乳品工業作為全球食品產業的重要組成部分，以其豐富的營養價值、廣泛的消費群體和深遠的社會經濟影響而備受矚目。然而，隨著消費者對乳制品品質、口感和安全性的要求不斷提升，以及生產工藝向規模化、自動化、精細化方向發展，乳品發酵過程中的微生物安全問題日益凸顯，尤其是噬菌體污染對乳品發酵穩定性和產品質量構成了嚴重威脅。噬菌體，是一種專門寄生于細菌、真菌等微生物的病毒，其廣泛分布、快速增殖以及高變異性等特點，使得其對乳品發酵過程的影響尤為顯著。因此，有效應對噬菌體污染問題，確保乳品發酵過程的穩定性和產品質量，成為乳品工業亟待解決的關鍵課題。
噬菌體，可寄生于乳酸菌，其污染對乳品工業構成重大威脅。其危害表現在以下幾個方面。①造成發酵失敗與產量下降。噬菌體攻擊乳酸菌，導致菌體大量死亡，發酵效率降低，最終可能引發發酵失敗，嚴重影響產量和生產周期。②造成產品質量波動。受噬菌體侵染的乳酸菌代謝異常，可能改變乳制品的風味、質地，降低其營養價值，導致產品質量不穩定。③引發經濟損失與市場信譽受損。頻繁的發酵中斷和產品質量問題導致額外的成本支出增多，且可能損害企業品牌形象，降低消費者信任度。
抗性乳酸菌菌株通過篩選、誘變和基因工程培育而成，這些菌株能抵抗特定噬菌體攻擊。篩選程序始于自然界樣品收集，通過實驗室條件下模擬噬菌體侵襲，挑選出在強噬菌體壓力下仍保持正常生長和發酵活性的菌株。誘變技術借助物理輻射、化學試劑或生物因子引發基因隨機突變，繼而甄別出具有抗噬菌體屬性的變異菌株。基因工程則基于理性設計，將已知抗噬菌體基因整合到乳酸菌基因組中，從而系統性構建抗性機制。
抗噬菌體機制包括如下幾個方面：①限制-修飾系統，其中限制酶切割噬菌體DNA，而修飾酶保護自身DNA不受損害；②CRISPR-Cas系統，它記錄并針對先前接觸過的噬菌體序列進行精準反擊；③通過改變細胞表面結構阻止噬菌體吸附和/或內化噬菌體并降解其DNA。這些機制有助于乳酸菌抵抗噬菌體侵染，確保發酵穩定，避免經濟損失。抗性菌株在工業發酵中扮演關鍵角色。
噬菌體抑制劑是一種能有效阻斷噬菌體感染乳酸菌的化合物，通過非改變宿主菌本身的方式，專門針對噬菌體生活周期的不同階段起作用。部分抑制劑通過競爭結合乳酸菌細胞表面噬菌體受體或調節細胞表面特性，阻止噬菌體吸附。另一些抑制劑作用于核酸層面，干擾噬菌體DNA/RNA復制，影響子代噬菌體繁殖。還有些則針對蛋白質合成過程，影響病毒粒子裝配與功能完整性。通過精準調控抑制劑的應用條件，可在不改變乳酸菌屬性的前提下，有效抑制噬菌體活動，確保發酵過程免受噬菌體侵害。
噬菌體防御系統，如CRISPR-Cas系統，是一種由細菌和古菌進化出的天然免疫機制，近年來已被成功應用于乳酸菌中，賦予其主動防御噬菌體的能力。CRISPR-Cas系統的核心組成部分包括CRISPR陣列(含有與入侵噬菌體DNA序列相匹配的間隔序列)和Cas蛋白(負責識別、切割相應DNA)。通過遺傳工程手段將具有針對性的CRISPR-Cas系統導入乳酸菌，該系統能夠“記住”之前遭遇過的噬菌體序列，并在再次遭遇同源噬菌體時，迅速激活Cas蛋白復合體，精準切割噬菌體DNA，阻止其進一步復制和感染。應用CRISPR-Cas系統改造的乳酸菌作為發酵劑，具有高度特異性和持久性，能夠有效抵御已知和未知噬菌體的侵襲，顯著降低發酵過程中因噬菌體污染導致的產量損失并減緩產品質量波動。然而，該技術的應用也需要考慮潛在的非特異性剪切風險、噬菌體逃避機制以及法規監管等因素。
益生元是一類不易被人體消化但能促進有益腸道菌生長的物質，如低聚糖、多糖等，加入乳品發酵中能優化乳酸菌生長環境，具有提供能量、調整pH值等功能，有助于減輕噬菌體威脅。部分益生菌如雙歧桿菌、乳酸菌自帶抗噬菌體能力，通過分泌抗菌物質、競爭黏附抑制噬菌體侵襲。益生菌與乳酸菌發酵劑結合使用，形成多級防護體系，聯手對抗噬菌體。此外，兩者共生互動可調整腸道菌群平衡，抑制噬菌體載體菌過度增長，降低噬菌體總體數量。
