混合联合体的构建及其在牛奶发酵中的潜力

《Applied Food Research》：Construction of a hybrid consortium and its potential in milk fermentation

益生菌在牛奶中的生长受限问题，通过构建Leuconostoc与Lactobacillus混合菌群解决。研究发现传统发酵乳中分离的Leuconostoc mesenteroides BD1710能显著促进Lb. plantarum ST-Ⅲ在牛奶中的生长，形成双向协同机制：BD1710通过产EPS缓解氧气胁迫并促进乳杆菌增殖，而乳杆菌的高效生长又抑制Leuconostoc的过度繁殖。该混合菌群成功应用于脱脂牛奶发酵，使益生菌数量达10^8 CFU/mL，并保持21天储存稳定性，同时改善发酵乳质地。

　　在当今食品科学与微生物工程快速发展的背景下，乳酸菌作为益生菌在食品发酵与人体健康中扮演着越来越重要的角色。然而，尽管乳酸菌在传统发酵食品（TFF）中广泛存在，它们在牛奶等乳制品中的生长却常常受到不利环境因素的限制，如营养成分不足、酸性环境以及氧气压力等。这些问题不仅影响了益生菌在乳制品中的存活率，也制约了其在实际生产中的应用。因此，研究如何改善益生菌在乳制品中的生长，成为当前微生物工程领域的一个重要课题。

传统发酵食品，如酸奶、奶酪、酸菜、泡菜以及发酵奶制品如开菲尔，往往为乳酸菌提供了丰富的微生物群落环境。在这些环境中，乳酸菌能够通过复杂的相互作用实现协同生长，从而提高发酵效率和产品质量。研究发现，某些乳酸菌，如 *Leuconostoc* 和 *Lactobacillus*，在这些传统发酵食品中经常共存，并且表现出积极的相互作用。这种相互作用不仅有助于益生菌的生长，还可能对发酵过程中的代谢产物产生积极影响，从而提升发酵产品的营养价值和健康效益。

基于这一发现，本研究旨在通过构建合成微生物群落，探索 *Leuconostoc* 和 *Lactobacillus* 之间的相互作用，并利用这种相互作用来改善益生菌在牛奶中的生长能力。研究首先对全球范围内的传统发酵食品样本进行了微生物共存分析，结果显示 *Leuconostoc* 对 *Lactobacillus* 具有显著的促进作用。为了验证这一假设，研究团队从传统发酵食品中分离出多个 *Leuconostoc* 菌株，并使用 *Lactiplantibacillus plantarum* ST-Ⅲ 作为测试菌株，通过体外实验进一步确认了 *Leuconostoc* 对 *Lb. plantarum* 的促进作用。实验结果表明，不同来源的 *Leuconostoc* 菌株对 *Lb. plantarum* 的促进效果存在差异，其中来自传统发酵奶制品的 BD1710 菌株表现出最强的促进效果。

为了更有效地利用这一相互作用，研究团队设计了一个混合菌群，由 BD1710（来自传统发酵奶制品的 *Leuconostoc mesenteroides*）和 ST-Ⅲ（来自植物来源的 *Lb. plantarum*）组成。该混合菌群的构建基于对 *Leuconostoc* 和 *Lactobacillus* 相互作用机制的深入理解。通过体外实验和牛奶发酵实验，研究团队验证了该混合菌群在促进 *Lb. plantarum* 生长的同时，也能够维持自身的活性。结果显示，在牛奶发酵过程中，BD1710 有效地促进了 ST-Ⅲ 的生长，而 ST-Ⅲ 的迅速增殖则抑制了 BD1710 的进一步生长。这种双向的相互作用模式表明，BD1710 在初期阶段对 ST-Ⅲ 具有显著的促进作用，而 ST-Ⅲ 的生长环境又会对 BD1710 产生一定的限制。

此外，研究还发现，BD1710 能够产生一种称为胞外多糖（EPS）的物质，这种物质不仅有助于改善发酵奶制品的质地，还能够保护 *Lb. plantarum* 免受氧气压力的影响。EPS 的合成与发酵环境密切相关，特别是在牛奶中，其产生的多糖可以有效缓解氧气对益生菌的负面影响，从而提高益生菌在乳制品中的存活率和活性。这一发现为益生菌在乳制品中的应用提供了新的思路，即通过引入能够产生 EPS 的菌株，可以增强益生菌在发酵过程中的稳定性。

在实际应用方面，研究团队将该混合菌群引入到脱脂牛奶中，成功地制备出富含益生菌的发酵奶制品。通过一系列实验，他们发现这种混合菌群能够在牛奶中实现高效的发酵过程，并且在21天的储存期内，能够维持 ST-Ⅲ 的高存活率，达到 10? CFU/mL 的水平。这一结果不仅表明该混合菌群具有良好的发酵性能，还展示了其在实际生产中的应用潜力。与传统的单一菌株发酵相比，这种混合菌群能够提供更全面的益生功能，包括提高益生菌的存活率、改善发酵产品的质地以及提供额外的代谢产物。

除了对益生菌生长的促进作用，研究还关注了混合菌群在发酵过程中产生的代谢产物及其对产品品质的影响。例如，BD1710 产生的 EPS 多糖能够显著改善发酵奶制品的口感和质地，使其更加接近传统发酵食品的特性。同时，这种多糖还能够提供额外的健康效益，如抗氧化、抗炎和增强免疫功能等。这些发现表明，合成微生物群落不仅能够提高益生菌的生长效率，还能够赋予发酵产品更多的功能性和营养价值。

研究还发现，混合菌群的构建和应用具有广泛的前景。除了在乳制品中的应用，*Leuconostoc* 菌株在奶酪制造中也具有重要作用，能够通过促进风味物质的生成和改善产品的质地，提升奶酪的品质。因此，该混合菌群的潜力不仅限于乳制品，还可能扩展到其他发酵食品领域。此外，随着对微生物群落研究的深入，未来的研究可以进一步探索不同菌株之间的相互作用机制，以及如何优化菌群结构以实现最佳的发酵效果和健康效益。

总的来说，本研究通过构建和验证 *Leuconostoc-Lactobacillus* 混合菌群，为改善益生菌在乳制品中的生长提供了新的策略。这一研究不仅有助于提升发酵产品的品质，还可能为开发新型益生菌发酵产品奠定基础。未来的研究可以进一步探讨这种混合菌群在不同环境条件下的适应性，以及其在食品工业中的应用潜力。通过不断优化和扩展微生物群落的组成，有望实现更加高效、稳定的益生菌发酵过程，从而满足消费者对健康食品日益增长的需求。