乳酸菌生物技术的发展

2016-02-22王丽丽

现代食品 2016年20期

◎ 王丽丽

（吉林城市职业技术学院，吉林长春 130000）

乳酸菌是一类用于乳糖代谢发酵的微生物，可降低发酵产品的pH值。乳酸菌是发酵乳酸微生物的总称，包括链球菌、片球菌、双歧杆菌、明串珠菌、乳球菌和乳杆菌等，除片球菌外的其他微生物均有很广泛的应用。自从人们发现变酸的牛奶味道更佳，这种发酵产物逐渐成为人们生活饮食中不可缺少的一部分，经过几个世纪的发展，越来越多的发酵产物被人们开发出来，目前市场上有各种各样的发酵牛奶、酸牛奶、奶酪等发酵乳制品。随着发酵乳制品在市场上的推广，其产值也越来越高，已达到所有饮料产量的1/5。目前，随着发酵乳制品的生产，人们逐渐发现发酵乳制品质量的提高与发酵用的乳酸菌息息相关。

1 生物工程技术在乳品发酵工业的应用

随着生物工程技术在全球的普及，在乳制品生产中的应用越来越广，发酵工业主要将生物工程技术应用在以下方面：生产低脂肪乳制品、生产冷敏感型发酵剂、降低奶酪棕色化程度、减少异源蛋白质的产生、生产酶、增加乳制品的风味、生产生物胶和细菌素、提高奶酪生产的速度、增强奶酪的结构风味、培育噬菌体分子。本文根据异源蛋白质的生产、奶酪生产的速度，以研究噬菌体的抗性为主要内容对探讨生物科技在乳品发酵行业中的应用。

1.1 噬菌体抗性

在乳制品发酵过程中，若存在大量的噬菌体会给行业带来巨大损失，最终降低乳制品的风味，带来严重的发酵不良问题，特别是干燥的生产过程中要控制噬菌体的量。中温性乳球菌与产酸慢乳酸菌在发酵的过程中也极易受到噬菌体的影响，研究如何抵抗乳酸菌产生噬菌体的主题成为我国乳酸菌生物工程技术发展中最重要的问题。以往我国乳酸菌行业为解决噬菌体污染问题，采取保持生产环境卫生，应用抗菌体培养，分离噬菌体抗性菌株等措施，这些方法可有效控制噬菌体的污染程度，但只能抑制噬菌体的增长，未从源头解决问题。如今我国的生物工程技术越来越强大，已研发出多种彻底控制噬菌体污染的技术。

1.2 细菌素

细菌素是在乳酸菌发酵过程中产生的一种蛋白质，极易被胃蛋白酶分解，是一种防腐剂，有强大的抑菌功能，Nisitl是乳酸菌乳球酸在发酵过程中分泌出的一种细菌素，这种细菌素可有效抑制多数的革兰氏阳性圈和革兰氏阴性菌。

通过研究生物工程技术蛋白质提炼技术，可提高细菌素的抑菌作用。目前我国已实现Nisitl细菌素生成基因的克隆，该技术围绕与染色体DNA中的编码和其他乳酸菌的基因实现克隆。应用基因转移技术将细菌素的基因转移到其他微生物染色体中，再通过生物工程技术定位细菌素的基因结合质粒。随着我国在生物工程技术方面的发展，细菌素控制合成的技术得到提高，细菌素是乳酸菌产生的一种天然的防腐剂，我国将这种天然的防腐剂应用到食品的防腐中。

1.3 增加干酪成熟速度

干酪的成熟速度较慢，导致实际的成长期普遍偏长，在干酪生产过程中要对其进行冷藏，导致企业的生产成本偏高，因此企业都在研究如何增加干酪的成熟速度。传统的企业增加干酪成熟速度主要是通过在乳制品中加入脂肪酶、蛋白酶。如今企业可通过投入应用基因工程改革过的乳酸菌来增加干酪的成长速度。通过基因工程研究乳酸菌的基因修饰，获得拥有抵抗噬菌体增殖的细菌，还能加快干酪成熟的速度，通过分解蛋白质隐形乳酸菌菌株，分解乳糖代谢阴性乳酸菌菌株来提高干酪成熟的速度，减少企业生产干酪的成本。

1.4 异源蛋白质生产

为产生出异源蛋白质，需要通过生物工程技术使宿主菌中的真核细胞基因或原核细胞基因表达，这项技术在乳制品工业和医药工业中被广泛运用。在美国基因工程产品的标准中，在GRAS菌中包括生物工程技术生产出的菌类，它们对人体健康无危害。

2 生物工程育种途径分析

基因传递系统、原生质体融合技术、结合作用与电穿孔法都是生物工程育种的方法，具体如下。

2.1 结合作用

1971年，Kemhler等第一次提出乳糖的乳酸菌具有发酵能力，编码特异性的染色体和结合作用的实质粒DNA可通过乳酸菌的结合作用实现。通过研究得出，可通过结核作用提升乳酸乳球菌噬菌体的抗性。

2.2 原生质体融合技术

原生质体融合技术可使一个菌株同时具有良好的风味、快速生长和产生细菌素等特点，这是有效表达高蛋白质水平突变体的方式，也是构建杂合微生物的有效工具，可应用杂合微生物开发出新的产品和提高发酵品的特性。

2.3 电穿孔法

乳酸菌生物工程技术在不断完善，为得到优良的菌株发酵乳品，需利用乳酸菌特有的生理特性，通过DNA重组技术进行改变，然而，在细菌转化上需要有合理的方法，电穿孔法是近年来最有效的转化方法，可通过电穿孔法转化不同属的菌株，该方法的转化率与原生质体的转化率接近。

2.4 基因传递系统

乳酸菌转化系统的不断发展，使基因传递系统成为必需的载体，选择性标记不可使用抗生素抗性基因，在选择性标记中适合作为食品基因传递系统的有乳酸菌中糖类利用、免疫性的基因、细菌素。Kondo等在克隆乳酸菌实验中运用载体，研究乳酸菌的隐蔽性质粒载体的构建，通过研究载体实现乳酸菌外源蛋白质与克隆乳酸菌中异源DNA的表达。