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利用乳酸菌发酵芥末提取物抑制玉米穗中串珠镰刀菌中的伏马毒素B1和B2的产生

来源:https://doi.org/10.3390/toxins14020080发布时间:2022-05-17

产毒真菌


利用乳酸菌发酵芥末提取物抑制玉米穗中串珠镰刀菌中的伏马素B1和B2的产生

Use of Mustard Extracts Fermented by Lactic Acid Bacteria to Mitigate the Production
of Fumonisin B1 and B2 by Fusarium verticillioides in Corn Ears

摘要:玉米(Zea mays)是一种世界范围内的作物,在收获前会受到串珠镰刀菌等有毒真菌的感染。镰刀菌污染会导致合成高毒性真菌毒素,如伏马毒素B1 (FB1)和伏马毒素B2 (FB2),危害人和动物的健康。本论文研究了9种乳酸菌对黄芥末和东方芥菜发酵提取物的体外抑菌性能。此外,还对提取物中的主要酚类化合物和有机酸进行了化学表征。结果表明,用植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)菌株发酵的黄芥菜,在体外抑制镰孢菌生长,最低抑菌浓度(MIC)为7.8 ~ 15.6 g/L,最低杀菌浓度(MFC)为15.6 ~ 31.3 g/L。将植物乳杆菌TR71冻干黄芥末发酵浸膏喷施于受污染的玉米穗中,研究串珠镰刀菌的抗霉菌毒素活性。14 d后,对照组FB1含量为14.71 mg/kg,处理组FB1含量降至1.09 mg/kg,降幅达92.6%。处理后的样品中未见FB2。结果表明,在植物乳杆菌TR71发酵黄芥末提取物中,乳酸、3-苯基乳酸和苯甲酸是较高浓度的抗真菌代谢产物。结果表明,发酵芥末提取物在降低玉米穗真菌毒素发病率方面具有潜在的应用价值。

关键词:黄芥末酱;东方芥末;植物乳杆菌;生物保存;真菌毒素;抗真菌活性;芥菜;白芥菜;菌类;抗霉菌毒素

     
        由不同品种的芥菜 YM (白芥菜)和OM (芥菜)制备的两种水提取物通过九个 LAB 发酵,并在体外针对产毒镰刀菌菌株进行了测试。为此,我们利用PDA平板进行定性分析,初步筛选不同CFS的抗真菌特性。对照组为未发酵的YM和OM水提物。如表1所示,只有植物乳杆菌 TR7、植物乳杆菌TR71、植物乳杆菌TR14和植物乳杆菌CECT8962发酵的提取物证明了抗真菌特性。其中,L. plantarum TR71L. plantarum TR14发酵的YM提取物对所有镰刀菌的抑制晕圈均大于10 mm。对其他LAB菌株(pseudomesenteroides leuconoc IRK751leilactobacillus brevis IRK82、leilactobacillus brevis SMF76、Leuconostoc pseudomesenteroides POM和甘草乳酸菌TR2)进行了检测,对照提取物均未表现出抗真菌作用。两种芥菜提取物比较,YM发酵提取物比OM发酵提取物更有效,因为一些真菌对后者有抗性。

表1  100 g/L的无细胞上清液(CFS)对产毒镰刀菌菌株的抗真菌活性
以两个芥菜品种为发酵基质:黄芥菜(YM)和东方芥菜(OM),当抑制晕测量范围大于10 mm时,抗真菌活性被视为阳性(+)
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       因此,在此基础上,选取植物乳杆菌菌株发酵后的芥菜提取物进行分析,通过定量抗真菌试验,测定其对赤霉病菌的最低抑菌浓度(MIC)和最低杀菌浓度(MFC)。MIC和MFC试验的结果见表2。
 
表2  体外测定的对产毒镰刀菌菌株的最小抑菌浓度(MIC)和最小杀菌浓度(MFC)值
(a) 黄芥发酵无细胞上清液;(b) 东方芥末发酵无细胞上清液。结果以g/L表示。
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       MIC和MFC值根据测试的LAB菌株和用作发酵底物的芥菜品种(黄色或东方)而变化。植物乳杆菌TR71发酵的YM提取物的MIC和MFC值较低,分别为7.8-15.6 g/L和15.6-31.3 g/L,即植物乳杆菌TR71发酵的提取物,需要比其他发酵提取物更低的剂量来抑制真菌生长。
       本研究通过液相色谱(UHPLC Q-TOF/MS)对发酵芥菜提取物中主要酚酸进行了体外抑菌鉴定。从YM和OM发酵提取物的CFS中鉴定出11种不同的酚酸。正如预期的那样,酚酸的分布和浓度根据用作发酵底物的LAB菌株和芥菜品种的不同而不同。结果汇总于表3。在YM提取物中(表3a), L. plantarum菌株发酵后的1,2-二羟基苯甲酸、3,4-二羟基苯甲酸与对照提取物相比显著增加(p < 0.05)。其中,L. plantarum TR71产率最高,分别为292.85、44.95和220.12 ng/mL。此外,该菌株合成了559.15 ng/mL的3-苯乳酸,在评估的CFS中浓度最高,无论测试的芥菜提取物。

