胞死亡[20],如酵母细胞经NaCl 处理后,菌落生长明显受到抑制,酵母的活细胞数和生长密度均显著降低;0.3 mol/L NaCl 对其生长影响较小,而在0.6 mol/L 和1.0 mol/L NaCl 作用下,细胞生长缓慢[21]。而具有很强耐高渗性的汉逊德巴利酵母6 mol/L NaCl 致死环境中细胞存活率仍较高[22],说明耐高渗透压酵母在高浓度环境具有更强的生存能力。郑丽雪等[23]研究表明,添加过氧化氢会抑制酿酒酵母的生长。Spencer 等[24]研究也指出,添加5 mmol/L 过氧化氢能抑制酿酒酵母和毕赤酵母的生长。

2.6 不同碳源对酵母菌生长的影响

微生物会根据自身生长的需求从外界摄取特定的碳源以维持生长,碳源也是影响酵母菌生长的重要因素之一。不同碳源条件下耐高渗透压酵母的生长情况如图6 所示。

图6 不同碳源对酵母菌生长的影响
Fig.6 Effect of different carbon sources on growth of yeast

A.3%甘油;B.2%葡萄糖;C.3%乙醇;D.1.5%甘油和1.5%乙醇。同一时间不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。

从图6 可以看出,NP 和HP-1 在添加2% 葡萄糖的情况下吸光度均较高,两者较接近,但在72 h 时,HP-1显著高于NP,说明HP-1 更能利用葡萄糖作为生长碳源。在以3% 乙醇为唯一碳源的条件下NP 吸光度显著低于HP-1,且基本不生长,吸光度在0.2 以下,而HP-1 的生长情况基本没有影响,说明HP-1 比NP 更能耐受乙醇,且能够以乙醇为碳源。在甘油为唯一碳源的条件下,HP-1 吸光度高于NP,在72 h 时,HP-1 的吸光度达到0.82,约是NP 的4 倍,说明HP-1 也能很好地利用甘油作为碳源。Ndubuisi 等[25]研究表明,毕赤酵母的生长对15% 乙醇表现出很强的耐受性。酿酒酵母FL100 能够利用乙醇和甘油两种碳源,鲁氏菌ATCC 42981 和酿酒酵母FL100 能够使用甘油作为唯一碳源。但高浓度乙醇对酵母具有毒害作用, 严重抑制酵母的生长甚至使其死亡[26]。由此可见,酵母菌可以利用葡萄糖、甘油、乙醇以维持生长。本研究中的耐高渗透压酵母能够高效利用多种碳源,同时对乙醇有较高的耐受能力,发酵性能较强。

2.7 不同防腐剂对酵母菌生长的影响

防腐剂具有抑菌作用,常用于控制凉果微生物污染。单一防腐剂对酵母菌的抑菌作用见图7。

图7 单一防腐剂对酵母菌的抑菌率
Fig.7 Inhibition rate of single preservative on yeast

A.山梨酸钾;B.苯甲酸钠;C.脱氢乙酸钠;D.丙酸钙;E.尼泊金乙酯;F.纳他霉素;G.ε-聚赖氨酸盐酸盐。同一添加量不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。

由图7 可知,在所有防腐剂中,对两种酵母菌的抑制作用基本随着防腐剂浓度的降低而减弱,尼泊金乙酯对HP-1 的抑制率最高,接近80%,表明其对HP-1有较好的抑制效果,其次是脱氢乙酸钠和山梨酸钾。焦龙[27]的研究结果表明,纳他霉素和脱氢乙酸钠对蜡样芽孢杆菌的抑制效果最好,抑菌率能达到100%,而山梨酸钾和尼泊金酯乙酯对微生物无抑制效果。对NP 抑制效果最明显的是苯甲酸钠,在最大使用浓度抑菌率达到100%,表明其对NP 有明显的抑制效果,其次是山梨酸钾和脱氢乙酸钠,但苯甲酸钠对HP-1 抑制作用不明显,最大抑制率只达到20%左右。尼泊金乙酯最大使用量时对HP-1 抑制效果最好,但其他浓度对酵母菌的抑制作用不太明显。曾晓房等[28]研究表明,脱氢醋酸钠能明显抑制果脯蜜饯中酵母菌的生长,其抑菌效果甚至优于苯甲酸钠,且搭配紫外线作用效果最佳。顾胜[29]研究指出,纳他霉素添加量为20%、脱氢乙酸钠添加量为40% 时对酵母菌的抑制率达到100%,与本研究结果存在差异。由此可见,同种防腐剂对于不同来源酵母菌的抑制效果有所不同,所以对于不同来源酵母菌的防腐要有针对性。

