全球最大的乳酸菌基因组数据库iLABdb日前正式建成上线。数据库破解了6.2万余个乳酸菌基因组，首创性地整合菌种资源、基因组信息、临床试验数据等关键指标对乳酸菌进行高效挖掘，并基于大数据和人工智能算力为乳酸菌产学研开发利用搭建里程碑式的“数据桥梁”——这是内蒙古农业大学教授张和平带领的“乳酸菌与发酵乳制品”团队取得的卓越科研成果。“让中国酸奶用上中国菌种”是张和平一直秉承的信念，乳酸菌基因组数据库的建立，展现了我国在微生物学研究领域的领先地位和国际影响力，也将为全球乳酸菌研究与产业发展贡献积极力量。

筑牢乳酸菌种质资源根基

　　乳酸菌与人们的生活息息相关，在食品工业、健康医疗、农业和生态保护等领域应用广泛，被认为是最重要的微生物战略资源之一。作为生产发酵乳制品的核心，乳酸菌被称为乳制品工业的“芯片”。然而我国对于乳酸菌的研究起步较晚，在20世纪八九十年代，还存在优良菌种缺乏收集保护、种质资源库建设滞后、优良菌株筛选技术匮乏等大量问题，也没有自主研发的技术与能力。当时有关乳制品发酵剂的研发技术、知识产权以及菌种资源几乎都被西方所掌控，我国的乳制品企业基本上全部采用国外的菌种进行生产。

　　1989年，张和平在对乳制品研究的不断探索中，将乳酸菌作为自己的主要研究方向，并决心建立自己的乳酸菌种质资源库，打破西方对优良菌种的垄断。

　　从最初的一个人干到现在带领团队一起做，收集研究乳酸菌的工作逐渐拓展开来。张和平带领团队几十年如一日的“寻菌”，累计从全球32个国家采集自然发酵乳制品等样品6202份，从中分离、鉴定和保藏了47573株乳酸菌菌株，逐渐丰盈了乳酸菌种质资源库的“家底”。

　　随着资源库规模日渐壮大，张和平产生了建立乳酸菌基因组数据库的想法。乳酸菌系统发育关系复杂，菌株间功能和代谢差异极大，难以通过传统实验方法系统性地研究和挖掘，这大大限制了乳酸菌开发与利用的效率。因此，利用前沿的生物信息技术和先进算法，建立可对乳酸菌进行高效挖掘的数据库和平台，是全球学界和产业界的共同愿望与迫切需求。

　　依托乳酸菌种质资源库，张和平带领团队于2018年启动了“乳酸菌万株基因组计划”，基于已完成的11678株乳酸菌基因组数据，结合公共数据库中51900个乳酸菌基因组信息，创建了全球首个集乳酸菌基因组数据与功能研究于一体的共享平台——iLABdb数据库。iLABdb数据库集成超过62900个乳酸菌基因组序列和元数据信息，包括序列分析、可视化和数据共享工具，为乳酸菌物种注释、功能解析和深度开发利用提供了高效的分析利用手段。

探索“中国菌”产业之路

　　推开内蒙古农业大学微生物种质资源库厚重的大铁门，冷气扑面而来，10余个柜子上整齐排列着一个个收纳盒，盒子上贴着“内蒙古地区菌株”“天宫2”“哈萨克斯坦菌株”等标签，注明了盒内乳酸菌菌株的分离源。这个保存了47573株乳酸菌的种质资源库，是目前全球最大、种类最全的原创性乳酸菌种质资源库，也是首批国家农业微生物种质资源库。微生物种质资源库的建立，为乳酸菌研究和深度开发利用提供了战略性资源保障。

　　随着乳酸菌种质资源库和基因数据库的建立，我国对乳酸菌的研究进一步深入，也为产业应用特别是核心技术国产化奠定了基础。团队基于基因组大数据，采用深度机器学习的人工智能方法与理论，深入挖掘与益生特性、生产性能相关的功能基因，创建了益生乳酸菌人工智能筛选平台iProbiotics，建立了高质量肠道微生物基因组集，明确了中国人群肠道微生物构成特征。

