食品用微生物菌种是我国传统发酵食品产业的重要种质资源。该文在第一版的基础上,对分离自我国酒类、乳制品类、调味品类和发酵茶等传统发酵食品的微生物菌种进行了收集、补充和整理,形成了第二版中国传统发酵食品用微生物菌种名单。该名单共涵盖56个属124种,包括细菌74种,酵母22种和丝状真菌28种;较第一版新增菌种49种,主要涵盖醋杆菌属(Acetobacter spp.)、芽胞杆菌属(Bacillus spp.)、伴生乳杆菌属(Companilactobacillus spp.)、乳球菌属(Lactococcus spp.)、魏斯氏菌属(Weissella spp.)、梭菌属(Clostridium spp.)、假丝酵母属(Candida spp.)、德巴利酵母属(Debaryomyces spp.)、毕赤酵母属(Pichia spp.)、曲霉属(Aspergillus spp.)、散囊菌属(Eurotium spp.)和根霉属(Rhizopus spp.)等。更新了第一版名单中41个菌种的分类学信息。该研究为补充和完善我国传统发酵食品用微生物菌种的应用及管理,促进我国发酵食品产业健康发展提供了参考和依据。

现有柠檬酸生产以黑曲霉孢子直接接种,种子延滞期长,发酵水平波动大。针对上述问题,提出孢子预培养策略缩短种子培养周期,通过颗粒物添加和振荡分散调控菌丝球形态均一性。研究获得了最适的孢子预培养条件:碳源为葡萄糖,氮源为玉米浆,Ca²⁺浓度为10 mmol/L,初始pH为5.0,温度为35 ℃,初始孢子浓度为0.8×10⁷ CFU/mL,在有氧条件下培养10 h。研究发现,孢子萌发前,颗粒物对孢子凝聚和菌丝球形态影响显著(P<0.05),发芽孢子的凝聚对最终菌丝球形态起决定性作用。同时,小菌丝球会导致发酵产酸速率显著提高(P<0.05)。最后,在5 000 L规模工艺放大中,种子培养周期缩短12 h以上,成球率增加了18.3%,最大产酸速率提高了7.5%,发酵强度增加0.14 g/(L·h),发酵周期缩短2 h,糖酸转化率升高1.2%。该研究对提升柠檬酸生产效率具有重要参考意义。

L-酪氨酸是多种有价值的次级代谢产物的通用前体。地衣芽胞杆菌中芳香族氨基酸合成是通过莽草酸途径进行,但代谢调控的潜在机制仍不清楚。该研究对地衣芽胞杆菌合成酪氨酸过程中莽草酸途径代谢节点进行挖掘。通过发酵优化、提升细胞摄氧能力、荧光定量PCR检测途径基因转录水平、多个节点基因的不同组合方式过表达以及莽草酸补加等策略,对莽草酸途径代谢节点进行挖掘。在最优发酵条件下,重组菌HGPA合成酪氨酸单位菌体产量可以达到71 mg/L。荧光定量PCR结果表明,vgb基因的过表达后aroC和aroD基因转录水平分别是原始菌的2.57和2.91倍,酪氨酸单位菌体产量从71 mg/L提升至100 mg/L,提升了40.8%。在HGPA的基础上分别过表达基因aroC,aroD和aroK,其中HGPAD与HGPAK重组菌酪氨酸合成量可以达到1 200 mg/L。发酵过程中补加5 g/L莽草酸时,HGPA与HGPAK的酪氨酸合成分别可以达到1 311和1 490 mg/L。aroD和aroK是地衣芽胞杆菌合成酪氨酸过程中莽草酸途径的重要代谢节点。aroD和aroK的过表达可以提升L-酪氨酸的合成但是不能彻底解除节点代谢流的限制。该研究为进一步实现地衣芽胞杆菌工业生产L-酪氨酸及其高价值衍生物的应用潜能奠定了基础。

