乳酸菌发酵剂生物工程技术

赵爽，杜佳，徐光曙

沈阳娃哈哈食品有限公司

乳酸菌是一类微生物,其可以通过代谢乳糖而产生乳酸，从而使发酵产品的pH值降低。乳杆菌属、乳球菌属、双歧杆菌属、明串珠菌属、链球菌属和片球菌属都包含有乳酸菌这类微生物，在乳产品发酵的生产实践中，除片球菌外其他提及的各属乳酸菌均得到了广泛的应用。自从人类首次食用发酵乳产品以来，其已经成为了人们日常饮食的一部分，这类产品包括酸牛奶、干酪、发酵稀奶油等各式各样的发酵乳制品。如今，这一技术已经被广泛用于确定发酵剂特性和改进发酵剂特性。随着乳酸菌发酵剂生物工程技术的不断深入发展，其将会有更广阔的应用前景。

1.乳品发酵工业中生物工程技术的应用

乳品发酵工业中应用的生物工程技术主要包括采用分子手段进行噬菌体抗性菌株的育种，干酪风味和质构的增强，风味缺陷的控制，益生素、食品级酶、异源蛋白质、生物胶、细菌素及其它天然抗生素的生产，冷敏感型发酵剂以及适用于低脂肪乳制品的发酵剂的选育等方面。本文着重进行以下几方面应用的探讨：

1.1噬菌体抗性

噬菌体通常使乳制品发酵风味不良，更甚者使其在嗜温发酵乳和干酪的生产中不能发酵，从而给乳品企业造成巨大损失。因此，乳酸菌生物工程技术的一个中心课题就是乳酸菌的噬菌体抗性研究。现代生物工程技术经过多年研究，在乳酸菌发酵中已经能够有力抵御噬菌体的进攻。目前的技术主要是干扰噬菌体对细胞的吸附、修饰、限制、流产感染和利用反义核糖核酸（RNA）等，通过这些技术对噬菌体的污染进行防治，从而有效控制乳制品发酵过程中污染的噬菌体。基因工程技术为抗噬菌体菌株的育种提供了乐观的前景。

1.2细菌素

乳酸菌细菌素实质上是蛋白质，因其具有良好的物理化学性质和抑菌特性，且容易被胃酶降解，因此可以作为防腐剂，目前细菌素nisin和microgard作为防腐剂已经被用于乳食品生产中，其中，nisin的作用是控制芽孢生成菌的生长、延长乳制品的货架期，microgard的作用是抑制革兰氏阴性菌和真菌。对于抑菌谱狭窄的细菌素可以通过蛋白质生物工程技术进行拓宽，还可以通过生物工程技术对细菌素的染色体DNA进行编码、克隆和测序以及对细菌素进行基因分离鉴定等，因此，随着生物工程技术的发展，细菌素这一天然防腐剂在乳制品工业中的应用将会更加广泛。

1.3异源蛋白质

异源蛋白质的生产是生物工程技术最为成功的应用之一，它是在宿主菌中表达出真核或原核细胞的基因，而生产出异源蛋白质。研究发现，生产异源蛋白质的适宜菌是乳酸菌，目前通过生物工程技术已经在其中表达的基因有枯草芽孢杆菌的中性蛋白酶、鸡蛋白溶菌酶、以及牛皱胃酶等。

1.4加速干酪的成熟

干酪成熟期长，因此加速其成熟对降低冷藏和库存费用是具有重要意义的。随着基因工程的发展，通过基因修饰乳酸菌可以实现加速干酪成熟的目的，而且还能够得到具有抗噬菌体能力的菌株。

2.生物工程育种的途径

生物工程育种的途径主要有结合作用、原生质体融合技术、电穿孔法以及基因传递系统，具体为：

2.1结合作用

乳酸菌的乳糖发酵能力转移首次报道于1979年，Kempler等研究发现，乳球菌的接合作用可以证实质粒DNA的接合作用以及染色体的编码特性。也有研究表明，利用接合作用能够有效提高乳酸乳球菌的噬菌体抗性。

2.2原生质体融合技术

原生质体融合技术可以将细菌素产生、快速产酸特性以及良好的风味等优良菌株性状接合在同一菌株中，是构建杂合微生物的有效工具，也是构建高蛋白质表达水平突变体的最为有效的方法。利用杂合微生物则能够提高发酵制品的特性以及开发新的产品。

2.3电穿孔法

随着乳酸菌生物工程技术的发展，重组DNA技术已经日趋成熟，通过这一技术可以精确改变乳酸菌的生理特性，从而为乳品发酵提供优良的菌株，但是，在细菌转化上则需要具有可靠性的方法，因此，电穿孔发应运而生，成为近年来最富有前景的转化方法，电穿孔法还可以在不同属的菌株之间进行电转化，而且转化率也可以同原生质体转化率相媲美。

2.4基因传递系统

构建基因递送系统随着乳酸菌转化系统的发展已成必然,载体大致可以分为试验用和食品级两类。食品级载体因安全性需要，不可使用抗生素抗性基因作为选择性标记，因此，乳酸菌中编码细菌素产生、免疫性的基因或糖类利用是适合的食品级基因递送系统的选择性标记。Kondo等在乳酸菌的克隆试验中使用了载体，也有研究者构建了基于乳球菌隐蔽性质粒的载体，还有一些研究人员通过载体研究促进了异源DNA在乳酸菌中的克隆和外源蛋白质在乳酸菌中的表达。

3.结束语

近年来，乳酸菌生物工程技术取得了较大进步，乳酸菌生物工程技术已经由对乳球菌的研究，逐渐扩展到对乳杆菌和双歧杆菌通的研究，过对乳酸菌重要的生物化学代谢途径的阐明、基因转移和递送系统的发现和纯化、基因的表达和分泌信号的确定，以及对一些重要基因的序列分析、定位，使得乳制品发酵工业进入了一个新的时代，为广大消费者提供了更加安全、更加可口、更加健康的发酵乳制品。

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