嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌产酸、风味特性及其功能基因分型和表达研究

【摘要】嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌是制作发酵乳制品最重要的发酵剂菌种,具有重要的经济价值和应用研究潜力。这两种酸奶发酵菌通过共生互作使牛奶快速酸化,并且赋予酸奶特有的风味和良好的质地。本论文以内蒙古农业大学乳酸菌菌种资源库中保藏的从不同地区和不同乳源分离的嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌为研究对象。应用传统实验室发酵方法对43株嗜热链球菌和39株保加利亚乳杆菌进行了酸奶发酵实验,测定发酵时间、产酸速率和乙醛、双乙酰等风味物质在发酵及贮藏期间的含量变化,研究在发酵和贮藏期间两种菌的产酸特性和风味物质含量变化规律；同时应用嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌与发酵、产酸和风味形成特性相关的功能基因多位点序列分型(MLST)方法,进行菌株系统发育和遗传进化研究。对具有不同发酵特性和风味物质形成特性的代表性菌株进行了功能基因q-PCR定量分析,研究不同菌株,在不同贮藏时间点关键基因表达变化与上述表型指标变化之间的关系。主要研究结果如下：首先,在发酵过程中每隔2h测定pH、滴定酸度和活菌数；发酵结束后在酸奶贮藏期间的0、8、12、24、36、48h和7、14、21d别测定pH、滴定酸度、活菌数、乳酸含量、乙醛含量、双乙酰含量等指标。研究嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌酸奶在发酵过程中的发酵、产酸特性和贮藏期间产酸特性和风味物质含量的变化规律。结果表明：43株嗜热链球菌的发酵时间从4.5-24.5h有19株菌发酵时间小于10h,其中10株菌的产酸速率在10°T/h以上。39株保加利亚乳杆菌的发酵时间从8.5-24.5h,23株菌的发酵时间小于15h,其中有14株菌的产酸速率在3°T/h以上。从产酸和发酵特性而言,这些菌株有作为工业化发酵剂菌种开发的潜力。嗜热链球菌产生的主要风味物质乙醛含量变化范围：1.67-16.67μg/g,双乙酰含量变化范围：1.22-10.19μg/g。保加利亚乳杆菌产生的风味物质乙醛含量变化范围：1.81-56.81μg/g,双乙酰含量变化范围0.20-7.18μg/g。其次,应用嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌与发酵、产酸和风味物质形成特性相关的功能基因的多位点序列分型(MLST)方法,进行了2种不同菌的功能基因系统发育和遗传进化研究。将菌株MLST分型的基因型结果与产酸特性和风味物质含量变化等表型指标进行联合分析。结果表明：43株嗜热链球菌依据其基因序列型可形成19个ST型,而将功能基因型与发酵时间、产酸和风味物质含量等表型数据联合分析则将菌株分为4个群,其中表型数据与功能基因型数据有良好的对应关系,特别是乙醛含量高的菌株在基因型上聚类为1个群组,乙醛含量中等的菌株聚类为1个组,低乙醛含量的菌聚类为1个群组。39株保加利亚乳杆菌依据其功能基因序列型也分成19个ST型,而将功能基因序列型和表型数据联合分析则将菌株分为4个不同的聚类。发酵时间和乳酸含量与基因型有良好的对应关系,即发酵时间短的菌(小于15h)聚类为1组,发酵时间中等的菌(15-20h)聚为1组,发酵时间长的菌(大于20h)聚类为1组,乳酸含量高的菌从基因型序列上聚类为1组,乳酸含量中等的菌从基因型上聚类为1组,而乳酸含量低的菌也从基因序列型上聚类为1组。这些研究结果表明酸奶发酵菌在酸奶环境中经过长期的选择压力和环境适应性驯化,在遗传和基因组序列上保留了与牛奶发酵和风味物质形成的功能基因序列。