为提高发酵乳杆菌的增殖浓度,对其高密度发酵培养基成分及培养工艺进行优化以提高其活菌数。结果表明,酵母粉复合大分子肽的蛋白胨是发酵乳杆菌的最适氮源,缓冲盐在恒pH培养时对菌株生长无促进作用,Mn²⁺和Mg²⁺均是发酵乳杆菌的限制性微量元素。另外,中性条件下酸根的积累不会对发酵乳杆菌有特异性毒害作用,其生长主要是受到渗透压的抑制。以菌株生长速率被抑制时的碳氮消耗比作为培养基中的碳氮源比例,基于菌株生长速率被抑制时的渗透压确定碳氮源的添加量。进一步优化恒pH分批培养和恒pH自动反馈补糖培养工艺,得到各菌株的最优培养策略:发酵乳杆菌FXJCJ6-1、发酵乳杆菌FGDLZR161、发酵乳杆菌CCFM422分别在恒pH 6.0、5.5、5.5分批培养时,活菌数分别达到(1.3±0.1)×10¹⁰、(1.1±0.1)×10¹⁰、(9.5±0.5)×10⁹CFU/mL,较在MRS培养基静置培养时的活菌数提高了3.1、3.8和4.6倍。该研究结果的应用将显著提高发酵乳杆菌的工业化生产效率。

为探究蛋白改性对复合凝聚微胶囊性质的影响,以水解度为2%的酶解大豆蛋白(hydrolyzed soy protein isolate,HSPI)和海藻酸钠(sodium alginate,SA)为复合壁材,制备出相应的复聚物和复合凝聚甜橙油微胶囊。以ζ-电位和浊度为主要考察指标,确定形成复聚物最佳条件为m(HSP)∶m(SA)=7∶1,pH 3.5,最适作用温度25 ℃。以大豆分离蛋白(soy protein isolate, SPI)与SA复合凝聚制备的微胶囊(soy protein isolate-sodium alginate capsule,ISC)为对照,研究HSPI-SA甜橙油微胶囊(hydrolyzed soy protein isolate-sodium alginate capsule,HSC)各项分析指标,结果发现,HSC的水分含量、乳化稳定性和休止角均小于ISC,有效载量和乳化活性中HSC均高于ISC,热重分析表明HSC耐热性比ISC好。通过固相微萃取-气质联用技术对80 ℃不同加热时间下的HSC的挥发性物质进行分析,结果发现,7种甜橙油特征风味物质含量随着加热时间的延长均有所下降,根据最低含量推测出,HSC可耐受5 h内80 ℃高温。

2'-岩藻糖基乳糖(2'-fucosyllactose,2'-FL)可作为益生元添加到婴幼儿配方奶粉中,对婴幼儿肠道菌群和免疫系统的发育至关重要。通过共表达L-岩藻糖激酶/GDP-L-岩藻糖焦磷酸化酶(L-fucokinase/GDP-L-fucose pyrophosphorylase,fkp)基因和α-1,2-岩藻糖基转移酶(α-1,2-fucosyltransferase,futC)基因,以大肠杆菌Escherichia coli BL21star(DE3)为出发菌株,异源表达脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)和幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)来源的fkp和futC基因,建立了2'-FL的合成途径。通过CRISPR/Cas9系统敲除β-半乳糖苷酶(β-galactosidase,LacZ)和UDP-葡萄糖脂质载体转移酶(UDP-glucose lipid carrier transferase,WcaJ)基因,阻断中间代谢产物的分解,探究该类基因对2'-FL合成的影响。实验结果显示:单敲除LacZ基因促进2'-FL的产量并提高1.88倍,对菌体生长影响不显著;叠加敲除基因LacZ和WcaJ后,2'-FL的产量提高4.89倍,且对菌体生长没有显著影响。通过摇瓶发酵优化,确定了发酵条件为:采用限定性培养基(DM培养基),异丙基-β-D-硫代半乳糖苷诱导浓度为0.2 mmol/L,诱导温度为25 ℃,接种量为5%。在此条件下摇瓶培养,2'-FL产量最高可达1.44 g/L。研究表明敲除β-半乳糖苷酶和UDP-葡萄糖脂质载体转移酶基因可显著提高2'-FL产量,为扩大其工业化生产提供参考依据。

