荧光定量PCR方法检测白酒发酵过程中Aspergillus tubingensis生物量

【目的】为了更好地分析霉菌在白酒发酵过程中的作用,需要快速准确地测定发酵过程中霉菌生物量的变化,本实验以白酒酿造中常用的塔宾曲霉(Aspergillus tubingensis)为例,建立一套快速准确定量塔宾曲霉生物量的方法。【方法】优化从酒醅中提取基因组的方法,设计和验证专一性引物,建立实时荧光定量PCR(Real-time quantitative PCR)方法,验证方法的有效性并应用于白酒发酵过程中塔宾曲霉生物量的检测。【结果】用原位机械破碎法提取酒醅中总基因组,其DNA的浓度能够达到1.060×105 ng/g酒醅;同时建立了一套快速准确测定固态基质中霉菌生物量的方法,并应用于白酒生产(制曲、堆积发酵和窖池发酵过程)中塔宾曲霉生物量的定量。【结论】实时荧光定量PCR方法能够快速准确地测定固态基质中霉菌的生物量,且检测限较低,对今后的相关研究具有借鉴意义。     

基于PCR DGGE的小鼠肠道菌群基因组提取方法的建立

通过比较4种小鼠粪便细菌总DNA提取方法对基于PCR-DGGE检测的肠道菌群多样性分析的影响,旨在建立适于PCR—DGGE的小鼠肠道微生物宏基因组提取的稳定、经济、快捷的方法。采用SDS裂解法、某国产市售粪便DNA提取试剂盒、改进的化学裂解法、改进的溶菌酶法4种方法提取小鼠粪便细菌总DNA,通过琼脂糖凝胶电泳、紫外分光光度法、细菌16S rRNAV3区PCR扩增结合DGGE对提取结果进行比较分析。SDS裂解法和国产市售试剂盒2种方法提取粪便细菌总DNA均未得到理想结果,另2种方法均能够检测到粪便中20种左右的细菌。改进的化学裂解法和改进的溶菌酶提取法的建立为基于PCR—DGGE进行肠道菌群结构的定量及定性分析提供了可靠的前提基础和实验保障。     

基于DNA高通量测序分析生料酿醋过程中的真菌多样性

【目的】了解生料酿醋不同阶段的真菌群落结构及其变化规律,为生料酿醋工艺优化提供理论指导。【方法】从山西一家生料酿醋企业采集原料、麸曲、发酵缸醋醅、熏醋样、淋醋样等涉及生料酿醋各阶段的样品共51份,扩增真菌ITS1区序列并利用高通量测序技术分析真菌多样性。【结果】除5份样品未扩增成功外,在剩余46份样品中共检测到489个真菌OTU,以子囊菌为主(占88.3%)。原料、麸曲、发酵缸醋醅、熏醋样、淋醋样等不同组别间在真菌群落结构方面存在显著差异。原料和麸曲中的真菌物种丰富度最低,发酵缸醋醅的真菌物种丰富度最高,熏醋样和淋醋样中的真菌物种丰富度又有所降低。原料和麸曲中的优势真菌分别为酿酒酵母和黑曲霉,是发酵阶段真菌的重要来源,但发酵缸醋醅中也检测到大量可能来源于发酵室环境的真菌。发酵缸醋醅在不同发酵时期间也存在明显的真菌群落结构差异,并可据此划分成发酵前期(包括发酵第2–13天的样品)和发酵后期(包括发酵第17–46天的样品)。酿酒酵母和亮白曲霉的丰度在发酵前期显著高于发酵后期,而黑曲霉、一种小戴卫霉科真菌等的丰度在发酵后期显著高于发酵前期。【结论】生料酿醋的不同阶段和发酵缸醋醅发酵的不同时期,其真菌群落结构都存在明显差异。酿酒酵母和黑曲霉是发酵阶段的优势真菌。本研究为生料酿醋工艺优化提供了理论依据。     

