益生菌新技术与应用

益生菌是大自然赋予人类的宝贵财富。
人类对益生菌的认识真正质的飞跃是从20世纪90年代至本世纪，通过大量的动物实验和临床干预试验，获得了对益生菌更全面、更客观的认识。微生物有个体特征，对个人而言是一个特定的标签。不同微生物对健康的影响与不同疾病有关的肠道微生物发生的特定变化有关。这为使用益生菌提供了机会，即预防和缓解某些疾病，也使得益生菌发酵乳、益生菌制剂蓬勃发展。
本书内容包括概述益生菌分子遗传学与基因工程、益生菌系统生物学、用于递送载体的工程化乳酸菌和双歧杆菌、益生菌在乳品中的应用、益生菌微生态制剂、益生菌在其他方面的应用、益生菌的使用规范和有关法规。本书介绍了益生菌近二十年来发展的新技术、新成果、新观点、新应用，反映益生菌应用科技的发展现状和趋势，也加入了本书编者在上述领域的研究结果,增补了一些经典的图表和案例，更加直观、形象；同时也关注益生菌的产业化，更加注重操作性和可行性。
本书得到上海领军人才（编号：2015087）、上海科委项目（编号：19DZ2281400、17391901100）、“十三五”重点研发项目（编号：2018YFC1604200、2019YFF0217600）、国家百千万人才工程人才项目、乳业生物技术国家重点实验室、光明乳业股份有限公司资助出版。
本书由乳业生物技术国家重点实验室、光明乳业研究院多年从事益生菌应用科技的专家、学者编写而成。全书由刘振民统稿。本书编写过程中查阅了大量的国内外书籍和文献，理论和实践并重，希望可以帮助相关研究人员、教师、学生和生产工作者详细了解和系统学习益生菌相关的知识、应用技术、质量管理及相关法规，同时希望有助于中国乳制品行业的健康持续发展。在此，衷心感谢为本书写作付出大量心血和汗水的朋友和同事们。
限于编者的水平和能力，书中难免有不妥及疏漏之处，敬请读者批评指正。

编者
2022年4月

刘振民，博士研究生导师，教授级高级工程师，担任乳业生物技术国家重点实验室主任、IDF中国国家委员会营养与健康工作委员会首席专家、光明乳业研究院院长。国务院政府特殊津贴专家、2019年入选百千万人才工程国家级人选，授予"有突出贡献中青年专家"，获"上海领军人才""上海市青年科技杰出贡献奖""上海市优秀技术带头人""上海市劳动模范""振兴中国乳业科技创新带头人"等荣誉。
研究领域为益生菌、新型干酪、乳品安全等。主编《干酪科学与技术》《乳脂与乳脂产品科学与技术》等书籍。担任国家十二五科技支撑计划奶酪课题、十三五国家重点研发计划乳品安全项目主持人。授权国际发明专利10项，以第一发明人获得授权中国发明专利12项。带领团队开发多项乳制品，取得良好的经济效益。
科技成果获国家技术发明二等奖、中国轻工业联合会技术发明一等奖、上海市科技进步二等奖等多项国家、省部级奖励。

本书由乳业生物技术国家重点实验室、光明乳业研究院多年从事益生菌科研和应用的专家、学者编写而成。本书共分八章，内容包括概述、益生菌分子遗传学与基因工程、益生菌系统生物学、用于递送载体的工程化乳酸菌和双歧杆菌、益生菌在乳品中的应用、益生菌微生态制剂、益生菌在其他方面的应用、益生菌的使用规范和有关法规。
本书具有较强的理论性、实用性，可供从事益生菌研究的科技人员、相关产品开发人员阅读参考,也可供高等学校食品科学、生物技术、生物医药等相关专业师生学习参考。

第一章概述001
第一节益生菌新技术002
一、益生菌精准鉴定和特征分析技术002
二、益生菌遗传改造技术002
三、益生菌代谢调控技术003
四、益生菌微生态技术004
五、益生菌高菌数增殖和稳定保护技术005
第二节益生菌的应用、法规和市场情况006
一、益生菌的应用006
二、益生菌的法规008
三、益生菌类产品的市场情况009
参考文献010

第二章益生菌分子遗传学与基因工程011
第一节遗传多样性与进化012
一、遗传多样性012
二、水平基因转移015
第二节遗传工程019
一、质粒的多样性019
二、食品级载体系统的基本要素024
三、食品级的选择标记025
四、食品级克隆系统030
五、食品级基因表达系统032
六、代谢工程034
七、遗传改造乳酸菌的应用041
第三节转座子044
一、IS序列与转座子045
二、Ⅱ型内含子046
三、转座子与假基因047
第四节CRISPR/Cas系统047
一、CRISPR/Cas系统的发现048
二、CRISPR基本结构048
三、CRISPR介导的防御过程049
四、CRISPR/Cas系统的开发051
五、CRISPR/Cas在乳酸菌中的应用054
第五节益生菌与合成生物学056
一、合成生物学表达系统056
二、合成生物学基因组编辑工具057
三、合成生物学的临床应用057
四、合成基因电路059
第六节分子生物学在益生菌鉴定中的应用060
一、基于rRNA/rDNA的序列分析060
二、指纹图谱分型技术062
三、DNA芯片技术068
参考文献069