该研究主要通过多种代谢工程策略对大肠杆菌进行改造从而增强菌株L-组氨酸的合成。首先,用人工的开放阅读框(hisL'-λattB'-trpE)替换大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli) BL21(DE3)L-组氨酸操纵子的前导区,同时表达来源于E.coli的ATP转磷酸核糖基酶突变体基因hisG^E271K后,菌株L-组氨酸产量达到872.50 mg/L;其次,通过比较来自谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum,C.glutamicum)ATCC130132、粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens,S.marcescens)ZJZ626和E.coli BL21(DE3)的11种hisG在不同抑制物浓度下的酶活力以及过表达11种hisG基因时L-组氨酸的产量,筛选出最优hisG基因,L-组氨酸产量提高至1 480.42 mg/L;然后,通过CRISPR/Cas9技术将最优hisG整合至基因组;进一步比较不同来源的Prs对菌株L-组氨酸产量的影响,从中筛选出较优Prs进行基因组整合,结果显示,摇瓶发酵72 h后,菌株L-组氨酸产量提高至3 898.06 mg/L,96 h时产量提高至5 574.63 mg/L。该研究为将来L-组氨酸的工业化生产奠定了良好的基础。

以青稞面粉(hulless barley flour,HBF)、不可溶膳食纤维-多酚复合物(insoluble dietary fiber-phenolic compounds,IDF-PC)和可溶性膳食纤维-多酚复合物(soluble dietary fiber-phenolic compounds,SDF-PC)为材料,以阿魏酸(ferulic acid,FA)为对照,采用酶解法制备IDF-PC和SDF-PC,Folin-Ciocalteu法测定多酚含量,利用体外结肠发酵,结合16S rRNA高通量测序,根据微生物的丰度和多样性分析青稞膳食纤维和多酚对肠道微生物协同调节作用,并利用高效液相色谱法进行短链脂肪酸分析。结果表明,HBF、IDF-PC和SDF-PC中含有丰富的膳食纤维和多酚。经体外结肠发酵后,3种样品能够提高肠道微生物的丰度和多样性,明显促进乳杆菌属(Lactobacillus)、艾克曼菌属(Akkermansia)、瘤胃菌科UCG-005(Ruminococcaceae-UCG-005)和瘤胃菌科NK4A214-(Ruminococcaceae-NK4A214-group)的生长,调节作用优于FA。HBF、IDF-PC和SDF-PC经体外结肠发酵后,能够产生较多的短链脂肪酸,乙酸含量最高,分别为(0.29±0.21)、(0.15±0.05)和(0.14±0.10) mg/mL,说明青稞膳食纤维和多酚对肠道微生物有较好的协同调节作用,可为青稞促进机体健康和预防疾病提供科学依据。

“精神益生菌”是一类对神经功能和行为具有调节效果的益生菌。近年来,随着“肠-脑轴”理论的成熟,“精神益生菌”的开发也成为防治神经和精神类疾病的热点研究之一。该研究采用慢性不可预知温和刺激(chronic unpredictable midstress,CUMS)建立抑郁小鼠模型,并对小鼠进行为期4周的复合乳酸菌(短双歧杆菌CCFM1025、婴儿双歧杆菌CCFM687、乳酸片球菌CCFM6432)干预治疗。结果表明,复合乳酸菌能够提高慢性应激小鼠的糖水偏好性,减少其在强迫游泳实验中的不动时间,并增加其在高架十字迷宫中开放臂的活动时间;其作用机制与减少血清中皮质酮和大脑前额叶皮质的促炎因子(TNF-α和IL-1β)水平相关。慢性应激小鼠还表现出显著的便秘症状,而复合乳酸菌能够通过提高肠道短链脂肪酸、5-羟色胺(5-hydroxytryptomine,5-HT)及其受体基因表达(Htr4)的水平,增加小鼠的排便速率。此外,益生菌干预小鼠的肠道色氨酸(L-tryptophan,L-Trp)与脑中色氨酸和5-HT的含量具有显著正相关性,这表明对肠道和大脑L-Trp/5-HT合成的调控,可能是益生菌缓解便秘和抑郁的共同机制。研究结果证实了该复合乳酸菌制剂作为精神益生菌的潜力,拓展了益生菌及其发酵制品的营养功能和应用范围,也为抑郁症及其伴随胃肠道功能紊乱的治疗提供了新的思路。

