近年來，我國益生菌產(chǎn)業(yè)不斷涌現(xiàn)高水平的學(xué)術(shù)研究成果，創(chuàng)新技術(shù)也層出不窮，為我國益生菌產(chǎn)業(yè)的發(fā)展持續(xù)注入新的科學(xué)動力。我國益生菌科技與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新有哪些技術(shù)儲備，其未來發(fā)力點又在哪里？12月23日，由中國食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會主辦，伊利集團支持的“2022年益生菌科技與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新論壇”以線上的方式舉辦。來自浙江大學(xué)、上海理工大學(xué)、中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院、同濟大學(xué)附屬第十人民醫(yī)院、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)院、清華大學(xué)、北京東方紅航天生物技術(shù)股份有限公司、伊利集團等科技界及產(chǎn)業(yè)界的專家學(xué)者及企業(yè)代表展開深入交流，共探益生菌產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展之路。論壇由浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品學(xué)院何國慶教授和中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院副院長姚粟共同主持。
我國益生菌產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)三大特征
隨著腸道菌群科學(xué)研究的逐步深入，加上新冠疫情背景下大眾對益生菌的需求進一步放大，全球益生菌市場蓬勃發(fā)展。從區(qū)域市場情況看來，亞太地區(qū)益生菌消費規(guī)模占全球規(guī)模高。中國食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會常務(wù)副理事長邵薇在致辭中表示，益生菌行業(yè)作為我國新興產(chǎn)業(yè)的典型代表，是我國食品工業(yè)培育發(fā)展新動能，推進健康中國建設(shè)的重要著力點。
邵薇表示，經(jīng)過二十余年的發(fā)展，益生菌產(chǎn)業(yè)已頗具規(guī)模，呈現(xiàn)三大特征：一是益生菌的諸多技術(shù)瓶頸在高校及企業(yè)的合力推動下被逐一破解，在確保我國益生菌供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定的同時，邁出國門、走向世界。二是在食品工業(yè)健康升級的大背景下，益生菌與食品工業(yè)對接融合處于最佳時機，應(yīng)用類別趨于多元化，從乳制品逐漸向果蔬制品、休閑食品等產(chǎn)品類別、延伸。三是我國益生菌標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)與監(jiān)管體現(xiàn)基本與國際保持同步，菌種標(biāo)準(zhǔn)體系不斷完善，滿足了行業(yè)發(fā)展的基本需求。
邵薇指出，從我國益生菌行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的生動實踐中，我們能夠愈加清晰地認(rèn)識到，行業(yè)健康發(fā)展的根本，在于創(chuàng)新引領(lǐng)與科技賦能。對益生菌功效的探索和評價是一個嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的長期過程，并非一蹴而就，需重視對菌種的科技投入，不斷提升產(chǎn)品的科技內(nèi)涵。當(dāng)前我國已建立起龐大的專利菌種庫，越來越多的優(yōu)秀國產(chǎn)菌種轉(zhuǎn)化應(yīng)用并產(chǎn)生良好的經(jīng)濟和社會效益。從目前來看，中國益生菌市場已經(jīng)進入價值回歸階段，消費者的購買行為更加理性。基于此，益生菌產(chǎn)業(yè)應(yīng)更加重視益生菌相關(guān)產(chǎn)品量效關(guān)系的確證，關(guān)注產(chǎn)品的全生命周期，讓更多優(yōu)質(zhì)益生菌產(chǎn)品助力消費者健康。邵薇還提醒，得益于益生菌產(chǎn)業(yè)前期良好的消費者教育，我國消費者對益生菌的認(rèn)知水平較高，然而科普是一項長期的系統(tǒng)性工作，行業(yè)應(yīng)主在營銷與推廣產(chǎn)品時高度自律，少一些“夸大宣傳”，多一些“嚴(yán)謹(jǐn)專業(yè)”，同時加大科普投入，共同營造良好的行業(yè)發(fā)展氛圍。
