第一节 食品微生物菌种改造的必要性

一、食品发酵对菌种的要求

菌种是食品发酵及其他微生物应用领域的核心，菌种效率越高，产品质量就越好，生产成本就越低。用于食品发酵的微生物菌种必须具有以下特性：①遗传学上必须稳定，能保持较长的良好经济性能；②生长快速，易于繁殖；③产物合成速度快，且容易分离提纯；④抵抗杂菌污染能力强；⑤容易进行后续选育及改造。

野生型菌株通常不具备上述优良性状，只有对野生型菌株进行不断选育才能获得以上优良性状。早在几千年前，人们在酿酒、制醋时就已经注重种曲的质量，并在生产实践中不断从自然界选择良曲，从此翻开了菌种选育的历史篇章。但是，在自然条件下，微生物菌种的自发突变率很低，单纯依赖自发突变选育优良菌株的效率很低，远不能满足生产需要；因此，对微生物菌种进行改造和选育十分必要。

二、菌种选育的有益效果

（一）提高目的产物的产量

菌种选育可大幅度提高微生物发酵产物的产量。例如通过选育谷氨酸高产菌种，不断提高味精的发酵产量，降低生产成本。多年的实践经验证明，野生型菌株经过坚持不懈的选育，可以提高成百上千倍的产品产量和质量。

（二）改善菌种特性、提高产品质量和简化工艺条件

主要策略包括：①选育多孢子、孢子生长能力强、孢子丰满的突变菌株，有效降低种子制备的工艺难度。②选育产泡少的突变菌株，可以节省消泡剂、增加罐投料量、提高发酵罐的利用率。③选育抗噬菌体的突变菌株，减少发酵过程中因噬菌体污染而倒罐的可能性。④选育对溶氧要求低的突变菌株，降低发酵过程中的动力消耗。⑤选育发酵黏度小的突变菌株，改善溶氧状态，有利于提高发酵液的过滤性能。这些菌种选育措施在提高产品质量、改变产品组分、改善工艺条件等方面也发挥了重大作用。例如使用典型的温度敏感突变株TS-88发酵生产谷氨酸时，发酵温度由30℃提高到40℃，可在富含生物素的天然培养基中高产谷氨酸达20g/L。此外，土霉素产生菌在培养过程中会产生大量泡沫，经诱变处理后改变了遗传特性，发酵泡沫减少，节省了大量消泡剂并增加了培养液装量，改善了发酵工艺条件。将氧传递有关的血红蛋白基因克隆到远青链霉菌，可降低其对氧的敏感性，在通气不足时，其目的产物放线红菌素产量可提高4倍。

（三）开发新产品

通过育种改变微生物原有的代谢途径，使得微生物合成新的代谢产物，如：生产柔红霉素的菌株经诱变筛选到能合成具有抗癌功效的阿霉素的生产菌株；生产四环素的菌株通过诱变筛选到能生产6-去甲基金霉素和6-甲基四环素的生产菌株；生产卡那霉素的菌株通过诱变筛选到生产小诺霉素的生产菌株。此外，经基因工程育种获得的基因工程菌生产干扰素。

三、菌种改造的一般流程

广义上说，微生物菌种改良可描述为采用任何科学技术手段（物理、化学、生物学、工程学方法以及它们的各种组合）处理微生物菌种，创造遗传突变库，并在理想的条件表达获得丰富的表型突变库，从中分离得到所要求表型的变异菌种，其一般流程如图4-1所示。