为缓解肉类供给不足的压力,以营养价值较高的植物蛋白素肉产品替代传统肉类成为食品研究发展的新方向。然而,目前缺少对植物蛋白素肉的产品配方、加工技术、产品品质、消费者态度等的系统综述。因此,该文总结了植物蛋白素肉的组成成分及其对产品品质的影响,分析了植物蛋白素肉在加工过程中所应用的加工技术及在质构、颜色、风味、营养方面的品质现状,进而阐述了植物蛋白素肉的市场接受程度,以期促进植物蛋白素肉科学研究的进一步发展,并促进其产品市场的扩大化。

为了提高牛乳铁蛋白功能片段(bovine lactoferrin functional fragment, BlfFf)产量,研究了基因拷贝数对重组毕赤酵母蛋白表达及酵母存活率的影响。将未折叠蛋白响应(unfolded protein response,UPR)激活因子基因HAC1、信号肽切割酶基因Kex2导入重组毕赤酵母BlfFfG01,并以核糖体rDNA非转录基因间隔区同源整合的方法结合PTVA(posttransformational vector amplification)法扩增重组菌株的基因拷贝数。利用SDS-PAGE、Western Blot、ELISA及流式细胞术分析多拷贝重组菌株发酵产物。分析表明,重组蛋白产量随着BlfFf基因拷贝数的增加而增加,但并非线性递增。HAC1拷贝数为3的BlfFfG12菌株产量相比单拷贝的BlfFfG10提高了150%,但更高的HAC1基因拷贝数降低了重组蛋白产量。流式细胞术分析显示,发酵末细胞存活率随着重组菌株中BlfFf基因拷贝数增加而下降,而HAC1基因拷贝数增加可一定程度上提高细胞存活率。摇瓶中BlfFf产量最高的BlfFfG12菌株(11拷贝BlfFf、3拷贝HAC1),在5 L罐进行高密度发酵,表达量为133.4 mg/L。BlfFf与HAC1基因拷贝数对重组蛋白产量及细胞存活率影响显著,优化其基因拷贝数可有效增加重组蛋白产量。

为提升虾青素的生物利用率,构建了油凝胶基纳米乳液,并以此为输送体系来递送虾青素。以小烛树蜡作为凝胶剂制备油凝胶,小烛树蜡的最低添加量为1.2%(质量分数,下同)。2.0%的小烛树蜡油凝胶比1.2%的具有更高的凝胶相变温度、硬度以及弹性。流变学研究表明,两者均表现出凝胶网络结构,而2.0%的小烛树蜡油凝胶网络更强。以2.0%小烛树蜡油凝胶为油相制备2种纳米乳液,同鸡蛋清白蛋白相比,以乳清分离蛋白作为乳化剂的纳米乳液具有更小的粒径和更大的ζ-电位,乳液稳定性更强。包埋虾青素的油凝胶和2种纳米乳液的体外模拟消化实验表明,纳米乳液的脂解程度和虾青素的生物利用率均显著高于油凝胶,且以乳清分离蛋白为乳化剂的纳米乳液的消化情况优于鸡蛋清白蛋白稳定的乳液。该研究将虾青素的生物利用率提高到了43.6%,为虾青素的高效利用提供了新的思路。

