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        乳酸菌發(fā)酵劑生物工程技術(shù)

        2014-07-23 14:30:34趙爽杜佳徐光曙
        科學(xué)中國人 2014年22期
        關(guān)鍵詞:發(fā)酵劑噬菌體乳制品

        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(yīng)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?nèi)粘o嬍车囊徊糠?,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(shù)已經(jīng)被廣泛用于確定發(fā)酵劑特性和改進(jìn)發(fā)酵劑特性。隨著乳酸菌發(fā)酵劑生物工程技術(shù)的不斷深入發(fā)展,其將會有更廣闊的應(yīng)用前景。

        1.乳品發(fā)酵工業(yè)中生物工程技術(shù)的應(yīng)用

        乳品發(fā)酵工業(yè)中應(yīng)用的生物工程技術(shù)主要包括采用分子手段進(jìn)行噬菌體抗性菌株的育種,干酪風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)的增強(qiáng),風(fēng)味缺陷的控制,益生素、食品級酶、異源蛋白質(zhì)、生物膠、細(xì)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(jìn)行以下幾方面應(yīng)用的探討:

        1.1噬菌體抗性

        噬菌體通常使乳制品發(fā)酵風(fēng)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(shù)的一個中心課題就是乳酸菌的噬菌體抗性研究?,F(xiàn)代生物工程技術(shù)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(jìn)攻。目前的技術(shù)主要是干擾噬菌體對細(xì)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(shù)對噬菌體的污染進(jìn)行防治,從而有效控制乳制品發(fā)酵過程中污染的噬菌體?;蚬こ碳夹g(shù)為抗噬菌體菌株的育種提供了樂觀的前景。

        1.2細(xì)菌素

        乳酸菌細(xì)菌素實質(zhì)上是蛋白質(zhì),因其具有良好的物理化學(xué)性質(zhì)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(xì)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(xì)菌素可以通過蛋白質(zhì)生物工程技術(shù)進(jìn)行拓寬,還可以通過生物工程技術(shù)對細(xì)菌素的染色體DNA進(jìn)行編碼、克隆和測序以及對細(xì)菌素進(jìn)行基因分離鑒定等,因此,隨著生物工程技術(shù)的發(fā)展,細(xì)菌素這一天然防腐劑在乳制品工業(yè)中的應(yīng)用將會更加廣泛。

        1.3異源蛋白質(zhì)

        異源蛋白質(zhì)的生產(chǎn)是生物工程技術(shù)最為成功的應(yīng)用之一,它是在宿主菌中表達(dá)出真核或原核細(xì)胞的基因,而生產(chǎn)出異源蛋白質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn),生產(chǎn)異源蛋白質(zhì)的適宜菌是乳酸菌,目前通過生物工程技術(shù)已經(jīng)在其中表達(dá)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(fèi)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(jié)合作用、原生質(zhì)體融合技術(shù)、電穿孔法以及基因傳遞系統(tǒng),具體為:

        2.1結(jié)合作用

        乳酸菌的乳糖發(fā)酵能力轉(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)體融合技術(shù)

        原生質(zhì)體融合技術(shù)可以將細(xì)菌素產(chǎn)生、快速產(chǎn)酸特性以及良好的風(fēng)味等優(yōu)良菌株性狀接合在同一菌株中,是構(gòu)建雜合微生物的有效工具,也是構(gòu)建高蛋白質(zhì)表達(dá)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(shù)的發(fā)展,重組DNA技術(shù)已經(jīng)日趨成熟,通過這一技術(shù)可以精確改變?nèi)樗峋纳硖匦?,從而為乳品發(fā)酵提供優(yōu)良的菌株,但是,在細(xì)菌轉(zhuǎn)化上則需要具有可靠性的方法,因此,電穿孔發(fā)應(yīng)運(yùn)而生,成為近年來最富有前景的轉(zhuǎn)化方法,電穿孔法還可以在不同屬的菌株之間進(jìn)行電轉(zhuǎn)化,而且轉(zhuǎn)化率也可以同原生質(zhì)體轉(zhuǎn)化率相媲美。

        2.4基因傳遞系統(tǒng)

        構(gòu)建基因遞送系統(tǒng)隨著乳酸菌轉(zhuǎn)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(biāo)記,因此,乳酸菌中編碼細(xì)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(biāo)記。Kondo等在乳酸菌的克隆試驗中使用了載體,也有研究者構(gòu)建了基于乳球菌隱蔽性質(zhì)粒的載體,還有一些研究人員通過載體研究促進(jìn)了異源DNA在乳酸菌中的克隆和外源蛋白質(zhì)在乳酸菌中的表達(dá)。

        3.結(jié)束語

        近年來,乳酸菌生物工程技術(shù)取得了較大進(jìn)步,乳酸菌生物工程技術(shù)已經(jīng)由對乳球菌的研究,逐漸擴(kuò)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(xué)代謝途徑的闡明、基因轉(zhuǎn)移和遞送系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)和純化、基因的表達(dá)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(jìn)入了一個新的時代,為廣大消費(fèi)者提供了更加安全、更加可口、更加健康的發(fā)酵乳制品。

        [1]譚歡,周傳云.制備濃縮型乳酸菌發(fā)酵劑的研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代食品科技,2005,21(4):112-114.

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