从而可以从这些菌种功能基因序列型上将具有期望出现的表型特征的菌株进行分组,为从分子生物学和基因水平进行具有特定发酵特性菌株的快速筛选奠定基础。最后,对具有不同发酵、产酸特性和不同风味物质产量特性的代表性菌株进行了功能基因q-PCR定量分析。特别是对风味物质乙醛含量和双乙酰含量与关键功能基因表达之间的相关性进行了研究。结果表明：嗜热链球菌主要风味物质乙醛含量与功能基因pdc、lld、ald呈显著正相关,而基因lld表达量与基因pdc,lld等呈显著正相关,基因pfl表达与其它基因表达量相关性不显著。保加利亚乳杆菌乙醛含量也与功能基因pdc、lld、ald表达量呈显著正相关。基因lld表达量与基因ald表达量呈显著正相关,与pdc相关性不显著。对于2种菌的风味物质乙醛和双乙酰含量与贮藏时间的研究表明,贮藏24-36h是产生风味物质的关键时间段,之后随着贮藏时间的延长风味物质含量逐渐减弱。
【作者】刘文俊；
【导师】张和平；
【作者基本信息】内蒙古农业大学，农产品加工及贮藏工程，2014，博士
【关键词】嗜热链球菌；保加利亚乳杆菌；产酸；风味物质；功能基因；MLST；q-PCR；

【参考文献】
[1]侯博亚.我国民营上市公司多元化经营的绩效及动因研究[D].山东财经大学,企业管理,2012,硕士.
[2]王永鹏.基于ZigBee无线传感器网络的油田环境数据采集系统设计[D].内蒙古大学,电子与通信工程,2014,硕士.
[3]唐娟娟.我国股指期货与现货市场间信息传递效应研究[D].浙江工商大学,统计学,2013,硕士.
[4]王国弘,张治河.我国技术经济学科教育发展现状与思考[J].技术经济,2012,06:21-26.
[5]李晓雄.平滑收益是否能够降低权益资本成本[D].天津财经大学,会计学,2012,硕士.
[6]段元东.非均相Co_3O_4/GO/PMS体系催化氧化降解PVA废水的研究[D].东华大学,2015.
[7]张娜娜.经济型缓释氮肥的研制及其作物效应研究[D].安徽农业大学,植物营养学,2011,硕士.
[8]陈帅.我国司法会计鉴定人制度探究[D].云南财经大学,MpAcc,2014,硕士.
[9]桂凯旋.ZrB_2基纳米超高温陶瓷复合材料的制备及性能研究[D].哈尔滨工业大学,材料学,2013,硕士.
[10]杨希.大学生批判性思维养成：课堂文化的视角[D].山东师范大学,高等教育学,2013,硕士.
[11]侯运昌.双弓受流下电气化铁路接触网振动性能研究[D].西南交通大学,电气系统控制与信息技术,2014,硕士.
[12]朱难兰.血栓调节蛋白N端结构域抗炎作用的初步研究[D].华中科技大学,感染科,2013,硕士.
[13]叶凌箭,王朗,马修水,宋执环.基于主元分析的最优状态检测技术[J].计算机与应用化学,2014,01:15-18.
[14]马晓峰.维生素D对慢性阻塞性肺疾病的影响[D].兰州大学,内科学（专业学位）,2013,硕士.
[15]张景义.开滦多种经营公司发展战略研究[D].天津大学,工商管理,2004,硕士.
[16]季青.82例食管癌食管呼吸道瘘临床及预后分析[D].山东大学,临床医学（专业学位）,2013,硕士.
[17]古力斯坦·亚生.新中国成立以来中国共产党维护新疆稳定思想研究[D].新疆师范大学,马克思主义中国化,2013,硕士.
[18]李晓洵.“知沟”视域下的来安县城乡小学生阅读素养差异研究[D].安徽大学,新闻学,2013,硕士.
[19]展晓珺,蒋立正,潘柏松.多轴数控专用机床床身动态特性的可靠性优化研究[J].机电工程,2014,03:334-337+353.
[20]安达.基于WebKey平台的考勤管理系统的设计与实现[D].河北师范大学,计算机技术,2013,硕士.
[21]霍源远.我国公务员在行政检举中的伦理困境分析[D].吉林大学,行政管理,2013,硕士.