第三章益生菌系统生物学——从序列到功能073
第一节基因组学研究进展074
一、微生物基因组学简介074
二、乳酸菌基因组学发展现状076
三、乳酸菌基因组特点078
四、乳酸菌重要功能基因080
第二节蛋白质组学研究进展086
一、蛋白质组概念086
二、蛋白质组学原理及研究的基本流程086
三、蛋白质组学主要技术087
四、乳酸菌蛋白质组学090
五、研究益生菌作用分子机制的蛋白质组学095
第三节转录组学研究进展098
一、转录组概念098
二、转录组学研究方法098
三、乳酸菌转录组学100
第四节代谢组学研究进展101
一、代谢组概念101
二、代谢组学的研究流程102
三、乳酸菌代谢组学103
四、展望104
参考文献105

第四章用于递送载体的工程化乳酸菌和双歧杆菌110
第一节递送载体110
一、乳酸乳球菌110
二、乳杆菌111
三、双歧杆菌111
第二节蛋白质和DNA递送的基因工程工具112
一、克隆载体112
二、表达系统112
三、信号肽114
第三节预防、治疗方面的应用115
一、炎性肠病115
二、过敏118
三、自身免疫性疾病119
四、传染性疾病119
参考文献123

第五章益生菌在乳品中的应用125
第一节乳品用益生菌的种类及选择125
一、菌株的筛选127
二、益生菌的安全性130
三、益生菌在临床和配方食品中的应用133
第二节益生菌的制备技术135
一、乳酸菌的规模生产135
二、双歧杆菌发酵菌种和发酵剂140
三、乳杆菌发酵剂浓缩物144
第三节益生菌的产品稳定性147
一、益生菌的活力、消费量和货架期147
二、益生菌的存活149
三、益生菌的微胶囊包埋150
四、乳酸菌在发酵乳中的稳定性151
第四节益生菌乳制品156
一、乳制品作为益生菌载体的优势156
二、双歧杆菌及其制品157
三、嗜酸乳杆菌和嗜酸乳杆菌乳165
四、其他益生菌发酵乳168
五、益生菌发酵乳的质量控制170
第五节婴幼儿营养中的益生元和益生菌170
一、胃肠生态系统的发育与生理状况171
二、益生元174
三、益生菌177
四、益生元在儿科中的使用179
五、益生菌在儿科中的使用181
六、其他儿科方面的用途183
第六节益生菌在其他乳品中的应用186
一、益生菌在干酪中的应用186
二、益生菌在冰激凌、冷冻甜点和冷冻酸奶中的应用194
三、益生菌在乳脂类产品中的应用197
四、 益生菌在乳基甜点中的应用197
参考文献199

第六章益生菌微生态制剂203
第一节用于医疗的微生态制剂203
一、医用益生菌的使用标准203
二、益生菌微生态制剂临床应用209
三、医疗微生态制剂种类及制备方法210
四、常见的医疗微生态制剂212
五、现有问题与对策214
第二节益生元214
一、益生元的种类215
二、益生元的来源与制备方法215
三、益生元的作用机制217
四、益生元的使用218
五、益生元的医疗用途219
六、益生元的评估219
第三节益生菌的固定化和微囊化220
一、微胶囊化222
二、微胶囊化方法223
三、微粒特性237
四、结论和未来趋势238
第四节益生菌剂型的开发238
一、含益生菌制剂的生产240
二、剂型特征246
三、益生菌剂型的包装和储存248
第五节益生菌的质量控制248
一、混合菌株体系的益生菌检测248
二、益生菌的生物学及其功能特性评价260
三、益生菌制剂质量控制体系263
参考文献265

第七章益生菌在其他方面的应用269
第一节益生菌在养殖业中的应用269
一、益生菌在青贮饲料中的应用270
二、益生菌在畜禽类养殖中的应用271
三、益生菌在水产养殖中的应用276
第二节益生菌在非乳制品中的应用278
一、益生菌在发酵肉制品中的应用278
二、益生菌在果蔬发酵制品中的应用281
三、其他发酵制品284
参考文献285

第八章益生菌的使用规范和有关法规288
第一节国际组织和地区的有关法规288
一、联合国粮农组织和世界卫生组织288
二、欧盟290
第二节美国等国家的有关法规293
一、美国293
二、加拿大296
三、日本297
四、韩国300
第三节中国的有关法规300
一、可用于食品的菌种管理规范301
二、可用于婴幼儿食品的益生菌管理规范303
三、可用于保健食品的益生菌管理规范304
四、营养健康声明306
五、益生菌的科学共识307
参考文献307