为研究多种防腐剂对耐高渗透压酵母菌生长的影响,利用2 种防腐剂复配使用探究其对耐高渗透压酵母菌的抑制效果,结果见图8。

图8 复配防腐剂对酵母菌的抑菌率
Fig.8 Inhibition rate of combined preservatives on yeast

A.山梨酸钾+脱氢乙酸钠;B.山梨酸钾+尼泊金乙酯;C.脱氢乙酸钠+尼泊金乙酯。同一添加量不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。

如图8 所示,山梨酸钾和尼泊金乙酯以0.30 g/kg和0.12 g/kg 复配时,对NP 和HP-1 的抑制效果均较好,抑制率最高接近80%;其余两种复配方案的抑制效果对HP-1 不够明显,对NP 的抑制率显著高于HP-1,而同样存在脱氢乙酸钠的情况下,添加尼泊金乙酯对HP-1 菌株的抑制效果相对较好。刘军等[30]研究表明,山梨酸钾和尼泊金丁酯复配效果优于单一防腐剂,焦龙[27]研究指出,聚赖氨酸、脱氢醋酸钠和山梨酸钾复配,纳他霉素、双乙酸钠、山梨酸钾复配对酵母菌的抑制率能达到100%;而山梨酸钾、尼泊金酯钠、丙酸钙复配对酵母菌的抑制率很低,最高只达到21.88%。古丽帕丽·买明等[31]研究指出山梨酸钾、脱氢乙酸钠、双乙酸钠复配的效果优于单一防腐剂。

3 结论

本研究从腐败的凉果制品中分离出一株耐高渗透压酵母HP-1,经鉴定为库德里阿兹威毕赤酵母(Pichia kudriavzevii),并对其生长条件和生理特性进行鉴定。结果指出,其最佳生长温度为30 ℃;能耐受酸性,在pH2 条件下的存活率仍较高,达到85%,在pH3 的存活率能达到100%;添加盐(NaCl、KCl)和山梨醇能在一定程度影响酵母菌的生长,但比普通酵母菌有更强的耐受性。在0.4 mol/L NaCl、KCl 和山梨醇的浓度下,培养48 h 后HP-1 的菌体浓度分别NP 的1.2、1.1、1.3 倍。而添加H2O2 对HP-1 和普通酵母菌生长均有抑制作用,没有明显差别;HP-1 能以葡萄糖、甘油、乙醇为唯一碳源进行发酵;单一防腐剂尼泊金乙酯对HP-1 的抑制率最高,不能完全抑制HP-1 的生长,但抑菌率达到80%左右,0.30 g/kg 山梨酸钾和0.12 g/kg 尼泊金乙酯复配对HP-1 抑制效果最佳。

参考文献:

[1] 唐贤华. 我国蜜饯加工研究现状与展望[J]. 现代食品, 2020, 26(9): 78-79, 87.TANG Xianhua. Research status and prospect of preserves processing in China[J]. Modern Food, 2020, 26(9): 78-79, 87.

[2] 倪泽平, 孙尧华, 宋贤良. 凉果中优势腐败霉菌的分离鉴定[J].现代食品科技, 2022, 38(6): 90-95, 342.NI Zeping, SUN Yaohua, SONG Xianliang. Isolation and identification of dominant spoilage molds from preserves[J]. Modern Food Science and Technology, 2022, 38(6): 90-95, 342.

[3] 胡雨卿, 杨应楷, 杨启财, 等. 蜜饯干燥加工技术研究进展[J]. 食品工业, 2022, 43(5): 237-241.HU Yuqing, YANG Yingkai, YANG Qicai, et al. Research progress of dried candied fruit processing technology[J]. The Food Industry,2022, 43(5): 237-241.