黑曲霉(Aspergillus niger)是食品工业中重要的生产菌株,广泛应用于酶和有机酸生产。为提高黑曲霉遗传操作效率,对黑曲霉转化及重组菌株筛选策略进行优化。基于已报道的最佳转化条件对黑曲霉AG11进行电转化、农杆菌介导和聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)介导转化(Agrobacterium-mediated and PEG-mediated transformation,PMT),单个潮霉素转化板分别得到0、30和6个转化子。其中,PMT的转化子阳性率最高。基于优化后的原生质体制备条件:0.8~1 g松散的菌丝球于10 mL Yatalase溶液(0.8 mg/mL,pH 5.5)反应2.5 h,获得原生质体并进行PMT,转化效率较优化前提高14倍。为提高转化子筛选效率,将融合绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)的天冬酰胺酶(asparaginase,ASN)基因整合至黑曲霉AG11糖化酶位点,并通过流式细胞仪分选表达ASN的孢子。分选结果显示,0.3%的孢子能表达GFP(共筛选30万个孢子)。酶活力分析表明,65%表达GFP的孢子能表达ASN。研究结果将为黑曲霉基因编辑提供重要方法学基础。

风味是人的感官受食物刺激后各种感觉的综合,是消费者判断果蔬汁品质的重要指标。果蔬汁通过乳酸菌发酵可改善原有风味与品质,但存在加工工艺不成熟、风味形成机制尚不明确等问题。文章从乳酸菌发酵对果蔬汁风味的影响以及工艺优化措施等方面进行系统梳理,并对益生菌发酵果蔬饮料的发展趋势与面临的挑战提出了展望,以期为果蔬汁的深度开发、风味调控等方面提供借鉴。

便秘(constipation)是一类常见的胃肠道疾病,其发病率呈逐年上升的趋势。临床研究发现,便秘患者肠道菌群失调。通过赋予机体一定量的活性益生菌来调节肠道菌群,已然成为治疗便秘的重要手段。因此,该研究选取2株具有不同缓解便秘效果的副干酪乳杆菌进行研究。通过对便秘相关指标的检测,再次证实仅有来源于健康成人粪便中的副干酪乳杆菌LPC-F具有缓解便秘的作用。进一步通过对便秘相关胃肠调节肽、血清中炎症因子、结肠Cajal间质细胞的数量、肠道菌群及其代谢产物短链脂肪酸等指标进行检测,解析副干酪乳杆菌LPC-F缓解便秘的可能方式。结果表明副干酪乳杆菌LPC-F可能通过改变肠道菌群的结构,提高肠道内乙酸的水平,乙酸则通过刺激肠嗜铬细胞释放5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT),释放入肠腔的5-HT通过与其受体相结合,促进结肠Cajal间质细胞(interstitial cells of Cajal, ICC)的增殖,从而最终增强肠蠕动缓解便秘。

胶原蛋白是结缔组织中一种重要蛋白质,具有抗皱、抗老化和补钙壮骨的功效,在食品工业中应用广泛。由于胶原蛋白的需求量大,因此利用重组微生物生产胶原蛋白成为近年来的研究热点。该文采用重组有类人胶原蛋白基因的毕赤酵母,通过优化培养基成分,使其在无机盐培养基中表达胶原蛋白。首先,类人胶原蛋白在每24 h补加体积分数1.5%甲醇诱导120 h后的产量可达18.87 mg/L,进而将无机盐培养基中盐浓度降至1/3,有效避免了类人胶原蛋白的水解,也减少了重组毕赤酵母菌株分泌的杂蛋白量。进一步添加1 g/L L-脯氨酸等辅助营养物使类人胶原蛋白的产量提高至40.26 mg/L,为初始类人胶原蛋白表达量的2倍。结果表明,添加氨基酸等氮源能显著提高重组毕赤酵母的类人胶原蛋白分泌量,为重组类人胶原蛋白的发酵生产提供了指导。

该研究基于宏基因组学技术对3种香型白酒大曲微生物群落及其功能特征进行解析,采用顶空固相微萃取气质联用(headspace solid-phase microextraction/gas chromatography-mass spectrometry)检测大曲风味物质,并通过关联性分析探究微生物与风味间的联系。结果表明3种大曲菌群结构具有显著差异,线性判别分析(linear discriminant analysis effect size,LEfSe)揭示浓香型大曲特征细菌属和真菌属为Bacillus和Lichtheimia、Saccharomyces,其中高丰度的Bacillus有利于四甲基吡嗪和2,3-丁二醇的生成;清香型大曲特征菌群以Lactobacillus、Weissella等产酸细菌属和产酯真菌属Pichia组成,使得清香型大曲中酯类风味物质含量显著高于其他大曲。酱香型大曲特征细菌属和真菌属分别为Desmospora、Saccharopolyspora和Byssochlamys、Aspergillus等。基于KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genome)功能注释可知3种大曲参与碳水化合物代谢与氨基酸代谢的功能基因最多且均存在显著差异。在3种大曲中,清香型大曲微生物在碳水化合物代谢比例最高,而酱香型大曲中氨基酸代谢比例最高。该研究阐明了3种大曲微生物菌群结构差异以及核心产香微生物,为后续筛选功能微生物与开发功能型强化酒曲提供了理论基础。

