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科研成果汇总

时间:2017-05-15 16:08来源:本站 作者:Bio149 浏览次数:

    我团队以解决我国乳品工业发展的重大技术需求为目标,紧跟学科发展前沿,立足于中国不同少数民族地区及蒙古国丰富的乳酸菌资源,从乳酸菌菌种资源库的建设、菌种的筛选出发,结合“组学”研究方法集中攻克了一批产业化关键技术,包括直投式乳酸菌发酵剂、发酵乳制品、益生菌饮料等新产品的研发并实现了产业化,取得了显著的经济和社会效益,开创了我国乳酸菌产业的新局面,打破了国外的技术和产品垄断。

    以解决我国乳酸菌产业发展的重大技术需求为目标,从乳酸菌菌种资源库的建设出发,结合“组学”研究方法,创立优良菌株筛选技术和评价体系,攻克乳酸菌高密度发酵等产业化关键技术,实现了乳品发酵剂、益生乳酸菌制剂、动物微生态制剂和青贮发酵剂的产业化,取得了显著的经济和社会效益。

    1. 乳酸菌资源库的建设及生物多样性

    自2001年,从中国、蒙古国、俄罗斯、哈萨克斯坦等国家采集自然发酵乳、泡菜、酸粥、酸面团以及人和动物肠道样品共2,178份,采用生理生化和多种分子标记技术相结合的方法,分离、鉴定、保藏了9个属、78个种和亚种共6,686株乳酸菌,建成了中国最大的具有自主知识产权的乳酸菌菌种资源库。并采用多种分子标记技术和宏基因组相结合的方法系统分析了自然发酵乳制品中乳酸菌多样性,为乳酸菌资源的挖掘提供了基础。

    采用多位点序列分型(MLST)技术,完成了自然发酵乳制品中Lactobacillus bulgaricusLactobacillus caseiStreptococcus thermophilus等10个常见种,1,920株乳酸菌的遗传多样性分析,共鉴定出744个序列型,系统揭示了不同地域传统发酵乳制品中乳酸菌的遗传背景和群体结构,表明自然生态环境在遗传异质性形成过程中扮演着非常重要的角色。采用二代测序技术完成LactobacillusBifidobacteriumLeuconostoc等乳酸菌7个属256个模式菌株基因组精细图谱的绘制,揭示了菌株分化伴随的功能基因进化历程,为优良菌株生产特性相关功能基因的精细定位提供科学依据。
围绕上述研究授权发明专利1项,发表SCI论文35篇,出版专著2发明专利: ZL 2009 1 0250669.5. 专著: 《Lactic Acid Bacteria: Fundamentals and Practice, Springer; 自然发酵乳制品中乳酸菌生物多样性(华夏英才基金学术文库), 科学出版社. SCI论文: Nature Communications. 2015, 6: 8322; Scientific Reports, 2016, DOI: 10.1038/srep22704; Plos One. 2015, 10(2):e0117912; BMC Microbiology, 2015, 15:45; 2014, 14:150; Food Control. 2011, 22(5): 767-774; Journal of Dairy Science. 2016, doi.org/10.3168/jds. 2016-10857; 2016, JDS-15-10825, Accepted; 2014(5): 2633–2645; 2014, 97(10): 6085–6096; 2012.95(3):1064-1072; 2011, 94(7): 3229-3241; 2005, 88 (10): 3402-3410; Journal of Animal Science, 2007, 85: 272-273; Microbiological Research, 2012, 167(2): 110-115; Food Control,2008,19:578-586; Journal of the Science of Food and Agriculture, 2015, 95(10):2007-2015; European Food Research and Technology,2012, 234:927–934; Current Microbiology, 2009, 59(2): 199-205; Annals of Microbiology,2013, 63:1417-1421; Journal of General and Applied Microbiology, 2012, 58, 95-105; 2012,58, 163‒172; 2011, 57: 197-206; 2010, 56: 1-10; 2010, 56: 257-265; 2010, 56: 1-10; 2010, 56: 257-265; 2009, 55 (3): 181-190; Annals of Microbiology, 2015, 65(3):1741-1751; 2008,58(2):213-217; 2009, 59 (3): 493-498;  Folia Microbiol. 2010, 55(3):270-276; Int.J Dairy Techol., 2010, 63(3):437-444; African Journal of Microbiology Research, 2011, 5(29):5284-5291; Milchwissenschaft, 2011, 66 (1): 57-60; Korean J Food Sci Anim Resour 2015, 35(5):683-691.

