一、平台简介

   乳酸菌筛选与乳品发酵技术国家地方联合工程实验室旨在凝聚科研力量，创新技术手段，加强专业化、国际化菌种资源库的建立，扩大资源优势；以现代生化技术、分子生物学技术为手段，深化菌种重要生物学性状和生产特性研究；创新发酵剂菌种选育及制备技术，优化高效增菌和高密度培养技术，提升菌种功能多样性及稳定性；结合现代医学、组学、分子生物学、生物信息学理论和技术手段，解读乳酸菌、肠道菌群与健康的相关性，以肠道菌群为靶点治疗疾病。通过自治区级重点实验室建设，提升我国乳酸菌与发酵乳制品产业的自主创新能力、核心技术竞争能力和可持续发展能力，打破发达国家的技术壁垒，减少我国企业对外国技术的依赖性，使其成为我国乳酸菌产业的技术辐射中心和具有国际先进水平的创新平台。

   二、研究方向

   1.乳酸菌种质资源及生物多样性

   从世界各地采集自然发酵食品、母乳、粪便等样品，从中分离鉴定乳酸菌和双歧杆菌，建立世界最大的乳酸菌（双歧杆菌）菌种资源库。从菌株、菌种和菌群三个层面，揭示乳酸菌生物多样性和遗传进化关系，结合菌株代谢特性，实现菌株关键生产特性与功能基因的精细定位。完成不同分离株乳酸菌的群体基因组学分析，揭示该群体的进化、分化规律。

   2.益生乳酸菌、肠道菌群与宿主健康

   以肠道菌群研究为切入点，筛选能够适合不同消费者肠道，并可改善肠道菌群、调节免疫，或具有肿瘤辅助治疗以及对神经系统、呼吸系统疾病防治等功能的益生菌，通过动物试验、人群实验以及多中心临床试验，揭示其调整肠道菌群、实现益生功效的机理机制。

   3.乳酸菌制剂与乳制品加工

   在深入研究菌株生物学特征的基础上，结合基因组和转录组学技术，优化培养基组成和培养环境条件，利用代谢调控和耦合发酵培养技术，建立不同菌株高密度发酵关键技术，开发冷冻干燥高效保护剂和冷冻干燥工艺，解决乳酸菌产业化过程中的菌体生物量和存活率低的技术难题。

   综合应用优良特性益生乳酸菌菌株，研发不同功能的益生菌发酵乳、奶酪；开发高端配方奶粉、高品质酸奶，改进传统乳制品加工工艺，提升我国乳制品产业的自主创新能力和核心技术竞争能力，减少我国企业对外国技术的依赖性。

   三、标志性研究成果

   1.建立了世界最大的乳酸菌种质资源库

   从亚洲、欧洲、非洲、南美洲、大洋洲32个国家采集自然发酵乳制品(牛乳、马乳、驼乳、羊乳、牦牛乳、奶酪），母乳、婴儿粪便样品共计6202份，从中分离、鉴定和保藏乳酸菌47573株，建成了全球最大的乳酸菌菌种资源库，最大限度抢救了“舌尖上的宝贵遗产”，为我国乳酸菌菌种和发酵剂开发利用奠定了基础。2021年，教育部陈宝生部长视察实验室并给予高度评价，指出该菌种库是国家的重要战略资源。2022年8月入选第一批国家农业微生物种质资源库。

图1 乳酸菌种质资源库建设

   同时，从非培养角度完成了中国、蒙古、俄罗斯等国不同乳源的1076个自然发酵乳的细菌多样性分析，揭示了自然发酵乳中乳酸菌的生物多样性受地理因素影响的规律。完成了L. bulgaricus等6种1475株乳酸菌的群体基因组学分析，发现自然发酵乳中乳酸菌丰富的遗传多样性，揭示了乳酸菌基因组受分离地、分离源影响的遗传进化规律。

图2 乳酸菌遗传多样性研究

   2.基于多组学技术，建立了乳酸菌、益生菌、肠道菌群及代谢组数据库

   为探究自然发酵乳中未知细菌的分布，揭示同一微生境中乳酸菌的生存痕迹，依托乳酸菌种质资源库，内蒙古农业大学乳品生物技术与工程重点实验室于2018年启动了“乳酸菌万株基因组计划”，利用自建菌种资源库中1.1万株完成测序的乳酸菌全基因组序列，并结合现有公共数据库中5.19万个乳酸菌基因组数据，建立了iLABdb数据库（https://www.imhpc.com/iLABdb），为乳酸菌产学研开发利用搭建里程碑式的“数据桥梁”。

图2 全球首个乳酸菌基因组云端数据库

   基于液质技术和标准品分析，建立了200余种代谢物(氨基酸、短链脂肪酸、胆汁酸等)的测定方法和标准品比对数据库，挖掘益生菌自身以及在调节人体代谢中的关键活性代谢物。

   3.发明了益生乳酸菌精准筛选技术

   基于多组学技术，发明了益生乳酸菌精准筛选技术。从肠道微生物互作入手，以调节肠道菌群稳态、增加微生物多样性和改善肠粘膜屏障功能等为技术指标，发明了益生乳酸菌精准筛选技术。利用人工智能策略，基于乳酸菌全基因组数据，机器学习算法，构建了乳酸菌益生特性预测模型和一体化乳酸菌筛选平台“iProbiotics” (http://bioinfor.imu.edu.cn/iprobiotics/public)。解决了乳酸菌筛选技术落后、优良菌株匮乏的难题。利用该技术筛选出35株具有显著免疫调节、肠道菌群调节、降血脂、降血压功效的益生乳酸菌，并从动物模型、人群试验和临床研究层面进行了益生特性的功能评价。

图3 基于基因组大数据和人工智能构建益生菌精准筛选技术平台建设

   4.基于乳酸菌基因组学、蛋白质组学和转录组学研究，解决了益生乳酸菌高密度发酵和冷冻干燥的技术难题

   阐明了菌株遗传背景，构建了菌株代谢通路，针对菌株营养缺陷，发明了其高密度发酵产业化工艺，活菌数由原来的0.8×109CFU/mL提至4.0×1010CFU/mL，突破了高密度发酵技术瓶颈。明确了细胞膜氧化损伤是益生乳酸菌高密度发酵、冷冻干燥和储存过程中菌株衰亡的主要原因。开发了微包膜高效保护的乳酸菌冷冻干燥技术，生产出的发酵剂（制剂）活菌数达4.0-15.0×1011 CFU/g以上，解决了冷冻干燥过程中菌体存活率低的技术难题。整体技术被科拓生物全面吸收转化，于2020年在深交所创业板上市，成为中国益生菌产业“第一股”（股票代码300858）。

图5 乳酸菌发酵技术和发酵乳生产中试平台

    5.其他成果

   “十三五”以来，本实验室平台围绕上述成果发表论文318篇；授权专利31项，制修订食品安全标准22项；“基于肠道菌群作用的益生乳酸菌精准筛选及产业化关键技术”和“复合乳酸菌微生态制剂的研究与产业化开发”等科研成果获高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）技术发明奖一等奖、内蒙古自治区科技进步一等奖等多项科技奖励。

   四、平台负责人

   负责人：张和平，教授，博导，国家杰青，何梁何利奖获得者；

   联系人：陈霞，教授，博导；

   联系方式：0471-4308703 邮箱：chenxia8280@163.com