在谷氨酸棒杆菌发酵产L-异亮氨酸的过程中,发酵后期菌体活力变弱,副产物增多,是限制L-异亮氨酸产业化的主要因素。研究通过3个阶段全营养流加策略探究最适发酵条件。首先,为解决L-异亮氨酸发酵中后期菌种活力下降的问题,实验通过利用发酵中后期全营养培养基流加策略,使得L-异亮氨酸达到了33.0 g/L。其次,为了解决初始发酵培养基高营养抑制问题,采用低浓度初始发酵培养基偶联发酵过程流加全营养控制策略,L-异亮氨酸达到了36.8 g/L。最后,由于玉米浆的高用量造成发酵染菌、起泡过多及后提取困难等产生的问题,通过清洁氮源丝肽粉等比例替换玉米浆全营养流加实验,使得副产物缬氨酸(valine,Val),亮氨酸(leucine,Leu),丙氨酸(alanine,Ala)分别降低到1.4、0.8、0.5 g/L,比初始降低了82.5%、86.7%和88.9%。通过上述3个阶段全营养流加策略,使得L-异亮氨酸产量提升的同时,副产物生成也得到有效的抑制。

组胺广泛存在于发酵食品中,当人体误食高含量组胺食物时会引起严重过敏反应,因此需要建立对食品中组胺进行吸附与去除的方法。以组胺为模板分子、甲基丙烯酸为功能单体、二甲基丙烯酸乙二醇酯为交联剂,按1:10:40的体积比通过表面聚合方法在二氧化硅表面制备组胺分子印迹聚合物,并进行了吸附动力学和等温吸附表征。结果表明,该印迹聚合物对组胺具有优异的吸附性能,吸附容量高达13.1 mg/g,印迹因子达到4。相对于组氨酸、酪胺、苯乙胺等结构类似物,该印迹聚合物亦对组胺展现了良好的特异性吸附能力,其吸附容量是组氨酸的13倍。该印迹聚合物已成功应用于酸奶中组胺的吸附与去除。

静电喷雾干燥是新型微囊化益生菌的方法。该文研究了静电喷雾干燥乳双歧杆菌BL03保护剂和微囊化工艺,通过单因素和正交试验,优化得到保护剂组成为海藻糖14%,亚麻酸10%,CaHPO₄ 6%,β-环糊精11%(均为质量分数),最佳静电喷雾微囊化工艺进风温度80 ℃,物料泵流量30 r/min,静电压25 kV,存活率高达89.26%。乳双歧杆菌BL03菌粉扫描电镜图片显示,静电喷雾干燥微囊化包埋效果最好,包埋率高达93.3%。比较静电喷雾干燥、常规干燥和乳化冷冻干燥3种微囊化方法,静电喷雾干燥模拟胃液作用2 h,存活率超过80%;模拟肠液作用4 h,存活率达到75%;25 ℃下储存12个月,活菌数存活率超过70%,均明显优于常规干燥和乳化冷冻干燥,说明静电喷雾干燥微囊化方法适合包埋乳双歧杆菌。

嘧啶核苷包括尿苷和胞苷,是生产抗病毒和抗肿瘤药物的重要中间体。为获得胞苷高产菌,该研究以高产尿苷的大肠杆菌UR6为出发菌株,利用CRISPR/Cas9介导的基因组编辑技术对其进行了一系列的代谢工程改造。结果显示,cdd、cmk和ygdH 3个基因的敲除阻断了胞苷及其前体物的主要降解途径,使胞苷产量达到了2.8 g/L,而尿苷产量基本无变化;突变体PyrH_ecj(D93A)和PyrG_cgl(D160E、E162、E168K)的引入结合nudG基因的双拷贝有效增强了胞苷合成途径,使胞苷产量提高至5.6 g/L,尿苷产量降低至9.3 g/L;引入酵母菌的5'-核苷酸酶PHM8使尿苷的产量提高至11.5 g/L,而对胞苷的积累影响不大;乳清酸核苷-5-磷酸脱羧酶和尿苷酸激酶的融合表达,增强了尿苷酸到胞苷的合成通量,使胞苷产量进一步提升至7.2 g/L,尿苷产量降低至8.2 g/L。最终所得菌株可用于胞苷和尿苷联产,具有较好的工业化应用前景。