荧光定量PCR法定量白酒固态发酵过程中产土味素的链霉菌

【目的】荧光定量PCR法具有特异性高、灵敏度高等优点,在定量复杂环境中微生物数量方面得到广泛应用。本文采用荧光定量PCR方法对固态白酒发酵过程产土味素链霉菌进行定量分析并验证其准确性。【方法】通过优化大曲和酒醅中微生物基因组提取方法,并建立相应的大曲和酒醅两种基质条件下的荧光定量PCR标准曲线,并对方法的精度和准确度进行验证分析。采用荧光定量PCR方法对大曲和酒醅中产土味素链霉菌进行定量分析。【结果】结果表明大曲中产土味素链霉菌数量在105数量级,并且清茬曲中此类链霉菌数量最高。酒醅发酵起始阶段产土味素链霉菌数量在104数量级,而后随着发酵的不断进行,酒醅中此类链霉菌数量有所减少。【结论】荧光定量PCR方法能够对白酒固态发酵过程中产土味素链霉菌准确进行定量分析,对采用此方法定量其他微生物具有借鉴意义。     

泸型酒酒醅中梭菌群落的发酵演替规律和功能预测

【目的】研究泸型酒酒醅中梭菌(Clostridia)群落的演替规律,探讨梭菌群落在酒醅发酵过程中的潜在功能。【方法】利用实时荧光定量PCR技术结合高通量测序技术研究不同发酵时间泸型酒酒醅中梭菌丰度变化;通过梭菌16S r RNA基因序列高通量测序数据分析揭示梭菌群落演替规律,并运用LEf Se分析找出标志性OTU;通过PICRUSt分析对梭菌功能组成进行预测。【结果】泸型酒发酵过程酒醅中梭菌的生物量在发酵14 d上升至最高(3.46×10~7 copies/g),梭菌占总细菌的相对丰度在发酵20 d达到最高(6.67%);对梭菌群落结构的聚类分析结果表明,发酵7 d的酒醅梭菌群落结构显著区别于其他发酵时间,主要体现为存在17个标志性OTU,其中大部分分类学地位尚不明确;PICRUSt分析显示梭菌主要参与氨糖与核糖代谢、磷酸戊糖途径,其次是果糖和甘露糖代谢、TCA循环、糖酵解途径、丙酸及丁酸代谢。【结论】泸型酒酒醅中梭菌的生物量和占细菌的相对丰度在发酵开始后的2-3周内逐渐达到最高,而梭菌群落的结构则在发酵1周内便发生了显著改变,并在发酵2-3周内趋于稳定。在发酵2-3周时有较多与丙酸、丁酸等风味物质代谢相关的基因在酒醅梭菌中被预测到。     

镇江香醋醋醅抑菌活性及机理的初步分析

【目的】评价镇江香醋醋酸发酵过程中醋醅及其主要酿醋功能微生物的抑菌活性。【方法】采用琼脂扩散法评价醋醅和功能微生物的抑菌效果,并考察加热、蛋白酶解、透析等不同处理对发酵液抑菌活性的影响。【结果】醋醅水提取液及4种酿醋功能微生物(Acetobacter pasteurianus、A.pomorum、Lactobacillus helveticus、L.plantarum)的发酵上清液对4种指示菌具有明显的生长抑制效果。发酵上清液中的抑菌活性物质具有一定耐热性和蛋白酶敏感性,分子量小于8 k D。【结论】镇江香醋醋醅及其所含醋酸杆菌和乳酸杆菌对环境微生物具有生长抑制活性,且抑菌活性物质的种类具有多样性。     

重金属污染土壤总DNA提取方法的研究——土壤预处理和硫酸铵铝在DNA提取中的应用

【目的】从土壤中获得高纯度、高得率和完整性好的总DNA,为重金属污染土壤微生物群落多样性的分析奠定基础。【方法】将一定浓度的硫酸铵铝增补入DNA提取液中,分别联合不同方式的土壤预处理,对所提取的土壤总DNA进行完整性、纯度和得率分析。【结果】TENP-AlNH4(SO4)2法、ABG-AlNH4(SO4)2法、Wash-AlNH4(SO4)2法和试剂盒4种提取方法获得的DNA片段均在23 kb左右,总DNA完整;Wash-AlNH4(SO4)2法提取的DNA纯度较高,A260/A230达到2.00,A260/A280达到1.62;ABG-AlNH4(SO4)2法的DNA得率最高,达到1 010μg/g土壤;这两种方法提取的DNA在纯度和浓度上均达到后续PCR等分子实验要求。通过扩增提取的土壤总DNA中16S rRNA基因,表明合适浓度的硫酸铵铝能有效去除土壤中的PCR干扰因子。【结论】本研究将土壤的预处理和一定浓度的硫酸铵铝联合使用,获得理想的重金属污染土壤的总DNA。     