为对乳酸菌食品中的污染菌进行计数和鉴定,采用MRS琼脂对6种乳酸菌粉和12种市售乳酸菌食品中的乳酸菌进行计数,同时用平板计数琼脂(plate count agar,PCA)、不含糖的计数琼脂(count agar sugar free, CASF)对上述样品中的菌落总数和非乳酸菌进行计数。对PCA和CASF平板上的菌落,采用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(matrix-assisted laser desorption/ ionization time of flight mass spectrometry,MALDI-TOF MS)进行鉴定。数据显示,乳酸菌粉的乳酸菌计数结果为3.2×10¹⁰～4.7×10¹⁰CFU/g,PCA和CASF平板上没有菌落生长。12种市售乳酸菌食品的乳酸菌计数结果均高于10⁶CFU/g。MALDI-TOF MS鉴定发现,PCA上的菌落既有乳酸菌,又有非乳酸菌;乳酸菌不能在CASF平板上形成菌落,在CASF平板上生长的菌落,经鉴定均为非乳酸菌,属于乳酸菌食品中的污染菌。采用不含糖的计数琼脂CASF结合MALDI-TOF MS鉴定技术,可迅速准确对乳酸菌食品中污染菌进行计数和鉴定。

己酸乙酯是浓香型白酒的重要风味物质,提高浓香型基酒中己酸乙酯含量有助于提高其优质酒率。通过传统筛选方法从不同酒曲中筛选出1株高产己酸乙酯酵母,采用形态观察、生理生化分析和分子生物学对其进行鉴定,并通过单因素试验优化发酵条件。从源于不同酒曲的79株酵母中确定了1株高产己酸乙酯酵母,命名为Y9,并鉴定为Hyphopichia burtonii。酵母Y9具有优良的NaCl、葡萄糖、乙醇和己酸乙酯耐受性以及宽广的pH适应性,能够较好地适应浓香型白酒酿造环境。在糖度为14°Brix、初始pH 5.0、诱导温度22 ℃且静置发酵、乙醇体积分数8%、己酸体积分数0.04%、发酵时间60 h时,酵母Y9所产己酸乙酯质量浓度达到15.0 mg/L。该研究为产香酵母Y9更好地应用于白酒发酵提供了理论基础。

1,5-戊二胺(戊二胺)具有良好的生物活性,广泛应用在农业、医药以及工业等领域。赖氨酸脱羧酶可以催化L-赖氨酸生产戊二胺,为了提高赖氨酸脱羧酶催化合成戊二胺的效率,首先在大肠杆菌中克隆表达了粘质沙雷氏菌来源的赖氨酸脱羧酶(SmcadA)。生化特征表明,SmcadA最适催化pH为6.0,最适催化温度约为40 ℃。随后对SmcadA的第348位氨基酸进行了突变研究,筛选获得了催化效率显著提高的突变体Gly348Ala,主要原因是该突变导致蛋白中氨基酸残基和底物之间相互作用的氢键数增加,从而影响其催化效率。最后,对重组菌株细胞进行了戊二胺合成研究,催化反应25 h,含有突变体Gly348Ala的重组菌细胞可以催化合成218.2 g/L戊二胺,野生型SmcadA重组菌仅能催化合成159.2 g/L戊二胺。该研究结果为工业化酶催化合成戊二胺提供了借鉴。

黑蒜是大蒜在高温高湿条件下自然形成的一种功能性深加工产品。文章综述了黑蒜形成过程中的营养物质变化、黑蒜的生物功能、加工工艺及黑蒜内生菌等研究内容,并对黑蒜产业目前存在的问题及未来的研究方向进行展望,旨在为黑蒜产品的深度开发和黑蒜产业的健康发展提供理论参考。

