探析乳酸菌及其生物工程研究新進展

余勁松

摘? ?要：社會發(fā)展是經(jīng)濟發(fā)展、人民幸福的基礎(chǔ)與前提，我國經(jīng)歷了農(nóng)業(yè)、工業(yè)、信息經(jīng)濟時代，目前，正處于信息技術(shù)經(jīng)濟時代，該時代最明顯的表現(xiàn)就是技術(shù)引領(lǐng)社會發(fā)展。生物工程技術(shù)是當代新型技術(shù)的代表，其成果用于食品、輕工、制藥等領(lǐng)域效果顯著。圍繞乳酸菌具體介紹了乳酸菌相關(guān)內(nèi)容，從技術(shù)與應用兩個角度綜述了當代乳酸菌及其生物工程的最新研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：乳酸菌;生物工程;革蘭氏陽性細菌

能夠使用的微生物細菌被統(tǒng)稱為乳酸菌，人們在生活中最容易也最頻繁接觸到的乳酸菌非酸奶莫屬。乳酸菌在奶制品行業(yè)占有重要地位，隨著科技的發(fā)展，基于生物工程產(chǎn)生了大量可有效使用乳酸菌的技術(shù)，極大地提升了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量。乳酸菌具有極高的價值，除了在生產(chǎn)方面作用顯著，乳酸菌對人體健康也十分有益，尤其生產(chǎn)的食品多屬于功能性食品，例如，干酪、蔬菜汁、酸木薯等，對機體生理功能均能夠起到補充作用，因此，有必要對其進行研究。

1? ? 乳酸菌

乳酸菌是從可發(fā)酵碳水化合物中獲取的大量性質(zhì)為革蘭氏陽性細菌的乳酸的通用名稱。乳酸菌在食品、物料、人體等臨床對象中廣泛存在，主要表現(xiàn)為野生菌株，因此，研究一般在安全性防范與保障方面。許多研究者，如生物學家、病理學家、遺傳學家等，都十分重視利用生物工程技術(shù)生產(chǎn)新菌種，以保障乳酸菌的安全性，促進食品、輕工等行業(yè)的發(fā)展，獲取經(jīng)濟、社會效益[1]。

雖然我國生物工程技術(shù)起步晚于發(fā)達國家，但是經(jīng)過科研人員的努力，目前，我國生物工程技術(shù)已經(jīng)取得了諸多成果。在此背景下，許多生物工程衍生技術(shù)也漸漸顯現(xiàn)出來，為人們帶來了諸多便利。例如，乳酸旋光性測定技術(shù)將乳酸進一步細化，將其分成乳桿菌屬、雙歧桿菌屬等多種類別。乳酸菌在一般情況下與其他菌類之間存在明顯差異性，具體如下：第一，乳酸菌具有清潔腸道、抗菌效用，將其添加到奶制品中可以改良奶制品的營養(yǎng)成分，提高人體攝入營養(yǎng)成分的量，長期食用此類奶制品還有利于降低膽固醇。第二，食用乳酸菌，具有提高人體免疫力、抗衰老等作用。由此可見，乳酸菌益處良多，可以幫助人們塑造健康體魄。

2? ? 乳酸菌及其生物工程研究新進展

2.1? 技術(shù)研究

生物工程技術(shù)的應用幫助相關(guān)人士成功培育了菌種，且相關(guān)方法眾多，例如，電穿孔法、基因送遞系統(tǒng)等。具體而言：（1）電穿孔法，在生物工程技術(shù)有所發(fā)展后才出現(xiàn)，目前，發(fā)展相對成熟，能夠改良乳酸菌特征，提高菌種品質(zhì)。應用該技術(shù)的關(guān)鍵是微生物之間、菌桿之間的轉(zhuǎn)化，需要保持較高的電轉(zhuǎn)化效率，該方法如今廣泛應用在各大生產(chǎn)領(lǐng)域。（2）原生質(zhì)體融合法，能夠促使性質(zhì)優(yōu)良的菌株與具有密切關(guān)聯(lián)性的菌株結(jié)合，能夠提高培育乳酸菌菌種的成功率，同時，提高菌種質(zhì)量[2]。此外，應用該技術(shù)還可以增強乳制品的發(fā)酵能力，實現(xiàn)基因重組，在一定程度上擴大了乳酸菌的使用范圍。（3）基因送遞系統(tǒng)，直接作用在基因重組方面，這也是最新的研究成果，是未來乳酸菌發(fā)展的重要方向，應用該系統(tǒng)的重點在于安全問題，生產(chǎn)不同種類食品需要根據(jù)食品性質(zhì)設計科學、合理的應用方案，以保證食品安全。（4）接合技術(shù)，在遺傳、生化研究方面具有顯著價值。以乳球菌為例，在社會生產(chǎn)實踐中有諸多與乳球菌相關(guān)的產(chǎn)品，例如，乳糖、細菌素生成等。接合技術(shù)能夠突破DNA重組的障礙，構(gòu)建大量優(yōu)良乳酸菌。有報道表示，乳糖發(fā)酵、生成細菌素等期間均出現(xiàn)了明顯的接合現(xiàn)象，進一步研究發(fā)現(xiàn)，采用接合技術(shù)可以生產(chǎn)大量乳酸，實現(xiàn)基因的順利轉(zhuǎn)移，總之，該技術(shù)也屬于生物工程的重要技術(shù)。