①在乳品發酵中應對噬菌體挑戰，要合理選用抗性菌株，這可通過自然篩選或基因工程技術獲取。自然抗性菌株源于自然進化過程，基因工程菌株則通過外源基因引入或基因組編輯獲得抗噬菌體特性，選用時應該嚴謹測試其抗性穩定性和效能。②混合不同抗性機制的菌株進行共發酵，利用噬菌體的特異性感染，降低單一菌株受噬菌體侵害的風險，同時也可提升產品風味和質地。③在發酵前對發酵劑進行預處理，如添加生長因子或誘導劑，可激活菌株抗噬菌體能力，增強其代謝活性和競爭力，確保預處理方案與菌株特性和發酵條件相匹配，以最優方式提高發酵過程的穩定性。
為了防止噬菌體的污染和傳播，乳品發酵過程中必須實施嚴格的衛生管理。這包括定期對發酵設備進行清潔和維護，使用有效的清潔劑和消毒劑來消除噬菌體和其他有害微生物。此外，生產環境的清潔同樣重要，以防止噬菌體通過空氣或接觸傳播到發酵劑中。良好的衛生管理不僅能夠減少噬菌體的存在，還能保證產品的安全和品質。
發酵劑中乳酸菌的活性和純度對發酵質量影響極大。因此，定期檢測發酵劑的品質是必不可少的，包括檢測乳酸菌的存活率、生長速率和是否含有噬菌體敏感菌株。加強檢測，可以確保發酵劑在投入使用前處于最佳狀態，從而降低噬菌體感染的風險。
建立一套快速檢測噬菌體的方法對于及時響應噬菌體感染至關重要。一旦檢測到噬菌體，應立即采取措施，如更換發酵劑、調整生產工藝或采取其他應急措施。這種快速響應可以防止噬菌體的進一步傳播，減少對發酵過程的影響。快速檢測方法的開發和應用，如聚合酶鏈式反應(Polymerase Chain Reaction，PCR)或酶聯免疫吸附試驗(Enzyme Linked Immunosorbent Assay，ELISA)，可以實現對噬菌體的早期發現和精確識別，從而迅速采取控制措施，保障發酵過程的穩定性和產品的質量安全。
在發酵過程中添加噬菌體抑制劑是一種有效的控制策略。這些抑制劑可以是天然的或合成的，它們能夠阻止噬菌體與宿主細胞結合或侵入細胞。使用抑制劑，可以在不干擾乳酸菌發酵的情況下，有效地降低噬菌體的活性。例如，某些多酚類化合物、表面活性劑或特殊的蛋白質可以干擾噬菌體的吸附和侵入過程，從而保護乳酸菌免受噬菌體的侵害。選擇合適的抑制劑需要考慮其對發酵過程的影響，以及對人類健康的潛在威脅。
調整發酵參數，如溫度、pH值、氧氣供應等，可以創造一個不利于噬菌體生存的環境，同時提高乳酸菌的抗性。例如，降低pH值可以抑制噬菌體的活性，因為大多數噬菌體對酸性環境敏感。適當的溫度和氧氣供應可以促進乳酸菌的生長和發酵，同時抑制噬菌體繁殖。此外，控制發酵過程中的攪拌速度和發酵時間也能夠影響噬菌體的活性。優化這些參數，可以在保證發酵效果的同時，最大限度地降低噬菌體對發酵過程的影響。
為了避免噬菌體對特定菌株產生適應性，定期輪換使用不同的抗噬菌體菌株是非常重要的。這種方法可以防止噬菌體針對單一菌株發展出抗性，保持發酵過程的穩定性和有效性。輪換菌株時，應考慮菌株的抗噬菌體特性以及其對產品風味和品質的影響。
采取上述控制策略，可以有效地減少噬菌體對乳品發酵過程的影響，保證發酵劑的穩定性和產品質量。
在乳品發酵過程中，噬菌體感染是一個嚴重的挑戰，易導致發酵失敗與乳品品質降低。選用抗性菌株、混合發酵、預處理發酵劑，輔以嚴苛衛生管控、質量監控、快速檢測及響應機制、噬菌體抑制劑使用、條件優化和定期更新發酵劑，可以有效降低噬菌體對發酵的影響，保障發酵劑穩定性和產品質量。然而，鑒于噬菌體不斷演化，應持續研發和完善抗噬菌體策略。未來研究應尋求更高效持久的解決方案，以確保乳品發酵過程的安全性與高效性。
