乳酸菌發(fā)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(chǎn)生乳酸，從而使發(fā)酵產(chǎn)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(chǎn)品發(fā)酵的生產(chǎn)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(fā)酵乳產(chǎn)品以來，其已經(jīng)成為了人們日常飲食的一部分，這類產(chǎn)品包括酸牛奶、干酪、發(fā)酵稀奶油等各式各樣的發(fā)酵乳制品。如今，這一技術已經(jīng)被廣泛用于確定發(fā)酵劑特性和改進發(fā)酵劑特性。隨著乳酸菌發(fā)酵劑生物工程技術的不斷深入發(fā)展，其將會有更廣闊的應用前景。

1.乳品發(fā)酵工業(yè)中生物工程技術的應用

乳品發(fā)酵工業(yè)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(chǎn)，冷敏感型發(fā)酵劑以及適用于低脂肪乳制品的發(fā)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(fā)酵風味不良，更甚者使其在嗜溫發(fā)酵乳和干酪的生產(chǎn)中不能發(fā)酵，從而給乳品企業(yè)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。現(xiàn)代生物工程技術經(jīng)過多年研究，在乳酸菌發(fā)酵中已經(jīng)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(chǎn)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(fā)酵過程中污染的噬菌體。基因工程技術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(jīng)被用于乳食品生產(chǎn)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(fā)展，細菌素這一天然防腐劑在乳制品工業(yè)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(chǎn)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(chǎn)出異源蛋白質。研究發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)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(jīng)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(fā)展，通過基因修飾乳酸菌可以實現(xiàn)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(tǒng)，具體為：

2.1結合作用

乳酸菌的乳糖發(fā)酵能力轉移首次報道于1979年，Kempler等研究發(fā)現(xiàn)，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(chǎn)生、快速產(chǎn)酸特性以及良好的風味等優(yōu)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(fā)酵制品的特性以及開發(fā)新的產(chǎn)品。

2.3電穿孔法

隨著乳酸菌生物工程技術的發(fā)展，重組DNA技術已經(jīng)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(fā)酵提供優(yōu)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(fā)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(tǒng)

構建基因遞送系統(tǒng)隨著乳酸菌轉化系統(tǒng)的發(fā)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(chǎn)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(tǒng)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(jīng)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(tǒng)的發(fā)現(xiàn)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(fā)酵工業(yè)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(fā)酵乳制品。

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