乳品工业作为全球食品产业的重要组成部分，以其丰富的营养价值、广泛的消费群体和深远的社会经济影响而备受瞩目。然而，随着消费者对乳制品品质、口感和安全性的要求不断提升，以及生产工艺向规模化、自动化、精细化方向发展，乳品发酵过程中的微生物安全问题日益凸显，尤其是噬菌体污染对乳品发酵稳定性和产品质量构成了严重威胁。噬菌体，是一种专门寄生于细菌、真菌等微生物的病毒，其广泛分布、快速增殖以及高变异性等特点，使得其对乳品发酵过程的影响尤为显著。因此，有效应对噬菌体污染问题，确保乳品发酵过程的稳定性和产品质量，成为乳品工业亟待解决的关键课题。
噬菌体，可寄生于乳酸菌，其污染对乳品工业构成重大威胁。其危害表现在以下几个方面。①造成发酵失败与产量下降。噬菌体攻击乳酸菌，导致菌体大量死亡，发酵效率降低，最终可能引发发酵失败，严重影响产量和生产周期。②造成产品质量波动。受噬菌体侵染的乳酸菌代谢异常，可能改变乳制品的风味、质地，降低其营养价值，导致产品质量不稳定。③引发经济损失与市场信誉受损。频繁的发酵中断和产品质量问题导致额外的成本支出增多，且可能损害企业品牌形象，降低消费者信任度。
抗性乳酸菌菌株通过筛选、诱变和基因工程培育而成，这些菌株能抵抗特定噬菌体攻击。筛选程序始于自然界样品收集，通过实验室条件下模拟噬菌体侵袭，挑选出在强噬菌体压力下仍保持正常生长和发酵活性的菌株。诱变技术借助物理辐射、化学试剂或生物因子引发基因随机突变，继而甄别出具有抗噬菌体属性的变异菌株。基因工程则基于理性设计，将已知抗噬菌体基因整合到乳酸菌基因组中，从而系统性构建抗性机制。
抗噬菌体机制包括如下几个方面：①限制-修饰系统，其中限制酶切割噬菌体DNA，而修饰酶保护自身DNA不受损害；②CRISPR-Cas系统，它记录并针对先前接触过的噬菌体序列进行精准反击；③通过改变细胞表面结构阻止噬菌体吸附和/或内化噬菌体并降解其DNA。这些机制有助于乳酸菌抵抗噬菌体侵染，确保发酵稳定，避免经济损失。抗性菌株在工业发酵中扮演关键角色。
噬菌体抑制剂是一种能有效阻断噬菌体感染乳酸菌的化合物，通过非改变宿主菌本身的方式，专门针对噬菌体生活周期的不同阶段起作用。部分抑制剂通过竞争结合乳酸菌细胞表面噬菌体受体或调节细胞表面特性，阻止噬菌体吸附。另一些抑制剂作用于核酸层面，干扰噬菌体DNA/RNA复制，影响子代噬菌体繁殖。还有些则针对蛋白质合成过程，影响病毒粒子装配与功能完整性。通过精准调控抑制剂的应用条件，可在不改变乳酸菌属性的前提下，有效抑制噬菌体活动，确保发酵过程免受噬菌体侵害。
噬菌体防御系统，如CRISPR-Cas系统，是一种由细菌和古菌进化出的天然免疫机制，近年来已被成功应用于乳酸菌中，赋予其主动防御噬菌体的能力。CRISPR-Cas系统的核心组成部分包括CRISPR阵列(含有与入侵噬菌体DNA序列相匹配的间隔序列)和Cas蛋白(负责识别、切割相应DNA)。通过遗传工程手段将具有针对性的CRISPR-Cas系统导入乳酸菌，该系统能够“记住”之前遭遇过的噬菌体序列，并在再次遭遇同源噬菌体时，迅速激活Cas蛋白复合体，精准切割噬菌体DNA，阻止其进一步复制和感染。应用CRISPR-Cas系统改造的乳酸菌作为发酵剂，具有高度特异性和持久性，能够有效抵御已知和未知噬菌体的侵袭，显著降低发酵过程中因噬菌体污染导致的产量损失并减缓产品质量波动。然而，该技术的应用也需要考虑潜在的非特异性剪切风险、噬菌体逃避机制以及法规监管等因素。
益生元是一类不易被人体消化但能促进有益肠道菌生长的物质，如低聚糖、多糖等，加入乳品发酵中能优化乳酸菌生长环境，具有提供能量、调整pH值等功能，有助于减轻噬菌体威胁。部分益生菌如双歧杆菌、乳酸菌自带抗噬菌体能力，通过分泌抗菌物质、竞争黏附抑制噬菌体侵袭。益生菌与乳酸菌发酵剂结合使用，形成多级防护体系，联手对抗噬菌体。此外，两者共生互动可调整肠道菌群平衡，抑制噬菌体载体菌过度增长，降低噬菌体总体数量。