两种从土壤中提取DNA方法的比较

为土壤微生物多样性研究选取理想的DNA提取方法,该文比较了直接法和间接法从土壤中提取微生物总DNA的效果。结果表明：直接法提取量大,每克土壤提取到DNA约10．26μg,而间接法仅提取到0．55μg,直接法DNA提取量约为间接法的19倍。直接法得到的DNA包含细菌种群较间接法丰富,DGGE分析结果显示,二者的条带数分别为35条和28条,占检测条带总数的92．1%和78．9%。间接法提取到DNA纯度较直接法高,不需纯化即可用于PCR扩增和BamHⅠ酶切反应。     

新疆醉马草内生菌群落结构

【目的】揭示醉马草不同组织内生细菌和内生真菌种群组成和分布。【方法】采用液氮研磨法分别提取醉马草种子、叶、茎、根组织总DNA,采用通用引物扩增内生细菌16S rDNA和真菌ITS,通过限制性内切酶HhaⅠ和RsaⅠ对16S rDNA PCR产物酶切,HhaeⅢ和HinfⅠ对真菌rDNA ITS PCR产物酶切得到不同的TRFs片段。TRFs经T-RFLP分析程序结合基因文库比对后,分析醉马草不同组织中内生细菌和内生真菌的群落组成及内生菌群落相似性。【结果】研究表明醉马草根部内生细菌多样性最高,而种子内生真菌多样性最为丰富。醉马草各组织内生细菌优势菌属均为Bacillus(29%以上),种子、叶、茎、根内生真菌优势菌属分别为Mycosphaerella(6.5%),Teratosphaeria(4.5%),Fragum(1.1%),Sebacina(11.3%)。聚类分析表明茎和叶内生细菌群落结构相似,种子和其他组织内生细菌群落结构相似性较远,而茎和种子内生真菌群落结构相似,叶和其他组织内生真菌群落结构相似性较远。醉马草内生菌多样性丰富且存在尚未认识的新类群。     

配糟对清香型白酒发酵中环境因子及微生物群落的影响

【背景】环境因子是影响微生物生长代谢的重要因素,解析半开放条件下酿造过程中环境因子对微生物群落演替的作用对于清香型白酒生产调控具有重要意义。配糟在白酒发酵过程中起着调节发酵速度的作用,其对微生物群落组成变化的影响尚不明确。【目的】揭示使用不同发酵周期配糟对清香型白酒发酵过程中环境因子及微生物群落演替的影响。【方法】采用PacBio测序平台和多元统计分析比较使用2种配糟酒醅中微生物群落结构组成,结合蒙特卡洛置换检验明确环境因子对微生物群落的影响。【结果】与使用正常发酵周期配糟酒醅相比,使用延长发酵周期配糟酒醅水分较低,而酸度、氨基酸态氮、总游离氨基酸、还原糖和残余淀粉较高;微生物多样性和丰富度分析发现,使用延长发酵周期配糟酒醅中细菌α多样性极显著高于使用正常发酵周期配糟酒醅(P<0.001),而真菌α多样性显著/极显著低于使用正常发酵周期配糟酒醅(P<0.05, P<0.001);通过组间差异性分析发现,细菌群落共产生28个差异指示种,而真菌群落共产生15个差异指示种;水分、酸度、氨基酸态氮、还原糖、残余淀粉和总游离氨基酸对微生物群落结构的影响显著(P<0.05)...     

