探析乳酸菌及其生物工程研究新进展

余劲松

摘   要：社会发展是经济发展、人民幸福的基础与前提，我国经历了农业、工业、信息经济时代，目前，正处于信息技术经济时代，该时代最明显的表现就是技术引领社会发展。生物工程技术是当代新型技术的代表，其成果用于食品、轻工、制药等领域效果显著。围绕乳酸菌具体介绍了乳酸菌相关内容，从技术与应用两个角度综述了当代乳酸菌及其生物工程的最新研究，以供参考。

关键词：乳酸菌;生物工程;革兰氏阳性细菌

能够使用的微生物细菌被统称为乳酸菌，人们在生活中最容易也最频繁接触到的乳酸菌非酸奶莫属。乳酸菌在奶制品行业占有重要地位，随着科技的发展，基于生物工程产生了大量可有效使用乳酸菌的技术，极大地提升了相关产业的产品质量与产量。乳酸菌具有极高的价值，除了在生产方面作用显著，乳酸菌对人体健康也十分有益，尤其生产的食品多属于功能性食品，例如，干酪、蔬菜汁、酸木薯等，对机体生理功能均能够起到补充作用，因此，有必要對其进行研究。

1    乳酸菌

乳酸菌是从可发酵碳水化合物中获取的大量性质为革兰氏阳性细菌的乳酸的通用名称。乳酸菌在食品、物料、人体等临床对象中广泛存在，主要表现为野生菌株，因此，研究一般在安全性防范与保障方面。许多研究者，如生物学家、病理学家、遗传学家等，都十分重视利用生物工程技术生产新菌种，以保障乳酸菌的安全性，促进食品、轻工等行业的发展，获取经济、社会效益[1]。

虽然我国生物工程技术起步晚于发达国家，但是经过科研人员的努力，目前，我国生物工程技术已经取得了诸多成果。在此背景下，许多生物工程衍生技术也渐渐显现出来，为人们带来了诸多便利。例如，乳酸旋光性测定技术将乳酸进一步细化，将其分成乳杆菌属、双歧杆菌属等多种类别。乳酸菌在一般情况下与其他菌类之间存在明显差异性，具体如下：第一，乳酸菌具有清洁肠道、抗菌效用，将其添加到奶制品中可以改良奶制品的营养成分，提高人体摄入营养成分的量，长期食用此类奶制品还有利于降低胆固醇。第二，食用乳酸菌，具有提高人体免疫力、抗衰老等作用。由此可见，乳酸菌益处良多，可以帮助人们塑造健康体魄。

2    乳酸菌及其生物工程研究新进展

2.1  技术研究

生物工程技术的应用帮助相关人士成功培育了菌种，且相关方法众多，例如，电穿孔法、基因送递系统等。具体而言：（1）电穿孔法，在生物工程技术有所发展后才出现，目前，发展相对成熟，能够改良乳酸菌特征，提高菌种品质。应用该技术的关键是微生物之间、菌杆之间的转化，需要保持较高的电转化效率，该方法如今广泛应用在各大生产领域。（2）原生质体融合法，能够促使性质优良的菌株与具有密切关联性的菌株结合，能够提高培育乳酸菌菌种的成功率，同时，提高菌种质量[2]。此外，应用该技术还可以增强乳制品的发酵能力，实现基因重组，在一定程度上扩大了乳酸菌的使用范围。（3）基因送递系统，直接作用在基因重组方面，这也是最新的研究成果，是未来乳酸菌发展的重要方向，应用该系统的重点在于安全问题，生产不同种类食品需要根据食品性质设计科学、合理的应用方案，以保证食品安全。（4）接合技术，在遗传、生化研究方面具有显著价值。以乳球菌为例，在社会生产实践中有诸多与乳球菌相关的产品，例如，乳糖、细菌素生成等。接合技术能够突破DNA重组的障碍，构建大量优良乳酸菌。有报道表示，乳糖发酵、生成细菌素等期间均出现了明显的接合现象，进一步研究发现，采用接合技术可以生产大量乳酸，实现基因的顺利转移，总之，该技术也属于生物工程的重要技术。

