乳酸菌发酵剂生物工程技术的研究

乳酸菌,其属于一类微生物,通过代谢乳糖方式产生乳酸,能够促使发酵产品pH值降低,在乳球菌属、明串球菌属、乳杆菌属、双歧杆菌属、链球菌属及片球菌属中均含有乳酸菌微生物,除片球菌属外,以上菌属在发酵乳生产中获得广泛应用。随着发酵乳产品的发展,其已经成为人们日常饮食的重要部分,发酵乳制品逐渐发展为酸牛奶、干酪、发酵稀奶油等多种形式。应用乳酸菌发酵剂生物工程技术,能够有效提高发酵乳制品安全性、可口性及健康性。本文重点对乳品发酵工业中生物工程技术的应用及生物工程育种进行探索。

1 乳品发酵工业中生物工程技术的实际应用分析 随着生物工程技术的不断发展,其在乳品发酵工业中的应用越发广泛,具体应用主要表现在以下方面:噬菌体抗性菌株分子育种、干酪风味及质构增强、提高干酪成熟速度、生产细菌素及生物胶、控制风味缺陷、生产食品级酶、异源蛋白质生产、降低干酪棕色化、发展冷敏感型发酵剂及发展低脂肪乳制品发酵剂等。本文以噬菌体抗性、细菌素、增加干酪成熟速度及异源蛋白质生产为重点,对生物工程技术在乳品发酵工业的应用进行分析。

1.1 噬菌体抗性 噬菌体的存在,多会给乳品发酵业带来一定损失,其容易导致发酵风味不良,严重则会带来不发酵问题,尤其是针对干酪生产及嗜温发酵乳。产酸慢乳酸菌与中温性乳球菌其在生产中十分容易受到噬菌体影响。为此,进行乳酸菌噬菌体抗研究成为了乳酸菌生物工程技术发展的重要课题。为解决噬菌体污染问题,传统作业所采取的方法为:进行发酵剂系统轮换应用、对发酵剂进行无菌增殖、采取分离的噬菌体抗性菌株、应用抗噬菌体培养基以及保障生产卫生环境等。虽然采取这些方法能够实现对噬菌体污染的控制,但其并没有解决噬菌体污染及增值的根本问题。随着基因工程技术的发展,为噬菌体抗性乳球菌构建提供了技术支撑。通过应用生物工程技术,切实防治噬菌体污染及增值问题。当前,其技术研究主要集中于干扰噬菌体对细胞吸附、限制及修饰、流产感染、应用反义RNA技术等实现噬菌体污染防治。如通过应用循环不同限制及修饰机理与流产性抗性机理,进行抗噬菌体菌株构建,实现了培养基中污染的噬菌体有效控制。

1.2 细菌素 乳酸菌细菌素从本质上而言,其属于蛋白质,将其作为防腐剂,容易被胃酶讲解,存在着良好的抑菌特性及理化特性。其中较为典型的nisin及microgard在乳食品作为防腐剂应用较为广泛。Nisin属于乳酸乳球菌乳酸亚种所分泌的一种肽,这种肽对部分革兰氏阴性菌与多数革兰氏阳性菌存在着良好的抑制作用。在20世纪50年代后期,Nisin在延长乳制品及罐头食品货架期,控制芽胞生成菌生长等方面发挥着重要作用,FDA将批准Nisin细菌素作为融化干酪抗菌剂。Nisin在作为食品防腐剂之外,其还被应用于医疗领域,如作为医疗制剂健用于牛炎治疗等。Microgard属于一种抑制真菌及革兰氏阴性菌的细菌素,但这种细菌素对革兰氏阳性菌不存在抑制作用。在美国,其所生产的Microgard细菌素溶液在保存乡村干酪领域应用十分广泛,同时,Microgard还可以对干酪表皮腐败进行控制。 应用定点突破作用,通过蛋白质生物工程技术,能够实现细菌素抑菌谱拓宽。当前,已经实现了Nisin细菌素生成相关基因的克隆及测序,定位于绕色体DNA中的编码其他乳酸菌细菌素基因,实现了克隆及测序。通过生物工程技术,将细菌素基因于结合质粒及转座子上进行定位,通过基因转移技术,将其基因转移到其他微生物之中。如Broadbent及Kondo通过结合作用,进行快产酸活力Nisin构建,并产生菌乳酸乳球菌乳油亚种,并将其应用于发酵剂之中,有效提高了食品安全性。随着细菌素与细菌素控制合成等生物工程技术的进步,细菌素其作为天然防腐剂,在食品防腐领域将会获得更为广泛的应用。

1.3 增加干酪成熟速度 干酪实际成长期较长,进行干酪冷藏与库存,其成本较高,如何增加干酪成熟速度,是干酪研究与发展的重要课题。增加干酪成熟速度,传统的操作方法主要为:掺入肽酶、蛋白酶、脂肪酶等。当前,则可以通过应用基因工程修饰的乳酸菌增加干酪成熟速度。基因工程研究以乳酸菌基因修饰为重点,能够获取具备抗噬菌体且增加干酪成熟速度的菌株。如通过蛋白质分解隐形乳酸菌菌株、乳糖代谢阴性乳酸菌菌株以提高干酪成熟速度。

1.4 异源蛋白质生产 通过生物工程技术,实现原核细胞基因或真核细胞基因在宿主菌中进行表现,从而进行异源蛋白质生产,其技术成功在医药工业及乳制品工业中获得广泛应用。