    2. 乳酸菌基因组学和蛋白质组学的研究

    2008年完成Lactobacillus casei Zhang全基因组序列的测定和蛋白组学的研究,这是我国完成的第一株乳酸菌基因组,同时在国际上首次利用蛋白质组学技术建立了干酪乳杆菌不同生长时期的蛋白表达谱。2009年后陆续完成了B. animalis V9、L. plantarum P-8、L. helveticus H9、 Lactobacillus bulgaricus ND02、Streptococcus thermophilus ND03和Lactobacillus fermentum F-6具有工业化应用价值的6株乳酸菌的基因组学和蛋白质组学研究。基因组学和蛋白质组学的研究不仅填补了我国利用现代“组学”方法系统研究乳酸菌的空白,并对提高我国乳酸菌研究的科技创新能力、自主知识产权乳酸菌品牌的打造和我国乳酸菌产业的发展具有重要意义。

    围绕上述研究授权发明专利8项,发表SCI论文23篇。发明专利:ZL 2007 1 0129939.8; ZL 2007 1 0143906.9; ZL 2009 1 0250674.6; ZL 2010 1 022423.2; ZL 2009 1 02506712; ZL 2009 1 02506731; ZL 2009 1 02506727; ZL 201310396346.3. SCI论文: Molecular and Cellular Proteomics, 2009, 10: 2321-2338; Journal of Bacteriology, 2011, 193:2666-2667; 2010, 192:4080-4081; 2010, 192:5268-5269; 2015, 194:37-38; 2015, 193:41–42; 2015,194:110–111; Journal of Dairy Science, 2015, 98(5):3020-3024; 2014, 97(12):7413-7425; 2013, 96(9):5603–5624; 2010, 93(8):3858-3868; International Journal of Food Microbiology, 2011, 147: 181-187; Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology, 2011, 3:1279-1286; Plasmid, 2008, 60:131-135; Journal of Microbiology and Biotechnology, 2010, 26:1949-1955; International Journal of Dairy Technology, 2009, 62 (2): 272-276; Annals of Microbiology, 2015 65(2): 1171-1175; Folia Microbiol. 2010, 55 (6), 603–606; International Journal of Dairy Technology, 2010, 63 (1): 413-417; Czech Journal of Food Sciences, 2009, 27(1): 49-54; Annals of Microbiology, 2009, 59 (4): 721-726; 2009, 59 (4): 727-731; 2007, 57 (3): 415-418.

    3. 乳酸菌菌株的筛选技术及功能特性的研究

    益生乳酸菌筛选技术和评价体系:以免疫调节、肠道菌群调节、降血脂和降血压等益生功能为指标,采用现代医学和“组学”技术相结合的方法,建立了益生乳酸菌筛选技术和评价体系。筛选出Lactobacillus casei Zhang、Bifidobacterium lactis V9、Lactobacillus plantarum P-8和Lactobacillus helveticus H9等益生乳酸菌。经动物试验和人体试验评价具有显著的免疫调节、肠道菌群调节、降血脂、降血压功能,并实现了产业化。

    发酵乳生产用菌株筛选技术:依据自己完成的Lactobacillus bulgaricus ND02和Streptococcus thermophilus ND03全基因组信息,以产酸、产粘、产香、后酸化、抗噬菌体、发酵特性的关键基因为靶点,建立了基于MLST的优良菌株高通量筛选技术。并从菌种资源库中的339株嗜热链球菌和315株保加利亚乳杆菌中筛选出19株用于发酵乳生产的菌株。

    奶牛健康养殖益生乳酸菌筛选技术:针对奶牛规模化养殖存在的饲料消化利用率低、隐性乳房炎多发等问题,依据奶牛肠道微生物特征,从乳酸菌菌种资源库中筛选出可定植于动物肠道的Lactobacillus casei HM-08、Lactobacillus fermentum F-6、Lactobacillus plantarum HM-10等7株益生乳酸菌,开发出系列产品。大规模养殖结果显示,可改善肠道内环境,增强机体免疫力,有效治疗消化不良和细菌感染引起的腹泻,显著降低牛乳中的体细胞数,对乳房炎有积极的防治作用,同时提高了奶牛的产奶量。