　　针对不同类型肠道菌群特点，张和平团队不仅揭示了乳酸菌通过调节肠道菌群及其代谢发挥作用的新机制，还筛选出具有维持肠道菌群稳态、调节代谢和免疫等优良特性的乳酸菌104株，其中专利菌株干酪乳杆菌Zhang、植物乳杆菌P-8和动物双歧杆菌乳亚种V9等行业明星菌株，不仅改变了我国缺乏优良益生乳酸菌的现状，也丰富了国产益生乳酸菌的资源。

　　益生菌活性的不稳定性一度成为制约行业发展的“卡脖子”难题，张和平团队集智攻关，研发了微包膜高效保护的益生乳酸菌冷冻干燥技术。该技术使得活菌得率由60%提高至90%以上，生产出的发酵剂（制剂）活菌数达1.5万亿CFU/g，整体产品和技术达到国际先进水平。

　　如何助力企业破解乳制品生产加工领域发酵乳同质化难题？张和平团队创新高活性益生菌发酵乳加工关键技术，助力企业实现了多项跨越性的突破：开发出用于蒙牛“欧式炭烧”和“特仑苏”酸奶、新希望“初心”酸奶和完达山“高钙”酸奶等产品的高活性复合发酵剂19种，解决了发酵乳产品同质化难题。以植物乳杆菌P-8开发的达利豆本豆植物基乳酸菌饮料，实现了发酵豆乳产品国产菌株的突破；以副干酪乳杆菌PC-01开发的蒙牛“优益C”乳酸菌饮料，打破了此类产品菌种完全依赖进口的局面。

促进科研与产业发展深度融合

　　“要让实验室成果走出去，落到车间里、牛舍里，把创新的论文写在大地上。”为促进科学研究和产业发展深度融合，张和平带领团队扎根基层、问计于民。张和平团队通过对奶牛规模化养殖存在的乳腺炎多发和抗生素滥用等问题进行深入研究，明确了肠道菌群紊乱是引发乳腺炎的重要原因之一。依据奶牛不同生理阶段肠道菌群特征，研创了适用于奶牛健康养殖的3个系列13款产品，在中国圣牧、首农集团和光明乳业等18家规模化养殖企业59个万头牧场推广使用。通过添加乳酸菌制剂，隐性乳腺炎下降45%，饲料利用率提高6.2%，产奶量提升4.5%，节本增效提升了15%以上。

　　张和平团队还解析了青贮发酵过程中微生物动态变化规律，开发出适用于制备玉米、苜蓿和饲用燕麦青贮的青贮邦、益贮邦等4个系列青贮发酵剂。发酵剂在青贮制备过程中可快速大量产酸，抑制酵母和霉菌的生长、缩短发酵周期，使干物质损失减少8.2%。该项技术应用于现代牧业、辉山集团和温氏乳业等200余家规模化养殖企业与饲草料企业，累计发酵青贮3000余万吨，青贮饲料消化利用率提高了6.5%，极大缓解了“牛与人争耕地”的局面，提升了奶牛绿色养殖水平。

　　为使科技成果更好地得到转化，让更多企业和农牧民受益，基于我国传统乳制品产业现状和发展趋势，张和平团队在内蒙古、西藏、新疆等6个地区建立传统乳制品现代化生产技术示范点23个，制修订了11项食品安全地方标准，革新工艺技术、规范操作流程，培训农牧民3900余人次，为助力乡村振兴、促进我国传统乳制品产业健康持续发展作出积极贡献。

　　国务院发布的《关于推动内蒙古高质量发展奋力书写中国式现代化新篇章的意见》提出，支持开展奶牛育种联合攻关，整县推进奶业生产能力提升，建设面向全国的乳业交易中心。为更好地助力自治区高质量完成两件大事，张和平团队计划到2025年完成4万株乳酸菌基因组的测序，揭示出更多的乳酸菌多样性分布生态学规律，继续对乳酸菌进行有针对性的开发利用。

　　（薛海军 武晓瑞）

　　《中国食品报》(2023年11月15日04版)

　　（责编：高 娜）