[4] BALIA R L, SURYANINGSIH L, PRATAMA A, et al. The growth of native yeasts on mozzarella cheese whey with the resistance towards high glucose and ethanol contents[J]. IOP Conference Series:Earth and Environmental Science, 2019, 347(1): 012001.

[5] 余元善, 张友胜, 肖更生, 等. 广式凉果成品中的微生物种群调查[J]. 广东农业科学, 2008, 35(2): 68-70.YU Yuanshan, ZHANG Yousheng, XIAO Gengsheng, et al. Investigation on the microbial species in the preserved fruits[J]. Guangdong Agricultural Sciences, 2008, 35(2): 68-70.

[6] SKOTNICZNY M, SATORA P, PAŃCZYSZYN K, et al. Growth dynamics and diversity of yeasts during spontaneous plum mash fermentation of different varieties[J]. Foods, 2020, 9(8): 1054.

[7] FLEET G H. Yeasts in foods and beverages: Impact on product quality and safety[J]. Current Opinion in Biotechnology, 2007, 18(2):170-175.

[8] LOUREIRO V, QUEROL A. The prevalence and control of spoilage yeasts in foods and beverages[J]. Trends in Food Science &Technology, 1999, 10(11): 356-365.

[9] 王英. 低温等离子体灭活苹果汁中耐高渗酵母的研究[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2019.WANG Ying. Inactivation of osmotoletant yeast in apple juice using cold plasma treatment[D]. Yangling: Northwest A & F University, 2019.

[10] 罗雪云, 刘宏道. 食品卫生微生物检验标准手册[M]. 北京: 中国标准出版社, 1995.LUO Xueyun, LIU Hongdao. Standard manual for microbiological inspection of food hygiene[M]. Beijing: Standards Press of China,1995.

[11] DROSOU F, ANASTASAKOU K, TATARIDIS P, et al. Study of the fermentation kinetics and secondary metabolites of Torulaspora delbrueckii yeasts from different substrates[J]. Journal of the American Society of Brewing Chemists, 2022, 80(1): 99-108.

[12] 刘文慧. 毕赤酵母多工况发酵过程菌体浓度软测量方法研究[D].镇江: 江苏大学, 2022.LIU Wenhui. Study on soft-sensing method of cell concentration in Pichia pastoris multi-mode fermentation process[D]. Zhenjiang: Jiangsu University, 2022.

[13] 管庆林, 周笑犁, 赵姗, 等. 番茄自然发酵液中酵母菌的分离鉴定及其特性研究[J]. 食品工业科技, 2021, 42(3): 96-100, 107.GUAN Qinglin, ZHOU Xiaoli, ZHAO Shan, et al. Isolation and identification of yeasts from tomato natural fermentation broth and its characteristics analysis[J]. Science and Technology of Food Industry, 2021, 42(3): 96-100, 107.

[14] JOSEPH J A, AKKERMANS S, VAN IMPE J F M. Effects of temperature and pH on recombinant thaumatin II production by Pichia pastoris[J]. Foods, 2022, 11(10): 1438.

[15] 沙如意, 王珍珍, 徐成龙, 等. 三种食用植物酵素中酵母菌的分离鉴定及耐受性试验[J]. 生物资源, 2020, 42(1): 124-130.SHA Ruyi, WANG Zhenzhen, XU Chenglong, et al. Isolatation, indentfication and tolerance of yeasts from three kinds of edible plant Jiaosu[J]. Amino Acids and Biotic Resources, 2020, 42(1): 124-130.

[16] 徐婉莹, 戚晓雪, 何晓霞, 等. 逆境对GST 基因过表达库德毕赤酵母G43 生长及脱镉能力的影响[J]. 食品安全质量检测学报,2022, 13(11): 3620-3626.XU Wanying, QI Xiaoxue, HE Xiaoxia, et al. Effects of stress on the growth and cadmium removal ability of Pichia kudriavzevii G43 overexpressed GST gene[J]. Journal of Food Safety & Quality,2022, 13(11): 3620-3626.