耐乙酸乳杆菌的筛选及其产乳酸特性

【背景】耐受乙酸的乳酸菌是传统谷物醋醋酸发酵过程中产生乳酸及其风味衍生物的重要功能微生物。【目的】从镇江香醋醋醅中分离鉴定具有耐乙酸特性的乳酸菌,并评价不同条件下该菌株的产乳酸能力。【方法】利用4%(体积比)乙酸含量的MRS培养基分离耐乙酸乳酸菌;对其进行16S rRNA基因鉴定、基因组测序、形态观察以及生理生化特性研究;考察不同乙酸浓度、葡萄糖浓度、发酵温度和时间对菌株产乳酸能力的影响。【结果】分离得到一株可耐受6%乙酸的乳杆菌Lactobacillus sp. JN500903;在厌氧静置、接种量5%、乙酸浓度5%、葡萄糖浓度40 g/L、发酵温度37°C、发酵时间10 d条件下,该菌株乳酸产量为16.1 g/L。【结论】乳杆菌JN500903能够耐受6%乙酸浓度,具有在酸性环境下合成乳酸的能力,有一定的应用潜力。     

巴氏醋杆菌高酸度醋发酵过程的能量代谢分析

【目的】初步分析了Acetobacter pasteurianus CICIM B7003-02在醋酸发酵过程中的能量代谢状况, 通过强化细胞能量代谢水平以提升菌株高酸发酵的产酸强度。【方法】探明A. pasteurianus CICIM B7003-02在高酸度醋发酵的不同阶段中三羧酸循环底物含量、乙醇呼吸链酶活及能量代谢酶基因的转录水平等代谢特点, 分析用于醋酸发酵的产能代谢途径及其作用。【结果】发现A. pasteurianus CICIM B7003-02在醋酸发酵初期, 主要通过苹果酸/琥珀酸回补偶联有氧呼吸途径产能。进入醋酸快速积累阶段, 乙醇呼吸链为主要供能代谢途径。发酵后期苹果酸/琥珀酸回补途径配合乙醇呼吸链供能。基于上述研究, 采取添加琥珀酸和苹果酸强化细胞产能, 促进高酸度醋发酵强度。【结论】能量供给影响醋杆菌耐酸能力和醋酸生产能力。确定乙醇呼吸链为醋酸发酵的主要供能系统。强化细胞产能手段可达到提高醋酸发酵强度的目的。     

青稞酒发酵过程中的风味功能微生物及其风味代谢特征解析

[背景]青稞酒是一个多菌种固态发酵的产物,解析发酵过程中重要的功能微生物及其代谢特征对调控青稞酒发酵具有重要作用。[目的]揭示青稞酒发酵过程中的风味功能微生物并解析其风味代谢特征。[方法]基于高通量测序技术揭示青稞酒发酵过程中的微生物群落多样性和组成;采用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱技术跟踪酒醅的风味信息;通过微生物属与风味物质的关联分析揭示青稞酒发酵过程中风味功能微生物菌群,并采用蒙特卡洛检验分析进一步揭示发酵过程理化因子对风味功能微生物菌群的影响;于实验室环境下重构6株微生物发酵体系,以揭示其风味代谢特征。[结果]青稞酒发酵过程中9个真菌属和8个细菌属(相对丰度>1%)占据优势,其中Aspergillus、Komagataella、Lactobacillus、Pichia、Saccharomyces和Weissella是青稞酒发酵过程主要风味功能微生物;发酵过程中还原糖(r^2=0.946 9,P=0.013 2)和酸度(r^2=0.847 6,P=0.048 6)是驱动风味功能微生物菌群演替的关键因子;6株菌的组合发酵实验揭示了体外系统与原位系统具有相同的微生物演替现象与相似的风味轮廓。[结论]研究揭示了青稞酒发酵过程关键的风味功能微生物以及驱动该菌群演替的重要环境因子,并通过组合发酵实验验证了这些微生物的风味代谢特征,为青稞酒发酵过程的风味调控提供了新的视角。     