为探究发酵乳杆菌LFQ153胞外多糖(exopolysaccharides,EPS)对RAW264.7巨噬细胞氧化损伤的保护作用与机制,该研究以DPPH自由基和羟自由基清除能力研究EPS的体外抗氧化水平。通过脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)刺激RAW264.7巨噬细胞建立氧化损伤模型,以抗氧化酶活力、丙二醛(malondialdehyde,MDA)和NO含量,及炎症因子表达为指标,研究EPS对细胞氧化损伤的保护作用。以Nrf2/HO-1/NF-κB通路相关基因表达水平,探讨EPS保护细胞氧化损伤的作用机制。此外,该研究采用离子色谱分析EPS的单糖组成。结果表明, EPS的DPPH自由基和羟自由基清除率分别为(64.19±1.03)%和(61.87±3.09)%。与LPS处理组相比,EPS可显著提高巨噬细胞超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶的活力,降低MDA和NO含量,以及诱导型一氧化氮激酶、肿瘤坏死因子-α、白介素1β和白介素6的mRNA表达水平。并且,EPS促进氧化损伤巨噬细胞中Nrf2和HO-1的mRNA表达,抑制NF-κB的活化。此外,结构分析表明EPS由盐酸氨基葡萄糖、半乳糖、葡萄糖和甘露糖组成,摩尔比为2.48∶10.26∶50.22∶8.16。该研究表明,EPS可以保护巨噬细胞氧化损伤,且这种保护作用与Nrf2/HO-1/NF-κB通路的调节及EPS的单糖组成有关。

微生物胞外多糖具有多种有益特性,是潜在的益生元。胞外多糖BPS-2是从苏云金芽孢杆菌IX-01通过高密度发酵后提取出来的。BPS-2是一种由氨基半乳糖、阿拉伯糖、氨基葡萄糖、葡萄糖和甘露糖组成的杂多糖,摩尔比为5.53∶1.77∶4.74∶3.24∶1,其多糖分子质量为27.96 kDa。该研究通过四唑盐试验法对BPS-2的细胞毒性进行了评价,在验证了其多糖无细胞毒性的前提下,采集了10位健康人粪便微生物,探究BPS-2对人体粪便菌群组成及代谢产物的影响。在体外进行48 h的静态发酵时,与阴性对照相比,BPS-2明显增强了短链脂肪酸的产生(P＜0.05),乙酸、丙酸、丁酸和总短链脂肪酸的浓度分别达到(31.59±0.73)、(10.82±0.65)、(8.18±0.2)和(50.59±1.54)mmol/L。通过16S rRNA基因测序表明BPS-2可以显著增加有益菌属Parabacteroides的相对丰度,并减少有害微生物菌群Megamonas和Fusobacterium的相对丰度,进而参与改善宿主肠道微生物区系的结构。这是关于苏云金芽孢杆菌生产的BPS-2体外益生特性的首次报告,为其在食品工业中的应用提供了基础。

采用水提法提取荸荠多糖,通过单因素和正交试验优化提取参数,并对荸荠多糖进行体外抗氧化活性测定。结果表明,多糖得率最高的提取参数为:乙醇体积分数80%、料液比1∶5(g∶mL)、解析时间32 min、提取时间 20 min,在此条件下荸荠多糖提取率为17.86%。体外抗氧化试验结果显示荸荠多糖对DPPH自由基和·OH有较强的清除能力,表现出较强的抗氧化活性,对DPPH自由基和·OH的清除率的半抑制浓度(half inhibitory concentration,IC₅₀)值分别是0.142、0.177 mg/mL。综上所述,荸荠多糖具有良好的抗氧化活性,可作为天然抗氧化剂。

谷氨酸棒杆菌是食品安全级菌株,可作为生产高价值产物的优良底盘细胞用于工业生产。它具有良好的分泌系统,是表达重组蛋白的潜在宿主,有极大的研究价值。为优化底盘细胞提高其蛋白表达能力,挖掘并验证谷氨酸棒杆菌中与外源蛋白高表达相关的基因。在谷氨酸棒杆菌重测序的基础上,应用生物信息学对单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphisms, SNP)基因进行挖掘,分析基因保守结构域。通过构建SNP基因过表达和敲除重组菌株,评估其生长情况以及增强型绿色荧光蛋白(enhanced green fluorescence protein, EGFP)和人重组特立帕肽(recombinant human teriparatide, rtPTH)的外源蛋白表达能力。分析并整理了高产量外源蛋白菌株的重测序数据,共有33个SNP突变位点,主要涉及5个基因。其中SNP重组菌株over-2370和ko-973-974的荧光值最高,并且发酵生产rtPTH,均比野生型(wild type,WT)提高了近1倍。该研究成功挖掘出与蛋白表达相关的基因GL002370和GL000974,这些发现将有助于获得优化的底盘细胞,并为深入研究增加蛋白产量的靶基因提供指导。