①在乳品发酵中应对噬菌体挑战，要合理选用抗性菌株，这可通过自然筛选或基因工程技术获取。自然抗性菌株源于自然进化过程，基因工程菌株则通过外源基因引入或基因组编辑获得抗噬菌体特性，选用时应该严谨测试其抗性稳定性和效能。②混合不同抗性机制的菌株进行共发酵，利用噬菌体的特异性感染，降低单一菌株受噬菌体侵害的风险，同时也可提升产品风味和质地。③在发酵前对发酵剂进行预处理，如添加生长因子或诱导剂，可激活菌株抗噬菌体能力，增强其代谢活性和竞争力，确保预处理方案与菌株特性和发酵条件相匹配，以最优方式提高发酵过程的稳定性。
为了防止噬菌体的污染和传播，乳品发酵过程中必须实施严格的卫生管理。这包括定期对发酵设备进行清洁和维护，使用有效的清洁剂和消毒剂来消除噬菌体和其他有害微生物。此外，生产环境的清洁同样重要，以防止噬菌体通过空气或接触传播到发酵剂中。良好的卫生管理不仅能够减少噬菌体的存在，还能保证产品的安全和品质。
发酵剂中乳酸菌的活性和纯度对发酵质量影响极大。因此，定期检测发酵剂的品质是必不可少的，包括检测乳酸菌的存活率、生长速率和是否含有噬菌体敏感菌株。加强检测，可以确保发酵剂在投入使用前处于最佳状态，从而降低噬菌体感染的风险。
建立一套快速检测噬菌体的方法对于及时响应噬菌体感染至关重要。一旦检测到噬菌体，应立即采取措施，如更换发酵剂、调整生产工艺或采取其他应急措施。这种快速响应可以防止噬菌体的进一步传播，减少对发酵过程的影响。快速检测方法的开发和应用，如聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，PCR)或酶联免疫吸附试验(Enzyme Linked Immunosorbent Assay，ELISA)，可以实现对噬菌体的早期发现和精确识别，从而迅速采取控制措施，保障发酵过程的稳定性和产品的质量安全。
在发酵过程中添加噬菌体抑制剂是一种有效的控制策略。这些抑制剂可以是天然的或合成的，它们能够阻止噬菌体与宿主细胞结合或侵入细胞。使用抑制剂，可以在不干扰乳酸菌发酵的情况下，有效地降低噬菌体的活性。例如，某些多酚类化合物、表面活性剂或特殊的蛋白质可以干扰噬菌体的吸附和侵入过程，从而保护乳酸菌免受噬菌体的侵害。选择合适的抑制剂需要考虑其对发酵过程的影响，以及对人类健康的潜在威胁。
调整发酵参数，如温度、pH值、氧气供应等，可以创造一个不利于噬菌体生存的环境，同时提高乳酸菌的抗性。例如，降低pH值可以抑制噬菌体的活性，因为大多数噬菌体对酸性环境敏感。适当的温度和氧气供应可以促进乳酸菌的生长和发酵，同时抑制噬菌体繁殖。此外，控制发酵过程中的搅拌速度和发酵时间也能够影响噬菌体的活性。优化这些参数，可以在保证发酵效果的同时，最大限度地降低噬菌体对发酵过程的影响。
为了避免噬菌体对特定菌株产生适应性，定期轮换使用不同的抗噬菌体菌株是非常重要的。这种方法可以防止噬菌体针对单一菌株发展出抗性，保持发酵过程的稳定性和有效性。轮换菌株时，应考虑菌株的抗噬菌体特性以及其对产品风味和品质的影响。
采取上述控制策略，可以有效地减少噬菌体对乳品发酵过程的影响，保证发酵剂的稳定性和产品质量。
在乳品发酵过程中，噬菌体感染是一个严重的挑战，易导致发酵失败与乳品品质降低。选用抗性菌株、混合发酵、预处理发酵剂，辅以严苛卫生管控、质量监控、快速检测及响应机制、噬菌体抑制剂使用、条件优化和定期更新发酵剂，可以有效降低噬菌体对发酵的影响，保障发酵剂稳定性和产品质量。然而，鉴于噬菌体不断演化，应持续研发和完善抗噬菌体策略。未来研究应寻求更高效持久的解决方案，以确保乳品发酵过程的安全性与高效性。