    青贮发酵剂乳酸菌筛选技术:从菌种库中筛选出产酸快、抑制霉菌和酵母菌生长的菌株Lactobacillus plantarum PS-6、PS-8、PS-9、PS-10和PS-F,用于制备青贮玉米、苜蓿、稻草和燕麦饲料,开发出青贮邦系列产品。大规模应用结果显示,采用这些菌株制备的青贮发酵剂可迅速大量产酸,缩短发酵周期,有效抑制青贮过程中酵母和霉菌的生长,减少干物质损失,有效提高饲料消化率。

    围绕上述研究授权发明专利11项,发表SCI论文40发明专利: ZL 2006 1 0126889.3; ZL 2006 1 0127151.9; ZL 2007 1 0109474X; ZL 2007 1 0118485.4; ZL 2006 1 0127362.2; ZL 201210559154.5; ZL 201310079324.4; ZL 201510232204.2; ZL 201510230679.8; ZL 2015102321919; ZL 2015102321938. SCI论文: Scientific Reports, 2014, 8, DOI: 10.1038/srep05654; Nutrition, Metabolism & Cardiovascular Diseases, 2011, 21:844-850; PLoS ONE,2012, 7(1):e29452; European Journal of Nutrition, 2014, 53:221–232; Nutrition, 2014, 30(7-8):776-83.e1; Research in Microbiology, 2012, 163(5):357-365; Food control, 2013, (32),341-347; 2010, 21: 695-701; International Immunopharmacology, 2013, (15)30–37; BMC Immunology, 2008,9:68; Beneficial Microbes, 2015, 6(4):485-490; 2014, 5(3):295-304; Journal of Dairy Science, 2014, 97(11):6680-6692; 2012, 95(4):1645–1654; 2010, 93 (3):884-892; European Journal of Lipid Science and Technology, 2012, 114:1230-1236; 2012, 114:244-252; Lwt-Food Science And Technology, 2009, 42: 1640-1646; Curr Microbiol, 2011, 62:1573-1580; Journal of Food Science, 2012, 77(6):M330-M336; European Food Research and Technology, 2008, 227(5):1555-1561; 2010, 231(1):151-158; Journal of Animal Science, 2002, 80(suppl.1):287; Food Biophysics, 2013, 8:43-49; Ann Microbiol, 2012, 62:1311–1320; Dairy Science & Technology, 2015, 95:321-330; 2015, 95(3):381-392;  2012, 92(3):309-319; European Food Research and Technology, 2009, 228: 607-612; Journal of Basic Microbiology, 2009, 49: 1-9; Microbiology and Immunology, 2013, 57(1):54-62; International Journal of Dairy Technology, 2011, 64(4):585-590; 2011, 64(3):386-393; Food Technology and Biotechnology, 2010, 48 (1): 62-70; International Journal of Dairy Technology. 2015, 68(4):527-532; Annals of Microbiology, 2011, 61(4):879-885; Food Biotechnology, 2012, 26:280–292; Agricultural Sciences in China, 2010, 9(6):911-920

    4. 益生乳酸菌对人体肠道菌群结构影响的研究

    采用宏基因组学技术对我国7个民族314位健康人群肠道微生物多样性进行研究,首次解析了健康中国人群肠道微生物种群结构;采用人群试验,揭示了益生乳酸菌Lactobacillus casei Zhang和Lactobacillus plantarum P-8与人体肠道微生物之间的互作关系,从新的角度进一步证实了益生乳酸菌促进人体健康的机理。并为益生菌临床医学研究和益生菌产品的推广提供强有力的基础数据和理论指导,同时为深入研究益生菌与宿主的互惠共生机制及益生机理提供前沿研究思路和方法。

    围绕上述研究发表SCI论文7SCI论文:The ISME Journal, 2015, 9(9): 1979–1990; Scientific Reports, 2016, DOI:10.1038/srep20602. Scientific Reports, 2014, 3, DOI 10.1038/srep05001; FEMS Microbiology Ecology, 2014,88(3):612-622; PLOS ONE, 2014, 9(4):e93631; Beneficial Microbes, 2015, 6(4):405-413; 2013, 4(4):319-328; Scientific Reports, 2016, 6:34826DOI: 10.1038/srep34826