在實際生產(chǎn)活動中，運用生物工程的方法多種多樣，以奶制品生產(chǎn)為例，發(fā)酵奶制品如若口味不佳，則對消費者缺少吸引力，此時會導致企業(yè)銷售業(yè)績不良，影響企業(yè)利潤，在發(fā)酵過程中運用生物工程技術(shù)加以干預，可以阻礙噬菌體吸附菌種，讓奶制品保持較高風味。比如，干酪成熟時間通常較長，在成熟期對其進行冷藏干預會增加企業(yè)生產(chǎn)成本，而為了保證其成熟，還需要盡可能降低成本，就需要采用加快成熟速度這一方法[3]。運用生物工程技術(shù)，即在干酪中加入蛋白酶，通過霉菌作用即可加快成熟速度，還能夠增強菌種的抗噬能力，防止其受到污染，降低干酪品質(zhì)。

2.2? 應用研究

2.2.1? 細菌素

從本質(zhì)上來看，可以把乳酸菌細菌素納入到蛋白質(zhì)范疇，具有容易被降解、抑菌效果佳等特性，此外，還可以作為防腐劑使用。例如，nisin與microgard。nisin屬于乳酸亞種分泌出的肽，能夠抑制諸多革蘭氏陽性菌以及一些革蘭氏陰性菌。20世紀50年代普遍用于乳制品、罐頭食品等方面，如今，nisin已經(jīng)被批準用于干酪抗菌方面。研究者表示除了將其當作防腐劑使用，nisin還具有治療牛乳房炎的效果。microgar在抑制革蘭氏陰性菌方面具有良好效果，在美國鄉(xiāng)村干酪存儲期間應用廣泛。此外，其還具有防止干酪表層腐敗的效果。在定點突變作用下，細菌素抑菌譜能夠有效延展，目前，nisin已經(jīng)實現(xiàn)了克隆與測序。許多細菌素現(xiàn)已定位在了質(zhì)?；蛘咦由?，極大地便利了轉(zhuǎn)移。有報道表示，使用結(jié)合技術(shù)建立快產(chǎn)酸活力能夠生成乳酸乳球菌亞種，將其用于發(fā)酵過程中，可以提高產(chǎn)品的安全性，且不會降低產(chǎn)品質(zhì)量。隨著細菌素的發(fā)展，未來其會作為天然防腐劑普遍應用在食品防腐中。

2.2.2? 異源性蛋白質(zhì)

現(xiàn)代生物工程的重要技術(shù)之一即為易源性蛋白質(zhì)技術(shù)，將易源性DNA作用在人體上，即可實現(xiàn)人體內(nèi)部的易源性蛋白質(zhì)表達。具體而言，微生物自身組織結(jié)構(gòu)相對簡單，因此，不會發(fā)生排斥。在乳酸菌發(fā)酵期間使用該技術(shù)可以提高易源性蛋白質(zhì)表達量，幫助人們獲得其目標表達的蛋白質(zhì)，同時，提高乳制品質(zhì)量。

2.2.3? 特殊酶乳酸菌

乳酸菌具有極高的生產(chǎn)效益，應用價值顯著：（1）體現(xiàn)在乳酸菌可以生成一般微生物能夠生成的全部酶系。（2）體現(xiàn)在乳酸菌還可以生成特殊酶系，例如，有機酸酶系、分解脂肪酶系、降膽固醇酶系等。酶不僅能夠促進乳酸菌發(fā)酵，作用于人體還可以保持腸道清潔，保障人體健康。

目前，極具特殊性的乳酸菌為雙歧因子，具有生成雙歧桿菌的功能，并與常規(guī)乳酸菌不同，其特殊在能夠生成特殊酶，例如，雙歧桿菌能夠生成果糖-6-磷酸酮酶，被廣泛用于葡萄糖中?，F(xiàn)有研究表示，如今存在促進N-末端氨基酸分解的乳酸菌，利用生物工程技術(shù)將此類乳酸菌投入到生產(chǎn)食品過程中能夠促進食品成熟，還能夠降低部分食品中的膽固醇含量。

2.2.4? 耐氧性乳酸菌

乳酸菌普遍是厭氧菌或者兼性厭氧菌，即只有在少氧或者厭氧的條件下才能夠成長，例如，雙歧桿菌必須在完全厭氧條件下才能夠生長，增加了實驗、生產(chǎn)的困難度，也提高了食品、醫(yī)藥等運輸、存儲等的成本[4]。運用生物技術(shù)聯(lián)系生化、遺傳等進行分析，進而探究乳酸菌機理，增強其耐氧性。

