风味发酵专用菌株落地新突破：植物乳植杆菌 84-3 兼具强产酶、高丁酸、抗噬菌体三重产业优势

我国酸乳、开菲尔、泡菜、酸菜等发酵乳与发酵蔬菜市场规模持续扩容，但行业长期存在两大核心难题：一是风味可控性差。传统自然发酵依赖杂菌群落，原料中淀粉、果胶、纤维素等复杂多糖降解不完全，风味前体物质生成不足，不同批次产品香气、口感差异显著；同时部分杂菌易产生不良风味，甚至检出致病菌带来安全隐患。二是噬菌体污染损失高。乳酸菌发酵体系菌群单一，烈性噬菌体侵染会直接延缓酸化、发酵停滞，乳制品工厂噬菌体爆发单次可造成数十万批次报废；现有商用发酵剂普遍噬菌体抗性弱，缺乏兼具风味强化与抗逆属性的优质菌株。

现有研究多单一聚焦菌群或单一酶活，缺少同时覆盖乳品、蔬菜两大发酵赛道、兼顾风味代谢与噬菌体防御的功能菌株系统研究。广东省科学院微生物研究所吴清平院士研究团队依托宏基因组、全基因组测序与代谢组多组学技术，完成近百份发酵食品微生物全景解析，挖掘出多功能明星菌株 Lp84-3，为行业提供可落地的菌种解决方案。

本次研究采集中国、南非、斯里兰卡三地 98 份发酵样品，通过 16S 高通量测序 + 宏基因组测序完成菌群、噬菌体、CAZymes 功能图谱绘制，明确两类发酵基质微生物核心差异：

1.优势乳酸菌分野清晰

发酵乳制品核心菌属为乳杆菌、链球菌、乳球菌；发酵蔬菜优势菌为乳杆菌、魏斯氏菌、卡尼单胞菌。蔬菜样品微生物丰富度显著高于乳制品，高盐、低水分环境富集嗜盐特有菌；乳制品菌群结构更简单，更易受噬菌体干扰。

图 发酵食品门/属水平菌群组成

2.噬菌体分布决定发酵稳定性

乳制品中普遍检出长尾噬菌体科、肌尾噬菌体、Herelleviridae 三类烈性噬菌体，可特异性侵染乳球菌、链球菌、乳杆菌；蔬菜样品噬菌体丰度更低。菌群 - 噬菌体关联网络证实，噬菌体可直接裂解产香乳酸菌，阻断有机酸、酯类风味物质合成，是工业化发酵失控关键诱因。

图 噬菌体群落与宿主关联网络

3.碳水活性酶（CAZymes）决定风味潜力

糖苷水解酶 GH、糖基转移酶 GT 是两类发酵食品核心功能酶，占总酶系 70% 以上：乳制品富集 GH1、GH13、GT2、GT4，擅长降解淀粉、乳糖；蔬菜特有 GH28、PL 多糖裂解酶，适配果胶、粗纤维分解。不同 CAZyme 家族协同将原料多糖分解为葡萄糖、果糖，进一步转化乳酸、丁酸、芳香酯等风味物质，是发酵食品风味形成的核心分子基础PMC。

图 发酵食品CAZyme家族分布图谱

三、明星菌株 Lp84-3：一菌多用，适配乳品、蔬菜双发酵赛道

研究从发酵乳中分离得到植物乳植杆菌 84-3（Lp84-3），全基因组与代谢组验证其三大核心产业价值，解决行业多重痛点：

1. 完备碳水降解酶系，强效释放风味前体

Lp84-3 基因组编码 321 个碳水活性酶，包含 118 种 GH 糖苷水解酶、148 种 GT 糖基转移酶，核心富集 GH1（β- 葡萄糖苷酶）、GH13（淀粉酶）、GT2/GT4，可高效分解抗性淀粉、果胶、纤维素等难降解多糖，把大分子碳水转化为小分子还原糖，为风味物质合成提供充足底物。

图 Lp84-3 CAZyme与CRISPR基因结构

对比同属其他植物乳杆菌，Lp84-3 抗性淀粉降解能力显著提升，适配高淀粉原料发酵，既能改善酸奶、奶酪醇厚口感，也可加速泡菜、酸菜粗纤维软化，缩短发酵周期。

2. 丁酸代谢通路富集，提升产品香气与健康属性

丁酸是发酵食品标志性奶香、果香风味物质，同时属于功能性短链脂肪酸，具备调节肠道健康作用。Lp84-3 基因组完整富集丁酸合成 BUT 通路全套关键酶与调控基因，发酵上清液检出高浓度丁酸、乳酸、琥珀酸、γ- 氨基丁酸等代谢物。实际应用中，接种 Lp84-3 发酵的乳制品、腌菜酸味柔和、香气层次丰富，可减少工业香精添加，实现清洁标签发酵生产。

图 Lp84-3碳水-丁酸代谢网络

3. 天然 CRISPR-Cas 系统，大幅降低噬菌体发酵风险

菌株基因组携带完整 CRISPR 基因座，包含 7 种 Cas 蛋白、7 段噬菌体间隔序列，可特异性识别并切割入侵噬菌体核酸，天然具备广谱噬菌体抗性。对比普通商用乳酸菌，Lp84-3 在噬菌体污染环境下仍能正常增殖产酸，无需复杂车间消杀、多菌株轮换等防控手段，降低乳制品工厂生产损耗，适配大规模连续化发酵生产线。

四、产业化落地应用方案

1. 发酵乳制品领域（酸奶、奶酪、马奶酒）

应用方式：作为复合发酵剂副菌株复配嗜热链球菌、乳球菌；

效果：提升淀粉、乳糖分解效率，增加丁酸奶香，发酵稳定性提升，降低噬菌体导致的发酵失败率；

产品方向：功能性酸奶、高抗性淀粉发酵乳、传统游牧发酵奶标准化改良。

2. 发酵蔬菜领域（泡菜、酸菜、腌菜）

应用方式：直投式发酵菌粉，替代自然发酵；

效果：快速酸化抑制腐败菌与致病菌，分解蔬菜粗纤维、果胶，缩短 30% 发酵周期，提升果蔬天然清香，降低亚硝酸盐积累；

产品方向：预制包装即食泡菜、低盐发酵蔬菜。

3. 菌种开发延伸方向

依托菌株 CAZyme 酶系特征，可定向选育高酶活诱变株；基于 CRISPR 抗性机制，开发系列抗噬菌体发酵菌种库；菌株代谢产生的丁酸、多糖类物质，可开发天然食品风味增效剂。当前国内发酵食品产业正从 “自然发酵” 向 “标准化可控发酵” 转型，功能性专用乳酸菌是产业升级核心抓手。本研究通过多组学技术打通 “菌群特征 — 功能酶 — 风味代谢 — 抗逆性能” 关联，证实 Lp84-3 是少有的同时适配乳品、蔬菜两大品类、兼具风味提升、营养强化、生产稳定三重价值的发酵菌株。下一步，研究团队将优化 Lp84-3 菌粉冻干工艺、复配发酵配方，完成中试生产验证，推动该菌株作为国产自主发酵剂实现市场化，打破进口商用乳酸菌菌种垄断，助力传统发酵食品现代化、健康化升级。微生物酶系是发酵食品风味的底层密码，兼具产酶能力、功能代谢与抗噬菌体特性的 Lp84-3，为发酵乳品、腌菜标准化生产提供全新解决方案，也为我国特色发酵食品菌种资源挖掘、清洁标签发酵技术研发开辟新思路。