[17] 王辉, 袁婷玉, 白卫东, 等. 青梅自然发酵液中酵母菌的分离鉴定及特性研究[J]. 食品科技, 2021, 46(8): 16-21.WANG Hui, YUAN Tingyu, BAI Weidong, et al. Isolation, identification and characteristics of yeast from plum natural fermentation broth[J]. Food Science and Technology, 2021, 46(8): 16-21.

[18] PATIL P S, DESHANNAVAR U B. Performance of Saccharomyces cerevisiae strains to ferment sugarcane juice[J]. Asian Journal of Chemistry, 2019, 31(12): 2885-2890.

[19] 冯莉, 陈雪, 李丽, 等. 5 株克鲁维毕赤酵母的酿造学特性[J]. 中国食品学报, 2018, 18(12): 66-73.FENG Li, CHEN Xue, LI Li, et al. The enology characteristics of five strains of Pichia kluyveri[J]. Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2018, 18(12): 66-73.

[20] RODRÍGUEZ-NAVARRO A. Potassium transport in fungi and plants[J]. Biochimica et Biophysica Acta, 2000, 1469(1): 1-30.

[21] BUBNOVÁ M, ZEMANČÍKOVÁ J, SYCHROVÁ H. Osmotolerant yeast species differ in basic physiological parameters and in tolerance of non-osmotic stresses[J]. Yeast, 2014, 31(8): 309-321.

[22] 王继花. 盐胁迫下酿酒酵母生理生化特性的研究[D]. 大连: 大连工业大学, 2008.WANG Jihua. Effect of salime stress on the physiological characteristics of Saccharomyces cerevisiae[D]. Dalian: Dalian Polytechnic University, 2008.

[23] 郑丽雪, 齐斌, 孙姜, 等. 外源性氧化胁迫对酿酒酵母突变株Y518 合成谷胱甘肽的影响[J]. 食品与机械, 2017, 33(9): 15-19.ZHENG Lixue, QI Bin, SUN Jiang, et al. Effects of exogenous oxidation stress on glutathione synthesis in Saccharomyces cerevisiae mutant Y518[J]. Food & Machinery, 2017, 33(9): 15-19.

[24] SPENCER J, PHISTER T G, SMART K A, et al. Tolerance of pentose utilising yeast to hydrogen peroxide-induced oxidative stress[J].BMC Research Notes, 2014, 7: 151.

[25] NDUBUISI I A, QIN Q J, LIAO G Y, et al. Effects of various inhibitory substances and immobilization on ethanol production efficiency of a thermotolerant Pichia kudriavzevii[J]. Biotechnology for Biofuels, 2020, 13: 91.

[26] 谭慧萍, 王惠国, 赵增彤, 等. 定向进化Rho1 提高酿酒酵母的乙醇耐受性和超高浓度乙醇发酵性能[J]. 微生物学杂志, 2023,43(2): 10-20.TAN Huiping, WANG Huiguo, ZHAO Zengtong, et al. Improvement in both ethanol tolerance and very-high concentration fermentation performance via directed evolution of Rho1 in Saccharomyces cerevisiae[J]. Journal of Microbiology, 2023, 43(2): 10-20.

[27] 焦龙. 复配防腐剂开发及其应用效果研究[D]. 郑州: 河南农业大学, 2015.JIAO Long. The development of combined preservatives and research of application effect[D]. Zhengzhou: Henan Agricultural University, 2015.

[28] 曾晓房, 刘嘉玲, 白卫东, 等. 不同防腐处理对果脯蜜饯(台湾乌梅)微生物控制的影响[J]. 现代食品科技, 2016, 32(6): 207-212.ZENG Xiaofang, LIU Jialing, BAI Weidong, et al. Effect of different preservative treatments on microbial control in preserved fruit(Taiwan Wumei) [J]. Modern Food Science and Technology, 2016,32(6): 207-212.

[29] 顾胜. 复配防腐剂与气调包装协同处理对酱牛肉保鲜效果的影响研究[D]. 郑州: 河南农业大学, 2015.GU Sheng. Study of effects of compound preservatives and modified atmosphere packing cooperative processing on the preservation of spiced beef[D]. Zhengzhou: Henan Agricultural University, 2015.