在实际生产活动中，运用生物工程的方法多种多样，以奶制品生产为例，发酵奶制品如若口味不佳，则对消费者缺少吸引力，此时会导致企业销售业绩不良，影响企业利润，在发酵过程中运用生物工程技术加以干预，可以阻碍噬菌体吸附菌种，让奶制品保持较高风味。比如，干酪成熟时间通常较长，在成熟期对其进行冷藏干预会增加企业生产成本，而为了保证其成熟，还需要尽可能降低成本，就需要采用加快成熟速度这一方法[3]。运用生物工程技术，即在干酪中加入蛋白酶，通过霉菌作用即可加快成熟速度，还能够增强菌种的抗噬能力，防止其受到污染，降低干酪品质。

2.2  应用研究

2.2.1  细菌素

从本质上来看，可以把乳酸菌细菌素纳入到蛋白质范畴，具有容易被降解、抑菌效果佳等特性，此外，还可以作为防腐剂使用。例如，nisin与microgard。nisin属于乳酸亚种分泌出的肽，能够抑制诸多革兰氏阳性菌以及一些革兰氏阴性菌。20世纪50年代普遍用于乳制品、罐头食品等方面，如今，nisin已经被批准用于干酪抗菌方面。研究者表示除了将其当作防腐剂使用，nisin还具有治疗牛乳房炎的效果。microgar在抑制革兰氏阴性菌方面具有良好效果，在美国乡村干酪存储期间应用广泛。此外，其还具有防止干酪表层腐败的效果。在定点突变作用下，细菌素抑菌谱能够有效延展，目前，nisin已经实现了克隆与测序。许多细菌素现已定位在了质粒或者座子上，极大地便利了转移。有报道表示，使用结合技术建立快产酸活力能够生成乳酸乳球菌亚种，将其用于发酵过程中，可以提高产品的安全性，且不会降低产品质量。随着细菌素的发展，未来其会作为天然防腐剂普遍应用在食品防腐中。

2.2.2  异源性蛋白质

现代生物工程的重要技术之一即为易源性蛋白质技术，将易源性DNA作用在人体上，即可实现人体内部的易源性蛋白质表达。具体而言，微生物自身组织结构相对简单，因此，不会发生排斥。在乳酸菌发酵期间使用该技术可以提高易源性蛋白质表达量，帮助人们获得其目标表达的蛋白质，同时，提高乳制品质量。

2.2.3  特殊酶乳酸菌

乳酸菌具有极高的生产效益，应用价值显著：（1）体现在乳酸菌可以生成一般微生物能够生成的全部酶系。（2）体现在乳酸菌还可以生成特殊酶系，例如，有机酸酶系、分解脂肪酶系、降胆固醇酶系等。酶不仅能够促进乳酸菌发酵，作用于人体还可以保持肠道清洁，保障人体健康。

目前，极具特殊性的乳酸菌为双歧因子，具有生成双歧杆菌的功能，并与常规乳酸菌不同，其特殊在能够生成特殊酶，例如，双歧杆菌能够生成果糖-6-磷酸酮酶，被广泛用于葡萄糖中。现有研究表示，如今存在促进N-末端氨基酸分解的乳酸菌，利用生物工程技术将此类乳酸菌投入到生产食品过程中能够促进食品成熟，还能够降低部分食品中的胆固醇含量。

2.2.4  耐氧性乳酸菌

乳酸菌普遍是厌氧菌或者兼性厌氧菌，即只有在少氧或者厌氧的条件下才能够成长，例如，双歧杆菌必须在完全厌氧条件下才能够生长，增加了实验、生产的困难度，也提高了食品、医药等运输、存储等的成本[4]。运用生物技术联系生化、遗传等进行分析，進而探究乳酸菌机理，增强其耐氧性。