伊利集團總裁助理云戰(zhàn)友博士在致辭中表示，伊利集團始終堅持走益生菌自主創(chuàng)新研發(fā)之路，先后前往新疆、西藏及河北等多個省份，收集傳統(tǒng)發(fā)酵食品、母乳、嬰幼兒糞便等各種樣本，持續(xù)開展新菌株的分離和篩選工作。伊利與國內(nèi)多家高校及科研機構(gòu)合作研發(fā)出以乳雙歧桿菌BL-99為代表的一系列益生菌，目前所研發(fā)的菌株共獲得15項授權(quán)發(fā)明專利，并應(yīng)用到多款產(chǎn)品中。多年來，伊利致力于推動國產(chǎn)益生菌的高質(zhì)量發(fā)展。不斷強化益生菌專家生態(tài)圈體系、支持跨領(lǐng)域、交叉學(xué)科人才、科研隊伍合作，加強基礎(chǔ)創(chuàng)新實力，產(chǎn)出自主創(chuàng)新的成果；注重益生菌應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化，益生菌的研究要基于菌株水平開發(fā)，以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范益生菌在產(chǎn)品端的應(yīng)用轉(zhuǎn)化；充分聯(lián)動產(chǎn)學(xué)研各界，開展益生菌的科普宣傳工作。云戰(zhàn)友表示，下一步，伊利將加強益生菌的品牌打造，重視品牌價值，將多元化的科學(xué)成果以簡單、易懂的形式傳遞給消費者，不斷滿足消費者日益增長的健康需求。
優(yōu)質(zhì)益生菌要實現(xiàn)精準(zhǔn)開發(fā)
中國農(nóng)業(yè)大學(xué)營養(yǎng)與健康研究院郝彥玲教授圍繞“優(yōu)質(zhì)益生菌精準(zhǔn)開發(fā)與應(yīng)用”作了報告。郝彥玲認(rèn)為，優(yōu)質(zhì)益生菌的精準(zhǔn)開發(fā)，一是要精準(zhǔn)到菌株層面，由于不同菌株來源于不同的生態(tài)，經(jīng)過長期的適應(yīng)環(huán)境和進化，導(dǎo)致基因組上的基因丟失和突變。二是要有精準(zhǔn)的環(huán)境，即使同一菌株在不同的環(huán)境中進行培養(yǎng)，由于基因表達不同，其益生特性也會有所不同。菌株在實驗室的不同條件下馴化可發(fā)生基因的突變和重排。
那么，益生菌又是如何發(fā)揮益生特性？郝彥玲介紹，根據(jù)目前研究結(jié)果，當(dāng)人體攝入益生菌以后，益生菌就會產(chǎn)生一些抑菌類物質(zhì)，例如，乳酸和細(xì)菌素能夠抑制病原菌生長。乳酸菌還可以通過在腸道定植，抑制腸道病原微生物生長和繁殖。一些益生菌不僅能夠刺激腸上皮細(xì)胞，分泌黏液，同時也能夠加強緊密連接蛋白的結(jié)構(gòu)，從而改善腸道屏障功能，進而緩解炎癥。近些年的研究發(fā)現(xiàn)，一些益生菌能夠產(chǎn)生神經(jīng)遞質(zhì)類物質(zhì)，也有一些益生菌能夠刺激腸道上皮細(xì)胞，通過影響腸腦軸進而影響到人體的神經(jīng)系統(tǒng)。
對益生菌進行研究最終是要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。伊利集團創(chuàng)新中心益生菌研究中心總監(jiān)洪維鍊博士介紹了專利菌株的應(yīng)用與創(chuàng)新轉(zhuǎn)化。洪維鍊談到，伊利長期致力于開展益生菌的本土研究，目前已搭建基于菌株篩選、功能評價、菌粉研發(fā)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的四個益生菌研發(fā)平臺，將以中國母乳和嬰幼兒來源的菌株為核心，致力于本土好菌的開發(fā)與應(yīng)用轉(zhuǎn)化。乳雙歧桿菌BL-99是伊利推出的第一株自主研發(fā)專利菌株。目前，伊利自主知識產(chǎn)權(quán)菌株已經(jīng)廣泛應(yīng)用于低溫發(fā)酵乳、奶酪棒、冰淇淋、固體飲料等全品類產(chǎn)品。
聚焦不同人群的腸道微生態(tài)研究
維持腸道微生態(tài)平衡對老年人的健康具有重要意義。同濟大學(xué)附屬第十人民醫(yī)院臨床營養(yǎng)科主任韓婷圍繞“腸道微生態(tài)與老年健康”作了報告。她認(rèn)為，長壽人群腸道菌群豐度和多樣性處于明顯優(yōu)勢狀態(tài)。腸道微生態(tài)和老年便秘、早老性癡呆等密切相關(guān)，采用微生態(tài)調(diào)節(jié)治療效果顯著。韓婷分析，老年人群容易發(fā)生腸道微生態(tài)失調(diào)的原因，一是衰老這一和年齡相關(guān)的生理性改變。二是不當(dāng)飲食，如高脂飲食、少纖維飲食。三是不良的生活方式，如久坐、不愛運動、吸煙及飲酒等。“腸道微生態(tài)干預(yù)慢性病的作用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)認(rèn)知。”韓婷指出，老年人群在衰老過程中處于一種慢性炎癥的狀態(tài)，腸道菌群失衡的結(jié)果，造成腸道免疫調(diào)節(jié)失衡，進而引發(fā)炎癥。在老年人群的腸道中，具有抗炎作用的柔嫩梭菌減少，而促炎菌增加。通過調(diào)節(jié)腸道菌群進行干預(yù)，能減少炎性衰老，改善免疫功能，降低老年人患癌癥的風(fēng)險。