以分子為視角，需氧菌、厭氧菌以及兼性厭氧菌的分類主要根據(jù)菌對氧的反應度。以遺傳、生化為視角，厭氧菌活性較小，部分厭氧菌可以短時間處于含氧環(huán)境中。有學者以20多種微生物研究了超氧化物歧化酶以及過氧化氫酶，主要測定了二者的含量，結(jié)果表示有8種微生物兼有2種酶，在存在氧氣的環(huán)境下，這些酶能夠抵抗毒害。有學者測定了10種厭氧菌，發(fā)現(xiàn)歧化酶活性極低，有的難以測定，同時，抵抗毒害能力低。上述相關(guān)研究表示，生物工程技術(shù)作用于歧化酶能夠增強其耐氧性。現(xiàn)如今，已經(jīng)運用該技術(shù)獲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質(zhì)，具體包括乳酸、丁二酮、丙酮等。以酸奶為例，酸奶的味道主要源于乙醛，而乙醛主要來自乳酸菌，因此，不同乳酸菌產(chǎn)生的乙醛差異明顯。具體而言，在生物工程技術(shù)支持下，想要生產(chǎn)最大量乙醛優(yōu)選保加利亞乳酸菌，該乳酸菌不但能夠脫氫酶，還能夠積累乙醛。此外，還可以利用氨基酸代謝的方法獲取乙醛，例如，使用蘇氨酸酶，將其分解為乙醛與氨酸，目前，針對該反應，有學者提出把蘇氨酸添加到奶制品中，以獲取芳香風味奶制品。比如，丁二酮與發(fā)酵黃油的味道具有高度關(guān)聯(lián)性，可以將檸檬酸轉(zhuǎn)為丁二酮。此外，乳酸菌黏性也十分重要，現(xiàn)有研究表示乳脂鏈球菌、瑞士乳酸菌等均能夠提高黏性，因此，在選擇多糖物質(zhì)時可以選擇上述乳酸菌。

2.2.6? 定植性乳酸菌

定植的前提是黏附，在黏附的基礎(chǔ)上，乳酸菌才能夠定植于機體腸道中。定植能夠增強人體內(nèi)微生物的繁殖能力，進而提高人體抵御致病菌的能力。乳酸菌是增強定植的重要生物群，理論界又稱其為定植抗力因子。具體而言，在黏附素輔助下乳酸菌可以與腸道內(nèi)的黏膜細胞有效結(jié)合，定植于其表面，進而形成屏障。若該屏障受到抗生素打擊，出現(xiàn)破壞，人體就喪失了抵御病菌侵襲的能力或者出現(xiàn)耐藥性，導致腸道內(nèi)部喪失平衡性，此時使用乳酸菌可以恢復腸道平衡，治愈疾病。易位常常被視為細菌或者細菌的產(chǎn)物，例如，內(nèi)毒素從主要指腸腔內(nèi)部向外部轉(zhuǎn)移，易位源于人體腸道、呼吸道等位置，這些位置的細菌出現(xiàn)少量向外部轉(zhuǎn)移的情況，因為數(shù)量較少，在宿主免疫機制作用下通常不會成功轉(zhuǎn)移。但是若轉(zhuǎn)移量過大，就可能損壞附近組織，例如，腸道細菌大量轉(zhuǎn)移，損壞腸黏膜，導致腸道內(nèi)部喪失平衡，定植能力減弱，致使陰性菌侵入腸道，并大量繁殖、傳播，引發(fā)感染。研究者發(fā)現(xiàn)可以使用乳酸菌，達到下述效果：第一，阻礙致病菌侵入;第二，給予腸道營養(yǎng)支持，促進腸道屏障修復;第三，提高人體吞噬細胞的活力，進而強化人體抵抗病菌的能力;第四，抑制致病菌的大量繁殖。

3? ? 結(jié)語

21世紀以來，乳酸菌及其生物工程技術(shù)有了長足發(fā)展，目前，研究人員已經(jīng)由研究最初的乳球菌發(fā)展到了研究乳桿菌、雙歧桿菌等，重視探索為消費者提供更加安全的發(fā)酵食品?？梢哉f，乳酸菌與人們的日常生活密切相關(guān)，對其進行研究是利國利民的重要事情，想要使其在社會、經(jīng)濟發(fā)展中做出貢獻，就必須加大研究力度，不斷完善與發(fā)展技術(shù)。

[參考文獻]

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[2]劉臣亮.乳酸菌飲料生產(chǎn)廢水生物處理工藝實例分析[J].能源環(huán)境保護，2019，33（4）：28-32.

[3]孫夢桐，林? 洋，白鳳翎，等.海洋濕地環(huán)境中拮抗水產(chǎn)品腐敗菌的乳酸菌篩選與鑒定[J].食品工業(yè)科技，2018，39（15）：102-107.

[4]楊維杰.乳酸菌及其生物工程研究新進展[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（21）：140.