利用分子生物学研究乳杆菌菌种在食品工业上的运用

郭建军

(郑州财税金融职业学院，郑州 450048)

乳酸菌(lactic acid bacteria，LAB)是能利用发酵碳水化合物产生大量乳酸的一类细菌的总称，其主要特征为无芽孢且革兰氏染色呈阳性[1]。乳酸菌在自然界分布广泛、种类繁多，多以球状或者杆状形式存在[2,3]。根据代谢途径与最终产物的不同可将乳酸菌分为同型乳酸发酵、异型乳酸发酵和兼性异型乳酸发酵3种[4]。目前在分类系统学上，乳酸菌包括约40个属，超过600多种[5]；其中人们认知度较高、被广泛地运用在食品、医药等领域的乳酸菌主要隶属于乳杆菌属(Lactobacillus)、明串珠菌属(Leuconostoc)、片球菌属(Pediococcus)、链球菌属(Streptococcus)、双歧杆菌属(Bifidobacterium)、肠球菌(Enterococcus)和乳球菌属(Lactococcus)等。乳酸菌不仅能改善制品的风味，提高制品的营养，而且具有调节胃肠道菌群、增加消化功能、增强免疫力、防癌、抗癌、抑菌、降低胆固醇、改善肝功能和延缓衰老等作用，是公认的安全微生物之一[6]。

1 乳酸菌在食品工业上的应用

乳酸菌在食品工业上应用广泛。在发酵酸奶和乳制品行业中，常用于酸奶发酵的乳酸菌有保加利亚乳杆菌(德氏乳杆菌亚种)、嗜热链球菌、双歧杆菌、植物乳杆菌等[7,8]，通过乳酸菌的发酵不仅能增加乳品的风味、改善口感，而且能提高营养价值[9]。乳酸菌在果蔬方面的应用主要包括三类：泡菜的制作、防腐和果蔬乳酸菌饮料的制作[10-14]。在酿酒领域中，明珠串球菌能降低葡萄酒的酸度，增加酒香和果香，可使葡萄酒产生特殊的口感。在啤酒酿造过程中，乳酸菌利用麦芽汁发酵产生的乳酸，能改变酿造用水的酸度，提高啤酒的生物稳定性，同时乳酸菌也能抑制有害菌的生长，保持啤酒的新鲜度。除此之外，乳酸菌在调味品、肉制品和谷物制品等方面的应用也比较广泛[15,16]。

2 乳酸菌中乳杆菌属的分类与应用

乳杆菌属(LactobacillusBeijerinck，1901)隶属于厚壁菌门(Firmicutes)、芽孢杆菌纲(Bacilli)、乳杆菌目(Lactobacillales)、乳杆菌科(Lactobacillaceae)，目前共含200余种，占乳酸菌总数的1/3以上。根据16S rRNA基因的系统发育分析，魏宇欣构建了含200个乳杆菌种的系统发育树，并将乳酸杆菌属划分为10个大的系统发育分支。目前在食品中常用的乳杆菌属中的物种见表1。

表1 在食品中常用的乳杆菌物种Table 1 The list of species of Lactobacillus commonly used in food

续 表

3 乳杆菌属中可用于食品工业的物种系统发育分析

本文基于王阶平等对乳酸菌的系统分类概况以及魏宇欣等所建立的乳杆菌属的系统发育树，并结合在食品工业上应用较广泛的乳杆菌物种，初步分析了用于食品工业上的乳杆菌物种的分类和其在系统发育树中的分布情况。

相关乳杆菌物种的16S rRNA序列从NCBI (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/)网站上下载，外类群为Oenccoccusceni(JCM 6125)。所下载序列使用MAFFT进行比对[29]，并用BioEdit v.7.0.4软件对序列进行手动调整后[30]，采用最大似然法(maximum likelihood)对序列进行分析、建树[31,32]。系统发育树使用FigTree v1.4.3和Adobe Illustrator CC2017进行编辑，图中仅显示大于或等于75的支持率。文中所用序列的相关信息见表2。

表2 乳杆菌物种信息Table 2 The information of Lactobacillus species

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由图1可知，被广泛用于食品工业上的乳杆菌物种并没有集聚到某一分支，而是近乎均匀地分布在乳杆菌属的所有分支中。依据此结果，可初步推测该属下的其他物种也可能在食品领域、禽畜饲养和医药领域等具有潜在的利用价值。

图1 乳杆菌物种的系统发育树Fig.1 The phylogenetic tree of Lactobacillus spp.

4 展望

乳酸菌是一类对人类有益的菌群，现已被广泛地应用在各类食品中，乳酸菌的生理功能和酿造特点在食品工业上发挥了重要的作用。利用乳酸菌发酵加工的制品有乳制品、发酵干酪制品、肉制品、果蔬制品、豆类制品以及酒类等，涉及广泛。作为乳酸菌重要的组成部分，乳杆菌属含200多个物种，占乳酸菌总数的1/3以上，目前在食品工业上应用的乳杆菌菌种约有30种，经乳杆菌物种发酵的食品，不仅改善了食品原有的风味，而且提高了食品的营养价值，对人机体具有很好的保健作用。未来对乳酸菌在食品业上的研究可利用其发酵的优势和特点，研究开发更多的新型产品；同时也应结合分子生物学技术等对乳酸菌进行精准的鉴定、检测等，并确保其安全性。此外，乳酸菌所产生的胞外多糖具有增强机体免疫、抗癌、防癌、降血脂等多种生物学功能，因此相关的乳酸菌制品可结合这一特点研发出具有保健功能的产品。