发酵蔬菜起源于3 100年前商代武丁时期进而传承至今,并成为了我国重要的传统发酵食品之一。蔬菜在封闭式厌氧环境中通过微生物的代谢和一系列化学反应赋予蔬菜异于其原有感官的风味品质深受消费者喜爱。风味物质组成是决定发酵蔬菜特色风味品质的关键,因此一直是发酵蔬菜领域的研究热点之一。该文综述了发酵蔬菜风味物质的种类、形成机制和非生物影响因素,并对其未来研究进行了展望,以期为发酵蔬菜产业的提质增效提供理论依据。

粪肠球菌Gr17(Enterococcus faecalis Gr17)是从白酒酒醅中分离的高产细菌素的菌株,该研究以Gr17为研究对象,筛选可正向调控细菌素合成的营养胁迫条件,并初步探究该条件正向调控细菌素合成的具体机制。以MRS培养基为对照,测定在1/4 MRS、1/2 MRS和3/4 MRS的营养胁迫条件下,该菌生长及细菌素产量的变化,并采用实时定量聚合酶链式反应(real-time quantitative polymerase chain reaction,RT-qPCR)测定群体感应调控中与细菌素合成相关基因的表达水平。结果表明,随初始营养物质的减少,菌体生长密度减小。但发现1/4 MRS的胁迫条件下菌株细菌素产量显著上升。RT-qPCR结果显示,在1/4 MRS的胁迫条件下,细菌素结构基因ent I、ent J和ent Gr17,ABC转运系统调节基因AS-48E、AS-48F、AS-48G、AS-48H,自诱导肽基因AIP以及双组分调节基因hpk和rr的表达均显著上调(P＜0.05)。因此,营养胁迫对粪肠球菌Gr17的生长不利,但1/4 MRS的胁迫条件可正向调控细菌素合成,且受群体感应系统调控。该研究期望为营养胁迫对细菌素合成的调控机制相关研究提供参考。

结冷胶寡糖由结冷胶降解所得,具有益生活性、植物诱导抗病性等多种生物学功能,其制备意义重大。该研究通过构建重组毕赤酵母以实现结冷胶裂解酶异源表达,并应用于裂解结冷胶制备结冷胶寡糖。重组菌株经筛选鉴定,首先于摇瓶水平诱导表达结冷胶裂解酶,获得酶活力最高为266.4 U/L的菌株;随后在7 L发酵罐中进行高密度发酵,酶活力达954.6 U/L。对重组结冷胶裂解酶进行分离纯化并研究其酶学性质,结果表明,酶促降解反应最适催化温度和pH分别为45 ℃和7.5,在45~50 ℃和pH 7.0~9.0下稳定,Zn²⁺对酶活性略有促进作用,Al³⁺对酶促反应具有较强的抑制作用。通过薄层色谱法联用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱分析降解产物,该结冷胶寡糖聚合度为4。该研究首次在毕赤酵母中成功表达Bacillus sp.GL1来源结冷胶裂解酶,特异性降解结冷胶制备寡糖,具有一定的工业应用潜力和指导意义。

多糖和蛋白质是食品中最重要的2种功能大分子,可以通过相互作用形成复合水凝胶。与单一组分相比,多糖和蛋白质形成的复合水凝胶不仅具有优异的物理结构和化学性质,而且具有提高复合体系机械性能的潜在优势。该文对部分多糖-蛋白质复合水凝胶的研究进展进行总结,综述了形成复合水凝胶的多糖及蛋白质的类型和条件、二者主要相互作用及影响二者相互作用的内部和外部因素,阐述了多糖对其与蛋白质形成复合水凝胶机械性能的影响,并概述了多糖-蛋白质复合水凝胶在食品工业及生物医药等领域的应用现状。该文将为多糖-蛋白质基创新凝胶的设计、开发及应用提供理论参考依据。