嬰兒生命早期是腸道菌群定植的鍵時期，而在這一時期，母乳是0-14月齡兒腸道菌群變化的最關(guān)鍵因素。清華大學(xué)萬科公共衛(wèi)生與健康學(xué)院助理教授趙艾介紹了母乳微生態(tài)與嬰幼兒健康研究進展。趙艾指出，現(xiàn)在進行母乳研究時，早已不把母乳僅僅當(dāng)作一種食物來源，而是當(dāng)作一個體系來對待。母乳是一個微生態(tài)體系，是促進嬰兒腸道菌群的超級食物。母乳中不僅含有乳鐵蛋白等抗菌成分，而且還含有超過200種的母乳低聚糖、超過700種的細(xì)菌。在母嬰配對研究中發(fā)現(xiàn)，母乳菌群對嬰兒腸道菌會產(chǎn)生直接作用。母乳HMOs會對腸道菌群產(chǎn)生直接影響，HMOs可阻止病原體對腸黏膜細(xì)胞的粘附。母乳脂肪酸對腸道目標(biāo)益生菌也會產(chǎn)生直接影響。
趙艾建議，應(yīng)當(dāng)將母乳作為生態(tài)體系進行研究，將乳母營養(yǎng)、健康納入母乳微生態(tài)研究，同時還要對成分間的聯(lián)合作用與母乳微生態(tài)的關(guān)系進行深入研究。
為益生菌研究打開跨界新視角
空間誘變技術(shù)將空間技術(shù)與現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合,已成為具有中國特色的、重要的生物技術(shù)手段，目前主要被用于微生物制藥及植物新品種培育。那么，空間誘變技術(shù)能被用來改良菌株嗎？“空間誘變技術(shù)并不神秘，實際上是對常規(guī)物理誘變技術(shù)的擴展。但因為空間環(huán)境的特殊性，所以在研究中仍具有一些特殊的優(yōu)勢。利用空間誘變技術(shù)可以改良菌株。”北京東方紅航天生物技術(shù)股份有限公司執(zhí)行副總裁龐欣研究員在“航天技術(shù)與菌種研發(fā)：機遇和挑戰(zhàn)”的報告中指出，空間環(huán)境中最主要的突變因素有兩點：輻射及微重力。空間環(huán)境導(dǎo)致生物材料的DNA突變，進而引起生物體代謝及形態(tài)學(xué)改變。目前已經(jīng)應(yīng)用空間誘變技術(shù)研究了一些菌株。如紫紅曲霉菌經(jīng)過空間誘變后，菌株生長明顯變快。又如赤芝，相比于出發(fā)菌株，誘變菌株菌絲更加濃密、整齊，長勢快。
龐欣指出，未來，重點需要解決的問題主要有：明確空間誘變菌株的安全性評價方法，尤其是食品級的菌株，保障食品安全；明確誘變機理，提高誘變效率；防止誘變菌種退化，提高生產(chǎn)效率。
上海理工大學(xué)健康科學(xué)與工程學(xué)院院長艾連中教授介紹了益生菌生物工程技術(shù)的研究進展。艾連中指出，解析益生菌的作用機制，良好的基因編輯工具是重要的前提。傳統(tǒng)基因編輯耗時長，步驟多，且基因編輯效率低，因此需要構(gòu)建益生菌高效基因編輯系統(tǒng)。目前，已構(gòu)建了植物乳桿菌、干酪乳桿菌、嗜熱鏈球菌等菌種的CRISPR-Cas9系統(tǒng)。研究顯示，CRISPR系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)了單基因的同框缺失和插入、基因的連續(xù)敲除及多元基因的弱化表達，且提高了編輯效率，解決了傳統(tǒng)基因編輯手段耗時長，操作復(fù)雜的缺點。在益生菌異源表達功能活性成分研究方面，艾連中以乳酸菌異源生產(chǎn)番茄紅素為例進行了介紹。他表示，番茄紅素是一種類胡蘿卜素C40萜類化合物，具有較強抗氧化性和提高免疫力等功效，已廣泛應(yīng)用于食品和化妝品等行業(yè)。乳酸菌自身不能合成番茄紅素，但存在合成萜類前體MVA途徑。在研究中通過重構(gòu)番茄紅素合成途徑，優(yōu)化后GZQ12番茄紅素產(chǎn)量達1.448 毫克/升，較優(yōu)化前提高20%。艾連中表示，益生菌功能還可以向工程化益生菌延伸，如通過功能基因的優(yōu)化與調(diào)控，對益生菌的功能進行強化。此外，還可利用工程益生菌遞送CRISPR-Cas系統(tǒng)，實現(xiàn)腸道微生物精準(zhǔn)編程。
論壇上，主辦方還特別設(shè)置了圓桌對話環(huán)節(jié)，來自食品、公共衛(wèi)生、航天育種等多個領(lǐng)域的多位專家學(xué)者圍繞“新階段益生菌行業(yè)的革新與現(xiàn)代化之路”的主題分享了各自的觀點和看法。浙江大學(xué)何國慶教授總結(jié)指出，21世紀(jì)是生物經(jīng)濟的世紀(jì)，益生菌行業(yè)作為生物產(chǎn)業(yè)的典型代表，從新生到蛻變，市場規(guī)模持續(xù)快速增大，菌種種類不斷增多，應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，益生菌產(chǎn)業(yè)體系初步形成，一大批優(yōu)秀專家與企業(yè)家成為行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的重要力量。展望新階段，機遇與挑戰(zhàn)并存，希望益生菌行業(yè)不斷聚集科技的力量堅韌前行，把發(fā)展進步的命運牢牢掌握在自己的手中，錨定益生菌產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的目標(biāo)，風(fēng)雨無阻不斷前行。