[30] 刘军, 冯燕, 沈燕. 防腐剂的复合使用及功效评价[J]. 食品工业科技, 2005, 26(1): 146-147, 150.LIU Jun, FENG Yan, SHEN Yan. Combination of different food preservatives and their effects[J]. Science and Technology of Food Industry, 2005, 26(1): 146-147, 150.

[31] 古丽帕丽·买明, 白羽嘉, 买热姑·买买提, 等. 3 种常用防腐剂复配对巴哈利抑菌效果的影响[J]. 保鲜与加工, 2021, 21(4):35-40.GULIPALI·Maiming, BAI Yujia, MAIREGU·Maimaiti, et al. Effects of three commonly used preservatives compounds on the antibacterial activity of Bahali[J]. Storage and Process, 2021, 21(4):35-40.

Isolation of Osmotolerant Yeast from Preserved Fruits and Study of Its Incubation Conditions and Control Method

XIE Xi1, ZHANG Yanyi1, LI Zhiyong2, MO Qinghua1, WANG Feng1 *, XIAO Gengsheng1, LIU Huifan1,XIE Bixin1, WANG Qin1, MA Lukai1 *, LIN Shangda3

(1. Key Laboratory of Green Processing and Intelligent Manufacturing of Lingnan Specialty Food of Ministry and Rural Affairs, Guangdong Provincial Key Laboratory of Lingnan Specialty Food Science and Technology,College of Food Science and Technology, Zhongkai University of Agriculture and Engineering, Guangzhou 510225, Guangdong, China; 2. Key Laboratory of Molecular Design for Plant Cell Factory of Guangdong Higher Education Institutes, Shenzhen 518055, Guangdong, China; 3. Meizhou Treasure Golden Pomelo Industry Co., Ltd., Meizhou 514779, Guangdong, China)

Abstract: In order to investigate the types, incubation conditions, and control methods of osmotolerant spoilage bacteria from preserved fruits, this study employed the dilution plate method to isolate strains from spoiled green plums, followed by microscopic examination, physiological and biochemical indicator analyses, and 18S ITS gene sequencing for strain identification. Single-factor experiments were conducted to examine the effects of pH, temperature, and carbon sources on the growth of osmotolerant strains, as well as the inhibitory effects of various preservatives on these strains. The results revealed that the strain isolated from the spoiled preserved fruits was identified as Pichia kudriavzevii (designated HP-1); the optimal growth temperature was 30 ℃, and the optimal pH for growth was 3.0. Glucose was identified as the optimal carbon source, and the strain exhibited good growth in a 3% ethanol environment. The strain demonstrated tolerance to lower pH values (pH2), with a survival rate exceeding 85%. 0.3 g/L ethyl paraben and ε-polylysine hydrochloride had a good inhibitory effect on it, with an inhibition rate of more than 80%. The yeast isolated from the preserved fruits demonstrated the ability to grow under hyperosmotic conditions, utilize various carbon sources, and exhibit strong tolerance to conventional preservatives.

Key words: preserved fruit from Guangdong Province; osmotolerant yeast; isolation and identification; incubation condition; control

DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2025.07.023

引文格式:

谢曦,张雁仪,李之勇,等. 凉果制品中耐高渗透压酵母菌的分离及其培养条件与控制方法[J]. 食品研究与开发,2025,46(7):182-190.

XIE Xi, ZHANG Yanyi, LI Zhiyong, et al. Isolation of Osmotolerant Yeast from Preserved Fruits and Study of Its Incubation Conditions and Control Method[J]. Food Research and Development,2025,46(7):182-190.

基金项目:国家自然科学基金项目(42106130);广东省基础与应用基础研究基金项目(2020A1515110237);广东省普通高校植物细胞工厂分子设计重点实验室(南方科技大学)开放基金项目(KLMDPCF202103);广东省重点建设学科科研能力提升项目(2022ZDJS021)

作者简介:谢曦(1988—),女(汉),讲师,博士,研究方向:农产品加工。

*通信作者:王锋(1991—),男(汉),讲师,博士,研究方向:食品安全;马路凯(1991—),男(汉),副教授,博士,研究方向:食品安全。

责任编辑:冯娜

收稿日期:2023-12-25