 

表3  黄芥菜提取物的无细胞上清液中含有酚酸和有机酸
(a) 东方芥末提取物(b)结果以ng/mL表示。
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       选择含有植物乳杆菌TR71的YM发酵提取物作为抗F的生物防腐剂。玉米穗中的轮枝菌(FB1和FB2)。为此,将含有植物乳杆菌TR71的发酵YM提取物通过喷雾技术直接施用在玉米穗上,或在冷冻干燥和制备后,在无菌条件下以 350 g/L水。此外,YM提取物也在未发酵的玉米穗上进行了测试(通过直接喷雾或冻干制备 350 g/L)。对照组用接种了真菌剂的未处理玉米穗制备。然后,将玉米穗在25°C下储存14天(图 1),通过UHPLC Q-TOF/MS技术在第 0、7 和 14 天(图 2)测定霉菌毒素含量。

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图1  被氟污染的玉米穗储存14天后,轮藻酸盐12052号产品
采用的处理方法如下:(a)对照;(b) 非发酵黄芥末提取物;(c) 植物乳杆菌TR71发酵黄芥末提取物;(d) 非发酵黄芥末提取物,在水中以250 g/L冻干制备;
(e) 用植物乳杆菌TR71发酵黄芥末提取物,冷冻干燥,在250 g/L水中制备。

         在14天后效果如图2b,在所有测试的处理中,串珠镰刀菌增加。对照组FB1含量(未经处理)提高到 14.71 mg/kg。相比之下,我们注意到与对照相比,直接应用TR71发酵的YM提取物降低了FB1产量8.02 mg/kg,并且类似地,未发酵的冻干YM显着降低了对照组的FB1浓度。通过应用 TR71 发酵的冻干YM提取物实现了FB1的更高降低。应用这种处理后获得的平均含量为1.09 mg/kg,与对照相比,玉米穗中这种霉菌毒素的发生率降低了92.6%。
       发酵YM提取物的抗真菌毒素作用可能是因为CFS的应用降低了真菌的生长(图1),因此,负责真菌毒素合成的次级代谢可能会被延缓。在FB2方面,除TR71发酵冻干YM外,芥末喷雾剂与对照组无统计学差异(p < 0.05)。这一处理完全抑制了玉米穗上的黄萎病。

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图2  玉米穗中伏马菌素B1(FB1)和伏马菌素B2(FB2)的测定

         
        用无细胞上清液处理,并用12052号品目轮状芽孢杆菌污染。处理方法如下:YM:非发酵黄芥末提取物;YM-TR71:含植物乳杆菌TR71的发酵黄芥末提取物;YMLy:非发酵黄芥末冻干,以250 g/L制备;YM-TR71Ly:用植物乳杆菌TR71冻干并以250 g/L制备的发酵黄芥菜。在第7天(a)和第14天(b)测定真菌毒素。不同的字母表示不同处理间真菌毒素含量的统计差异(p<0.05)
       本研究将乳酸菌发酵芥末提取物作为一种天然的玉米穗生物储备液。体外抑菌试验表明,植物乳杆菌发酵的YM提取物对镰刀菌的抑菌效果最好。
       结果表明,发酵后的YM提取物能有效降低FB1和FB2含量达90%以上。由于消费者要求减少农药的使用以保存作物,建议使用植物乳杆菌TR71的YM发酵提取物是一种可持续的解决方案,可以减少真菌毒素污染的发生率,从而提高玉米穗的食品安全。最后,我们建议在不同的真菌污染物的田间应用,以评估其避免不同真菌毒素产生的能力。
        进一步的研究应利用这种生物保存与不同的屏障技术,如温度控制,水活度,其他天然化合物的应用,或改性大气包装。使用一种或几种屏障可能会提高作物质量,将伏马毒素的产量降低到检测不到的水平。


全文链接:https://doi.org/10.3390/toxins14020080
 



 

文稿:陈丽        编辑:上官国莲       审核:马艳玲