    5. 乳酸菌产业化关键技术研究

    结合Lactobacillus casei Zhang、Lactobacillus plantarum P-8、Bifidobacterium lactis V9、Lactobacillus bulgaricus ND02和Streptococcus thermophilus ND03基因组数据,重构了乳酸菌高密度发酵代谢的分子机制。以此为依据进行培养基优化和代谢调控,建立了不同菌株的高密度发酵产业化工艺,发酵液活菌数提高至4.0-6.0×1010 CFU/mL。

    开发了适合不同乳酸菌的高效保护剂和冷冻干燥工艺,使冷冻干燥过程中活菌得率提高至90%以上,生产出的发酵剂(制剂)活菌数达5.0-8.0×1011 CFU/g以上,达到国际同类产品的水平。并首次采用交联包埋技术,使包埋剂和菌体间形成特殊交联结构的微胶囊。该技术具有提高菌体包埋率、包埋完整度、抗压性和储存稳定性等优势,是生产乳酸菌制剂、片剂和益生乳酸菌奶粉的关键技术,可有效延长产品货架期。

    围绕上述研究授权发明专利1项,发表SCI论文3发明专利: ZL 2009 1 0250670.8; SCI论文: Journal of Dairy Science, 2014, 97(3):1270-80; Journal of Food Protection, 2010, 93 (3):884-892

    6. 益生乳酸菌发酵乳加工技术开发

    创造性地将蛋白质组和转录组研究成果用于指导乳酸菌发酵乳制品的开发,利用转录组学和蛋白质组学技术对Lactobacillus casei Zhang在牛乳、豆乳发酵过程中的表达谱进行了分析。结果显示Lactobacillus casei Zhang牛乳发酵中稳定期大部分与复制相关的基因、编码蛋白表达显著下调(P<0.05),并伴随代谢多元化的现象,揭示了该菌株在牛乳中的生长和生存机制;在豆乳发酵中氨基酸转运和代谢相关基因显著上调(P<0.05),特别是组氨酸、赖氨酸生物合成途径,揭示了该菌株在豆乳中的促生长因子。根据这一分子机制,优化了Lactobacillus casei Zhang益生乳酸菌发酵乳生产工艺,生产益生菌发酵品中活菌数由100亿CFU/100mL提高到1000亿CFU/100mL。

    围绕上述研究授权发明专利7项,主编专著4部,发表SCI论文13发明专利: ZL 2009 1 0177910.6; ZL 200910177905.5; ZL 2009 1 0177906.X; ZL 2009 1 0177911.0; ZL 2009 1 0177908.9; ZL 2009 1 0177909.3; ZL 2009101779074. 专著:《现代乳品工业手册》(第二版)、《乳品工艺学》(高等学校专业教材)、《原料乳体细胞与原料乳质量及加工特性的关系》、《现代乳品工业手册》(第一版、十一五国家重点图书出版规划). SCI论文: Food Control. 2012, 25(1): 321-327; Journal of Dairy Science. 2016, 99(1): 89-103; 2013, 96(11):6807-6817; 2009, 92: 2468-2476; Journal of Industrial Microbiology and biotechnology, 2012, 39(1):191-206; Annals of Microbiology, 2012, 62(4):1473–1483; International Journal of Food Sciences and Nutrition, 2009, 60 (S7): 243-250; International Journal of Dairy Technology, 2009, 62 (2): 249-254; 2010, 63 (1): 5-111; Milchwissenschaft, 2010, 65 (1):21-25; 2009 , 64 (2): 131-134; The Australian Journal of Dairy Technology, 2009, 64 (2): 170-173; Ecology of Food and Nutrition, 2009, 48 (2): 112-122.

