乳酸菌發酵劑生物工程技術

趙爽，杜佳，徐光曙

沈陽娃哈哈食品有限公司

乳酸菌是一類微生物,其可以通過代謝乳糖而產生乳酸，從而使發酵產品的pH值降低。乳桿菌屬、乳球菌屬、雙歧桿菌屬、明串珠菌屬、鏈球菌屬和片球菌屬都包含有乳酸菌這類微生物，在乳產品發酵的生產實踐中，除片球菌外其他提及的各屬乳酸菌均得到了廣泛的應用。自從人類首次食用發酵乳產品以來，其已經成為了人們日常飲食的一部分，這類產品包括酸牛奶、干酪、發酵稀奶油等各式各樣的發酵乳制品。如今，這一技術已經被廣泛用于確定發酵劑特性和改進發酵劑特性。隨著乳酸菌發酵劑生物工程技術的不斷深入發展，其將會有更廣闊的應用前景。

1.乳品發酵工業中生物工程技術的應用

乳品發酵工業中應用的生物工程技術主要包括采用分子手段進行噬菌體抗性菌株的育種，干酪風味和質構的增強，風味缺陷的控制，益生素、食品級酶、異源蛋白質、生物膠、細菌素及其它天然抗生素的生產，冷敏感型發酵劑以及適用于低脂肪乳制品的發酵劑的選育等方面。本文著重進行以下幾方面應用的探討：

1.1噬菌體抗性

噬菌體通常使乳制品發酵風味不良，更甚者使其在嗜溫發酵乳和干酪的生產中不能發酵，從而給乳品企業造成巨大損失。因此，乳酸菌生物工程技術的一個中心課題就是乳酸菌的噬菌體抗性研究?，F代生物工程技術經過多年研究，在乳酸菌發酵中已經能夠有力抵御噬菌體的進攻。目前的技術主要是干擾噬菌體對細胞的吸附、修飾、限制、流產感染和利用反義核糖核酸（RNA）等，通過這些技術對噬菌體的污染進行防治，從而有效控制乳制品發酵過程中污染的噬菌體?；蚬こ碳夹g為抗噬菌體菌株的育種提供了樂觀的前景。

1.2細菌素

乳酸菌細菌素實質上是蛋白質，因其具有良好的物理化學性質和抑菌特性，且容易被胃酶降解，因此可以作為防腐劑，目前細菌素nisin和microgard作為防腐劑已經被用于乳食品生產中，其中，nisin的作用是控制芽孢生成菌的生長、延長乳制品的貨架期，microgard的作用是抑制革蘭氏陰性菌和真菌。對于抑菌譜狹窄的細菌素可以通過蛋白質生物工程技術進行拓寬，還可以通過生物工程技術對細菌素的染色體DNA進行編碼、克隆和測序以及對細菌素進行基因分離鑒定等，因此，隨著生物工程技術的發展，細菌素這一天然防腐劑在乳制品工業中的應用將會更加廣泛。

1.3異源蛋白質

異源蛋白質的生產是生物工程技術最為成功的應用之一，它是在宿主菌中表達出真核或原核細胞的基因，而生產出異源蛋白質。研究發現，生產異源蛋白質的適宜菌是乳酸菌，目前通過生物工程技術已經在其中表達的基因有枯草芽孢桿菌的中性蛋白酶、雞蛋白溶菌酶、以及牛皺胃酶等。

1.4加速干酪的成熟

干酪成熟期長，因此加速其成熟對降低冷藏和庫存費用是具有重要意義的。隨著基因工程的發展，通過基因修飾乳酸菌可以實現加速干酪成熟的目的，而且還能夠得到具有抗噬菌體能力的菌株。

2.生物工程育種的途徑

生物工程育種的途徑主要有結合作用、原生質體融合技術、電穿孔法以及基因傳遞系統，具體為：

2.1結合作用

乳酸菌的乳糖發酵能力轉移首次報道于1979年，Kempler等研究發現，乳球菌的接合作用可以證實質粒DNA的接合作用以及染色體的編碼特性。也有研究表明，利用接合作用能夠有效提高乳酸乳球菌的噬菌體抗性。

2.2原生質體融合技術

原生質體融合技術可以將細菌素產生、快速產酸特性以及良好的風味等優良菌株性狀接合在同一菌株中，是構建雜合微生物的有效工具，也是構建高蛋白質表達水平突變體的最為有效的方法。利用雜合微生物則能夠提高發酵制品的特性以及開發新的產品。

2.3電穿孔法

隨著乳酸菌生物工程技術的發展，重組DNA技術已經日趨成熟，通過這一技術可以精確改變乳酸菌的生理特性，從而為乳品發酵提供優良的菌株，但是，在細菌轉化上則需要具有可靠性的方法，因此，電穿孔發應運而生，成為近年來最富有前景的轉化方法，電穿孔法還可以在不同屬的菌株之間進行電轉化，而且轉化率也可以同原生質體轉化率相媲美。

2.4基因傳遞系統

構建基因遞送系統隨著乳酸菌轉化系統的發展已成必然,載體大致可以分為試驗用和食品級兩類。食品級載體因安全性需要，不可使用抗生素抗性基因作為選擇性標記，因此，乳酸菌中編碼細菌素產生、免疫性的基因或糖類利用是適合的食品級基因遞送系統的選擇性標記。Kondo等在乳酸菌的克隆試驗中使用了載體，也有研究者構建了基于乳球菌隱蔽性質粒的載體，還有一些研究人員通過載體研究促進了異源DNA在乳酸菌中的克隆和外源蛋白質在乳酸菌中的表達。

3.結束語

近年來，乳酸菌生物工程技術取得了較大進步，乳酸菌生物工程技術已經由對乳球菌的研究，逐漸擴展到對乳桿菌和雙歧桿菌通的研究，過對乳酸菌重要的生物化學代謝途徑的闡明、基因轉移和遞送系統的發現和純化、基因的表達和分泌信號的確定，以及對一些重要基因的序列分析、定位，使得乳制品發酵工業進入了一個新的時代，為廣大消費者提供了更加安全、更加可口、更加健康的發酵乳制品。

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