镇江香醋核心酿造微生物醋酸杆菌和乳酸杆菌共培养对生长代谢的影响

[目的] 研究镇江香醋酿造过程核心功能微生物醋酸杆菌属与乳酸杆菌属菌株之间的相互作用关系。[方法] 本文以分离到的镇江香醋酿造中的核心微生物2株醋酸杆菌和8株孔酸杆菌为研究对象,构建醋酸杆菌和乳酸杆菌共培养发酵体系,比较异位与原位条件下,纯培养及共培养中菌株的生长和代谢（包括还原糖、乙醇和总酸等含量）差异;采用GC-MS检测原位共培养中挥发性物质的变化,分析微生物间的交互作用对镇江香醋主要风味物质形成的潜在影响。[结果] 醋酸杆菌和乳酸杆菌之间的交互作用具有种间特异性和环境特异性,A.pasteurianus G3-2和L.helveticus M3-1、L.plantarum M10-1、L.pontis M17-5及L.reuteri GE7-1在异位及原位模拟共培养中整体的生长和代谢优于纯培养;A.pomorum G15-6和L.paracasei E1-1在异位和原位共培养下还原糖利用率和总酸的产生率都低于纯培养,和L.helveticus M3-1、L.reuteri GE7-1、L.plantarum M10-1、L.fermentum M10-3、L.casei E10-1、L.pontis M17-5、L.hilgardii M3-4共培养在异位和原位模拟中代谢不一致。根据GC-MS分析显示,A.pasteurianus G3-2和L.helveticus M3-1及L.reuteri GE7-1原位模拟共培养时异戊酸、乙酸乙酯、甲酸辛酯等风味物质的含量明显优于纯培养,其中一种重要风味物质2,3-丁二酮只在共培养时被检出,其含量分别达到了9.87 mg/L及14.28 mg/L。[结论] 镇江香醋醋醅中的醋酸杆菌和乳酸杆菌之间的交互作用能够影响菌株生长和主要代谢产物生成,这一研究有助于深入剖析镇江香醋风味形成的酿造机理,为理性调控酿造菌群以改善镇江香醋风味品质奠定了理论基础。     

镇江香醋醋酸发酵过程中细菌群落组成分析

用免培养法对镇江恒顺香醋醋酸发酵过程中醋醅的细菌群落的结构进行了分析。从醋醅样品中获得的总DNA经PCR扩增建立了16S rDNA克隆文库,共获得96个阳性克隆并进行了测序,以代表性序列构建了系统发育树。通过序列分析将它们分为16个OUTs,其中5个OUTs属于Lactobacillus属、2个属于Acetobacter属、1个属于Gluconacetobacter属、2个属于Staphylococcus属、2个属于Enterobacter属、2个属于Pseudomonas属、1个属于Flavobacterium属和1个Sinorhizobium属。     

比较基因组学解析谷物醋醋醅中巴氏醋杆菌和欧洲驹形杆菌的功能差异

【目的】基于比较基因组分析,探究镇江香醋醋醅中不同醋酸菌的功能差异。【方法】利用分离培养技术结合16SrRNA基因全长测序获得不同分类地位的醋酸菌;应用比较基因组学结合发酵性能实现不同醋酸菌生长和代谢的差异比较。【结果】巴氏醋杆菌和欧洲驹形杆菌为镇江香醋醋醅中的主要醋酸菌。其中,欧洲驹形杆菌的GC含量更高、基因组更大。功能注释结果表明巴氏醋杆菌和欧洲驹形杆菌的碳水化合物、氨基酸相关基因数量及种类差异较大,欧洲驹形杆菌的碳水化合物活性酶数量更多。相比巴氏醋杆菌,欧洲驹形杆菌中富集的功能差异基因主要参与磷酸戊糖途径、脂肪酸生物合成、果糖和甘露糖代谢等代谢途径。验证结果表明欧洲驹形杆菌可通过产生更多的乙醇脱氢酶、乙醛脱氢酶和大量的ATP,并改变细胞膜脂肪酸组成来提高乙醇的转化率。【结论】明确了巴氏醋杆菌和欧洲驹形杆菌基因之间的差异。欧洲驹形杆菌通过更多的能量积累、更高的乙醇转化相关酶酶活力和细胞膜脂肪酸组成的改变,来改善胞内微环境以适应高酸环境。本研究得到的结果可加深对不同醋酸菌耐酸机制的理解。