以分子为视角，需氧菌、厌氧菌以及兼性厌氧菌的分类主要根据菌对氧的反应度。以遗传、生化为视角，厌氧菌活性较小，部分厌氧菌可以短时间处于含氧环境中。有学者以20多种微生物研究了超氧化物歧化酶以及过氧化氢酶，主要测定了二者的含量，结果表示有8种微生物兼有2种酶，在存在氧气的环境下，这些酶能够抵抗毒害。有学者测定了10种厌氧菌，发现歧化酶活性极低，有的难以测定，同时，抵抗毒害能力低。上述相关研究表示，生物工程技术作用于歧化酶能够增强其耐氧性。现如今，已经运用该技术获得了耐氧性能更好的乳酸菌。

2.2.5  食用性乳酸菌

乳酸菌中存在大量可食用的物质，具体包括乳酸、丁二酮、丙酮等。以酸奶为例，酸奶的味道主要源于乙醛，而乙醛主要来自乳酸菌，因此，不同乳酸菌产生的乙醛差异明显。具体而言，在生物工程技术支持下，想要生产最大量乙醛优选保加利亚乳酸菌，该乳酸菌不但能够脱氢酶，还能够积累乙醛。此外，还可以利用氨基酸代谢的方法获取乙醛，例如，使用苏氨酸酶，将其分解为乙醛与氨酸，目前，针对该反应，有学者提出把苏氨酸添加到奶制品中，以获取芳香风味奶制品。比如，丁二酮与发酵黄油的味道具有高度关联性，可以将柠檬酸转为丁二酮。此外，乳酸菌黏性也十分重要，现有研究表示乳脂链球菌、瑞士乳酸菌等均能够提高黏性，因此，在选择多糖物质时可以选择上述乳酸菌。

2.2.6  定植性乳酸菌

定植的前提是黏附，在黏附的基础上，乳酸菌才能够定植于机体肠道中。定植能够增强人体内微生物的繁殖能力，进而提高人体抵御致病菌的能力。乳酸菌是增强定植的重要生物群，理论界又称其为定植抗力因子。具体而言，在黏附素辅助下乳酸菌可以与肠道内的黏膜细胞有效结合，定植于其表面，进而形成屏障。若该屏障受到抗生素打击，出现破坏，人体就丧失了抵御病菌侵袭的能力或者出现耐药性，导致肠道内部丧失平衡性，此时使用乳酸菌可以恢复肠道平衡，治愈疾病。易位常常被视为细菌或者细菌的产物，例如，内毒素从主要指肠腔内部向外部转移，易位源于人体肠道、呼吸道等位置，这些位置的细菌出现少量向外部转移的情况，因为数量较少，在宿主免疫机制作用下通常不会成功转移。但是若转移量过大，就可能损坏附近组织，例如，肠道细菌大量转移，损坏肠黏膜，导致肠道内部丧失平衡，定植能力减弱，致使阴性菌侵入肠道，并大量繁殖、传播，引发感染。研究者发现可以使用乳酸菌，达到下述效果：第一，阻碍致病菌侵入;第二，给予肠道营养支持，促进肠道屏障修复;第三，提高人体吞噬细胞的活力，进而强化人体抵抗病菌的能力;第四，抑制致病菌的大量繁殖。

3    结语

21世纪以来，乳酸菌及其生物工程技术有了长足发展，目前，研究人员已经由研究最初的乳球菌发展到了研究乳杆菌、双歧杆菌等，重视探索为消费者提供更加安全的发酵食品。可以说，乳酸菌与人们的日常生活密切相关，对其进行研究是利国利民的重要事情，想要使其在社会、经济发展中做出贡献，就必须加大研究力度，不断完善与发展技术。

[参考文献]

[1]白艳苹，侯艳茹，侯普馨，等.乳酸菌调控骨骼肌线粒体生物发生的机制研究进展[J].食品科学，2020（2）：1-11.

[2]刘臣亮.乳酸菌饮料生产废水生物处理工艺实例分析[J].能源环境保护，2019，33（4）：28-32.

[3]孙梦桐，林  洋，白凤翎，等.海洋湿地环境中拮抗水产品腐败菌的乳酸菌筛选与鉴定[J].食品工业科技，2018，39（15）：102-107.

[4]杨维杰.乳酸菌及其生物工程研究新进展[J].山东工业技术，2016（21）：140.