为挖掘云南地方酿酒葡萄品种‘法国野'的酿酒潜力,筛选适合该品种的葡萄酒生产类型和基本工艺。采用4种工艺酿制2个类型葡萄酒:浸渍发酵法(maceration-fermentation, MF)酿制干红葡萄酒、冷浸渍+放血法(cold pre-fermentation maceration & saignée, CMS)酿制桃红葡萄酒、冷浸渍+放血+浸渍发酵法(cold pre-fermentation maceration, saignée and maceration-fermentation, CMS-MF)酿制干红葡萄酒,直接压榨法(direct press, DP)酿制桃红葡萄酒,其中2款干红葡萄酒均进行苹果酸-乳酸发酵(malolactic fermentation,MLF)。陈酿3个月后,对4款葡萄酒进行理化指标分析和感官评价。结果表明:与DP和MF相比,CMS和CMS-MF可分别显著提高桃红和干红葡萄酒的单宁、花色苷、总浸出物含量及色度;且CMS和DP桃红葡萄酒的香气、口感和总评得分均显著高于MF和CMS-MF干红葡萄酒,但同类型葡萄酒间的感官质量并无显著差异(P<0.05)。相关性分析表明,感官评价总评得分与酒精度和可滴定酸含量呈显著正相关,与花色苷、单宁和总浸出物含量呈显著或极显著负相关,这证明了MF和MLF工艺均不利于改善‘法国野'葡萄酒的感官质量。此外,与CMS相比,DP可显著提高葡萄汁的还原糖含量和最终葡萄酒的酒精度,并显著降低对单宁的浸提,且保持相当的感官质量。因此,酿酒葡萄‘法国野'更适合于酿造桃红葡萄酒,可将DP作为首选工艺,因其在确保葡萄酒感官质量的同时,又可减少工序、节约成本。

以鲜蚕蛹为原料,采用等电点沉淀法提取水溶性蛋白,并对其功能性质进行研究。结果表明,蚕蛹水溶性蛋白是一种优质蛋白,必需氨基酸含量占总氨基酸含量的39%。蛋白溶解度在70 ℃条件下降低程度较小,在pH 4.0~9.0,溶解度因α-螺旋与β-折叠增加呈上升趋势,pH值>9.0后,β-转角和无规则卷曲含量增加,但蛋白展开程度较小且蛋白之间斥力的增加,溶解度仍随pH的增加而继续增大,在NaCl浓度为0.2~1.0 mol/L时,溶解度随着NaCl浓度增加呈上升趋势,>1.0 mol/L后因盐析作用溶解度下降。蛋白乳化性能在油相体积分数35%、蛋白质量浓度1.0 g/L、pH 10.0下较好,蛋白起泡性在蛋白质量浓度3.0 g/L下最高,蛋白泡沫稳定性在蛋白质量浓度1.0 g/L下最高,蛋白持油性最大为3.9 g/g。该实验结果为蚕蛹水溶性蛋白的综合利用提供理论依据。

该文系统研究了食品级明胶基Pickering乳液的pH、离子强度和热稳定性,并利用3种性质的Pickering乳液实现对β-胡萝卜素的装载。结果表明,在等电点(pH 5)附近,几乎不能形成稳定的乳液。提高分散液的静电斥力,有利于形成均匀的Pickering乳液;NaCl的添加导致静电屏蔽的产生,使液滴粒径和乳析指数(creaming index,CI)增加,随着离子强度的进一步增加(100~500 mmol/L),由于液滴间相互作用的改善,使得液滴粒径和CI相对减小并趋向于稳定;乳液经过加热处理后,网络结构被破坏,液滴聚集,导致液滴粒径和CI随着处理时间的延长而增加;β-胡萝卜素的装载研究表明,高黏弹性Pickering乳液可显著降低β-胡萝卜素的光降解,经过 30 d的储藏(4 ℃)仍可保留70%以上。此外,高黏弹性乳液可显著提高β-胡萝卜素的生物可及性,更有利于体内消化吸收。

