利用分子生物學研究乳桿菌菌種在食品工業(yè)上的運用

郭建軍

(鄭州財稅金融職業(yè)學院，鄭州 450048)

乳酸菌(lactic acid bacteria，LAB)是能利用發(fā)酵碳水化合物產生大量乳酸的一類細菌的總稱，其主要特征為無芽孢且革蘭氏染色呈陽性[1]。乳酸菌在自然界分布廣泛、種類繁多，多以球狀或者桿狀形式存在[2,3]。根據(jù)代謝途徑與最終產物的不同可將乳酸菌分為同型乳酸發(fā)酵、異型乳酸發(fā)酵和兼性異型乳酸發(fā)酵3種[4]。目前在分類系統(tǒng)學上，乳酸菌包括約40個屬，超過600多種[5]；其中人們認知度較高、被廣泛地運用在食品、醫(yī)藥等領域的乳酸菌主要隸屬于乳桿菌屬(Lactobacillus)、明串珠菌屬(Leuconostoc)、片球菌屬(Pediococcus)、鏈球菌屬(Streptococcus)、雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)、腸球菌(Enterococcus)和乳球菌屬(Lactococcus)等。乳酸菌不僅能改善制品的風味，提高制品的營養(yǎng)，而且具有調節(jié)胃腸道菌群、增加消化功能、增強免疫力、防癌、抗癌、抑菌、降低膽固醇、改善肝功能和延緩衰老等作用，是公認的安全微生物之一[6]。

1 乳酸菌在食品工業(yè)上的應用

乳酸菌在食品工業(yè)上應用廣泛。在發(fā)酵酸奶和乳制品行業(yè)中，常用于酸奶發(fā)酵的乳酸菌有保加利亞乳桿菌(德氏乳桿菌亞種)、嗜熱鏈球菌、雙歧桿菌、植物乳桿菌等[7,8]，通過乳酸菌的發(fā)酵不僅能增加乳品的風味、改善口感，而且能提高營養(yǎng)價值[9]。乳酸菌在果蔬方面的應用主要包括三類：泡菜的制作、防腐和果蔬乳酸菌飲料的制作[10-14]。在釀酒領域中，明珠串球菌能降低葡萄酒的酸度，增加酒香和果香，可使葡萄酒產生特殊的口感。在啤酒釀造過程中，乳酸菌利用麥芽汁發(fā)酵產生的乳酸，能改變釀造用水的酸度，提高啤酒的生物穩(wěn)定性，同時乳酸菌也能抑制有害菌的生長，保持啤酒的新鮮度。除此之外，乳酸菌在調味品、肉制品和谷物制品等方面的應用也比較廣泛[15,16]。

2 乳酸菌中乳桿菌屬的分類與應用

乳桿菌屬(LactobacillusBeijerinck，1901)隸屬于厚壁菌門(Firmicutes)、芽孢桿菌綱(Bacilli)、乳桿菌目(Lactobacillales)、乳桿菌科(Lactobacillaceae)，目前共含200余種，占乳酸菌總數(shù)的1/3以上。根據(jù)16S rRNA基因的系統(tǒng)發(fā)育分析，魏宇欣構建了含200個乳桿菌種的系統(tǒng)發(fā)育樹，并將乳酸桿菌屬劃分為10個大的系統(tǒng)發(fā)育分支。目前在食品中常用的乳桿菌屬中的物種見表1。

表1 在食品中常用的乳桿菌物種Table 1 The list of species of Lactobacillus commonly used in food

續(xù) 表

3 乳桿菌屬中可用于食品工業(yè)的物種系統(tǒng)發(fā)育分析

本文基于王階平等對乳酸菌的系統(tǒng)分類概況以及魏宇欣等所建立的乳桿菌屬的系統(tǒng)發(fā)育樹，并結合在食品工業(yè)上應用較廣泛的乳桿菌物種，初步分析了用于食品工業(yè)上的乳桿菌物種的分類和其在系統(tǒng)發(fā)育樹中的分布情況。

相關乳桿菌物種的16S rRNA序列從NCBI (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/)網(wǎng)站上下載，外類群為Oenccoccusceni(JCM 6125)。所下載序列使用MAFFT進行比對[29]，并用BioEdit v.7.0.4軟件對序列進行手動調整后[30]，采用最大似然法(maximum likelihood)對序列進行分析、建樹[31,32]。系統(tǒng)發(fā)育樹使用FigTree v1.4.3和Adobe Illustrator CC2017進行編輯，圖中僅顯示大于或等于75的支持率。文中所用序列的相關信息見表2。

表2 乳桿菌物種信息Table 2 The information of Lactobacillus species

續(xù) 表

由圖1可知，被廣泛用于食品工業(yè)上的乳桿菌物種并沒有集聚到某一分支，而是近乎均勻地分布在乳桿菌屬的所有分支中。依據(jù)此結果，可初步推測該屬下的其他物種也可能在食品領域、禽畜飼養(yǎng)和醫(yī)藥領域等具有潛在的利用價值。

圖1 乳桿菌物種的系統(tǒng)發(fā)育樹Fig.1 The phylogenetic tree of Lactobacillus spp.

4 展望

乳酸菌是一類對人類有益的菌群，現(xiàn)已被廣泛地應用在各類食品中，乳酸菌的生理功能和釀造特點在食品工業(yè)上發(fā)揮了重要的作用。利用乳酸菌發(fā)酵加工的制品有乳制品、發(fā)酵干酪制品、肉制品、果蔬制品、豆類制品以及酒類等，涉及廣泛。作為乳酸菌重要的組成部分，乳桿菌屬含200多個物種，占乳酸菌總數(shù)的1/3以上，目前在食品工業(yè)上應用的乳桿菌菌種約有30種，經乳桿菌物種發(fā)酵的食品，不僅改善了食品原有的風味，而且提高了食品的營養(yǎng)價值，對人機體具有很好的保健作用。未來對乳酸菌在食品業(yè)上的研究可利用其發(fā)酵的優(yōu)勢和特點，研究開發(fā)更多的新型產品；同時也應結合分子生物學技術等對乳酸菌進行精準的鑒定、檢測等，并確保其安全性。此外，乳酸菌所產生的胞外多糖具有增強機體免疫、抗癌、防癌、降血脂等多種生物學功能，因此相關的乳酸菌制品可結合這一特點研發(fā)出具有保健功能的產品。