    7. 采用基因组技术对乳品微生物安全性评价

    基于婴幼儿乳粉质量安全的重要性,采用宏基因组学和PacBio三代测序技术相结合的方法,以产品中微生物存活史为依据,在国内首次建立了乳品(以婴幼儿配方乳粉为例)微生物安全评价体系,可追溯原奶及不同加工过程中发生的微生物污染事件,预测保质期存在的安全风险,为相关的企业和行业标准的建立提供理论依据与技术参考。

    围绕上述研究发表SCI论文2

    8. 相关技术应用和产业化

    益生乳酸菌发酵剂(制剂)、奶牛微生态制剂和青贮发酵剂产业化技术集成在北京科拓恒通生物技术开发有限公司、北京和美科盛生物技术有限公司和内蒙古美科盛生物技术有限公司实施,2015年累计新增销售额10,357.60万元,新增利润3,983.00万元。
适用于乳品工业的乳酸菌成果在内蒙古伊利实业集团股份有限公司、旗帜婴儿乳品股份有限公司、黑龙江完达山林海液奶有限公司、云南欧亚乳业有限公司进行推广应用,开发了益生乳酸菌饮料、中老年奶粉、酸奶、益生乳酸菌酸奶系列产品,产生了显著的经济效益。2015年累计新增销售额301,100.00万元,新增利润62,178.01万元。

    围绕奶牛健康养殖开发的动物微生态制剂系列产品在上海光明荷斯坦牧业有限公司、内蒙古富源牧业有限公司、天津市武清区海林养殖场、天津神驰农牧发展有限公司、天津市武清区文稷养殖有限公司、天津市德兴隆奶牛养殖有限公司等企业推广应用,推广奶牛头数达6万余头,累计新增销售额12,865.80万元,新增利润10,827.30万元。

    乳酸菌在青贮中的应用青技术及其产品在秋实草业有限公司、内蒙古圣牧高科牧业有限公司等企业推广应用,取得显著的经济、社会和生态效益。推广生产青贮38万吨,累计新增销售额12,464.00万元,新增利润12,084.00万元。

    9. 传统乳制品现代化生产技术研究与示范及传统乳制品质量安全标准制定

    基于我国传统乳制品产业现状和发展趋势,在内蒙古、西藏、新疆、四川、甘肃等地区建立了传统乳制品现代化生产技术示范点,开展了制修订食品安全标准、革新工艺技术、规范操作流程等相关工作,为推动和促进我国传统乳制品产业可持续发展提供工作基础。

    根据传统乳制品特色风味,结合乳品工艺学、分子生物学、生物信息学的技术手段,从内蒙古农业大学乳酸菌资源库筛选出具有优良生产特性的12株嗜热链球菌和13株保加利亚乳杆菌。并从中筛选出的嗜热链球菌 ND03和保加利亚乳杆菌ND02为代表菌种,开发了发酵剂生产技术集成,其产品活菌数均大于2×1011cfu/g,并在牧户、合作社和企业等示范点用于生产特色乳制品的生产。根据各示范点的海拔、产品种类和生产规模等现状,研制了牦牛乳酸奶、牦牛乳奶酪、曲拉、奶疙瘩、奶豆腐、酸马奶等传统乳制品现代化生产的相关设备,开发了牦牛乳软质干酪、牦牛乳半硬质干酪、益生菌牦牛乳酸奶等新型传统乳制品产品。

    2014年在内蒙古呼伦贝尔市陈巴尔虎旗东乌珠尔苏木、新巴尔虎左旗嵯岗镇、锡林郭勒盟镶黄旗,四川省红原县安曲乡,甘肃省夏河县博拉乡、合作市卡加曼乡,青海省海晏县青海湖乡,西藏自治区墨竹工卡县,新疆自治区阿勒泰地区富蕴县等少数民族地区共建立了9个传统乳制品现代化生产示范点。

    2015年,在内蒙古锡林郭勒职业技术学院,新疆自治区伊犁职业技术学院、巴音郭楞州和静县,伊犁州特克斯县、伊犁州尼勒克县、新源县,西藏自治区嘉黎县、那区县,甘肃省夏河县曲奥乡,青海省海晏金宏农畜产品产销专业合作社等少数民族地区建立了10个传统乳制品现代化生产示范点。
基于传统乳制品产业现状和发展趋势,以第一编制人员制修订了《食品安全地方标准 蒙古族传统乳制品第3部分奶豆腐》、《食品安全地方标准 蒙古族传统乳制品第2部分奶皮子》、《食品安全地方标准 蒙古族传统乳制品嚼克》、《食品安全地方标准 蒙古族传统乳制品楚拉》、《食品安全地方标准 蒙古族传统乳制品毕希拉格》、《食品安全地方标准 蒙古族传统乳制品酸酪蛋》、《食品安全地方标准 蒙古族传统乳制品生产卫生规范》等7项地方质量安全标准。

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