[22]刘荣,郑声宇.阮殿波:为新能源车添“芯”动力[J].科技创新与品牌,2014,09:73-75.
[23]周兴华.我国城市增长管理问题研究[D].郑州大学,区域经济学,2013,硕士.
[24]乔峰.英格索兰客户体验管理提升研究[D].兰州大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[25]覃莉.CRISP2基因表达、多态性与男性不育相关性的初步研究[D].广西医科大学,妇产科学,2013,硕士.
[26]侯杰.芥子中MITC体外抗白血病细胞的效应研究[D].海南大学,生物化工,2014,硕士.
[27]孙磊.膜生物反应器及电絮凝—过滤技术在分散式生活污水处理中的应用研究[D].中国海洋大学,2009.
[28]阮金新.PIF-COPD模型的制备及FFKXJN干预作用的研究[D].北京中医药大学,中药药理学,2014,硕士.
[29]刘亚琴.我国高等教育财政投入的现状及效率研究[D].云南财经大学,财政学,2013,硕士.
[30]杨磊,毕红军.基于旁路监听的数据库安全审计系统[J].计算机工程与应用,2015,08:138-142.
[31]王长林.高级偏光显微镜的调焦机构[J].仪表技术与传感器.1991(03)
[32]王莹.蒙脱石/环氧树脂（E-44、E-12）纳米复合材料制备及表征[D].中国地质大学,矿物学、岩石学、矿床学,2003,硕士.
[33]庞雪.我国小学青年教师职业道德建设研究[D].沈阳师范大学,伦理学,2013,硕士.
[34]俞英豪.不同生境下大青叶蝉肠道细菌多样性研究[D].南京农业大学,微生物学,2012,硕士.
[35]邹静.基于DSP的车道偏离预警系统中图像处理方法的研究[D].长安大学,车辆工程,2013,硕士.
[36]郝辉.基于光纤激光器自混合干涉的位移测量技术研究[D].南京师范大学,物理电子学,2013,博士.
[37]黎夏,叶嘉安.知识发现及地理元胞自动机[J].中国科学(D辑:地球科学),2004,09:865-872.
[38]王春慧.固阳县耕地等别、级别和价格的关系分析[D].内蒙古师范大学,土地资源管理,2013,硕士.
[39]易正九,严晓蒸.用带记录器作微型机的运算打印输出设备[J].冶金自动化,1983,01:49-51.
[40]曹泳民.城市环境卫生综合供需水平评价模型修正研究及其应用[D].华中科技大学,环境工程,2013,硕士.
[41]于长春,贺佳,范思昌,马修强,陆健,贺宪民,吴骋.数据挖掘技术在医学领域中的应用[J].第二军医大学学报,2003,11:1250-1252.
[42]姚勇.间甲氧基杯[4]芳烃的功能化衍生及其在材料领域的应用[D].扬州大学,有机化学,2011,硕士.
[43]王忠超.人内皮细胞型一氧化氮合成酶（heNOS）第7外显子GLU298ASP（894G→T）单核苷酸多态性与糖尿病肾病相关性研究[D].青岛大学,内分泌学,2004,硕士.
[44]李琼雯.劳动力就业系统的数学建模与研究[D].信阳师范学院,应用数学,2014,硕士.
[45]温峻.重庆农村居民参加城乡居民社会养老保险影响因素研究[D].重庆大学,社会保障,2014,硕士.
[46]高德永,高德霖.UNIFAC模型的应用和发展[J].浙江工学院学报.1988(04)
[47]李楠楠.农业技术采用行为的空间分异及影响因素研究[D].西北大学,人文地理学,2014,硕士.
[48]冉金花.基于超效率和交叉效率的区间DEA模型研究[D].重庆大学,运筹学与控制论,2014,硕士.
[49]曹良丹.基于汽车尾气余热的TPV系统设计和性能分析[D].哈尔滨工业大学,动力工程,2013,硕士.
[50]于福义.现代汽车空调系统数值模拟仿真[D].重庆大学,2005.