随着消费者对绿色产品的要求越来越高,人们开始考虑用天然植物精油作为抑菌剂代替化学合成杀菌剂。精油是从植物中分离的天然杀菌剂,具有对抗多种病原微生物的活性,在抑制真菌病害和减少真菌毒素积累方面具有较好的功效,逐渐被广泛应用于食品防腐保鲜、化妆品、医药等领域。该文综述了不同植物精油的化学组成和抑菌作用,分析了植物精油的抑菌机制,最后讨论了植物精油作为抑菌防霉剂的应用及研究进展,以期为探寻安全的天然抑菌剂提供参考。

从组学水平分析富硒条件下酿酒酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)内在分子机制,为酿酒酵母菌富硒研究及富硒基因的挖掘利用提供理论依据。该研究以不加硒培养的酿酒酵母菌作为对照组Kb,以加20 μg/mL硒培养的酿酒酵母菌为实验组Se,利用Illumina高通量测序平台对两组进行转录组测序,通过生物信息学方法对数据进行分析处理。结果表明,转录组测序共获得6 445个Unigenes,分别有1 401个(21.74%)、3 665个(56.87%)、5 630个(87.35%)、6 112个(94.83%)、6 077个(94.29%)、5 059个(78.49%) Unigenes被注释到GO、KEGG、COG、NR、Swiss Prot和Pfam数据库,共有6 150个(95.42%)Unigenes得到注释。在GO功能注释中,共得到41个GO功能小类,在KEGG代谢通路分析时,获得了113条KEGG通路。该转录组测序数据质量高,结果覆盖面广,为酿酒酵母菌富硒基因挖掘和研究提供了一定的理论参考。

以形态、荚膜多糖产量、胞内相溶性溶质含量一致的不同乳杆菌为研究对象,通过气相质谱联用测定各菌体稳定期的细胞膜脂肪酸组成并统计冻干存活率,分析乳杆菌细胞膜脂肪酸组成特点与冻干存活率的关系。而后通过测定酸应激、冷应激及发酵过程添加吐温20、吐温80后菌体细胞膜脂肪酸组成及冻干存活率,探索基于细胞膜脂肪酸改善提高冻干存活率的高效调控手段。研究结果表明,培养至稳定期的乳杆菌的细胞膜脂肪酸不饱和率约为(54.01±0.05)%~(64.14±0.13)%、平均链长约为17.21~17.39。环境应激处理对细胞膜脂肪酸组成造成的变化较小,而添加外源脂肪酸对细胞膜脂肪酸组成造成的影响较大。通过在mMRS液体培养基添加2 mL/L的吐温80,短乳杆菌173-1-2的不饱和率从(64.14±0.13)%升至(80.31±0.04)%,冻干存活率也从(41.87±1.44)%升至(60.72±1.15)%;鼠李糖乳杆菌FJND的不饱和率从(54.01±0.05)%升至(74.72±0.10)%,冻干存活率从(45.22±1.54)%升至(59.63±1.55)%。该实验为调控乳杆菌细胞膜状态从而提高冻干存活率提供了指导。

为提高生物合成己二酸的能力,基于计算酶设计对5-羧基-2-戊烯酰-辅酶A还原酶的活性口袋进行改造。基于蛋白质和底物分子结构模型,通过对Ser 88、Leu 89、Ile 90、Pro 91、Ala 92、Val 93、Lys 95、Leu 96、Thr 161、Thr 246、Thr 249、Ile 250、Gln 253和Tyr 367这14个位点进行突变设计,以引入氢键网络来增强突变酶与5-羧基-2-戊烯酰-辅酶A的结合作用,继而提高酶促反应催化效率。在10个设计(Des0～Des9)中,Des0、Des3、Des4和Des9中底物的羧基可与设计的突变Gln253Arg和Ile250Gln形成氢键,且Gln253Arg可与突变Leu89Ser(Des0和Des9)或Leu89Thr(Des3和Des4)以及非设计位点Thr364形成氢键。为检验设计的合理性,该文通过分子动力学模拟分析设计的氢键的稳定性。结果表明,Des0设计中的4个氢键在16 ns分子动力学模拟过程中始终比较稳定,表明Des0可能与5-羧基-2-戊烯酰-辅酶A有较强的结合作用。据此,可推测Des0设计有可能提高催化5-羧基-2-戊烯酰-辅酶A反应的活性,可对其进行后续实验验证。