[01663422]高活性乳酸菌发酵剂创制关键技术及应用

乳酸菌不仅对发酵食品品质有着非常重要的影响，而且本身还具有重要的健康作用。但是中国食品用乳酸菌发酵剂产业起步较晚，特别是市场主流产品直投式乳酸菌发酵剂几乎被国外垄断，主要原因是缺乏精准筛选手段，优质菌株难以获得；缺乏功能精准解析技术，乳酸菌功能机制不清；缺乏高效制备技术及关键装备，难以产业化。该项目在国家自然科学基金、“973”计划课题等项目支持下，通过对乳酸菌选育体系、制备工艺及制造装备等研究，形成了高活性乳酸菌发酵剂精准筛选、高效制备、装备制造及产业化应用关键技术等重要发明。主要技术发明如下： 1、解析了乳酸菌功能机制，发明了乳酸菌精准靶向筛选技术，获得功能明确乳酸菌：①首次建立乳酸菌CRISPR-Cas9高通量多元基因高效编辑平台，基因敲除效率由2％提升至65％以上，基因敲除周期由20d缩短至9d；②从基因水平以及宿主互作角度解析了乳酸菌合成胞外多糖、同化胆固醇、抗氧化、缓解炎症等功能机制；发现乳酸菌活性胞外多糖7种、新型细菌素4种，完成结构解析、量效、构效关系研究；③发明了乳酸菌基因组学以及分子机制精准靶向筛选技术，显著提高筛选效率。获得89株具有自主知识产权优质乳酸菌，14株获发明专利授权。 2、发明了乳酸菌发酵剂高效制备关键技术，创制高效制备设备：①发明了乳酸菌高密度发酵关键技术，通过微滤膜连续发酵，特定营养添加，对数变速补料，活菌数达10¹⁰cfu/mL以上；②首次发现乳酸菌冻干存活率控制靶点细胞膜C18：1，发明了乳酸菌冻干预处理关键技术，实现冷冻干燥存活率达92％以上；③发明了乳酸菌微滤膜浓缩-液氮深冷造粒-冷冻干燥制备技术，冻干菌活菌数达10¹²cfu/g，其中发明的实时压力及露点变化乳酸菌冻干结束点控制技术，冻干时间缩短4-5h，发明的乳酸菌液氮造粒-冷冻干燥技术，冻干时间进一步缩短20h以上；④创制了乳酸菌微滤膜浓缩-液氮深冷造粒-冷冻干燥连续制备系统，实现制备全自动化，其中发明的用于时间压力法分装及cip-sip的通断阀，实现了在线清洗灭菌；发明的乳酸菌全自动翻板冷冻干燥机，实现板层利用率100％。研发上市高活性工业用直投式发酵剂13种。 3、发明了乳酸菌发酵剂应用关键技术，创制新型乳酸菌发酵食品：①发明了乳酸菌活性代谢产物调控关键技术，开发富含活性代谢产物乳酸菌饮料等4种；②发明了乳酸菌高活性保持关键技术，保质期内活菌数保持在10⁷cfu/g以上，开发了富含活菌的发酵乳制品18种；③发明了乳酸菌生物酶解关键技术，开发富含活性肽等功能因子的发酵谷物等植物资源产品4种。 项目获中国授权发明专利55项，国际专利1项，实用新型专利3项；主编及参编专著8部，发表论文182篇，SCI收录93篇；项目整体水平达到国际先进水平。项目成果在上海东富龙、君乐宝乳业、河北一然生物、扬州扬大康源乳业等企业产业化应用，2017-2019年累计新增产值88.36亿元，利润3.98亿元，打破了国外对中国乳酸菌发酵剂菌种与制备关键技术的双重垄断，增强了企业核心竞争力，对促进行业科技进步和健康发展具有重要而深远的意义。