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。

肌苷是一种具有重要生理功能的嘌呤核苷,被广泛应用在医药和食品领域。为构建肌苷工程菌株,该研究对阻断肌苷降解途径的大肠杆菌INO1-1进行了系统的代谢工程改造。结果显示,引入解淀粉芽孢杆菌的嘌呤操纵子和枯草芽孢杆菌来源的purF_bsu^{D293V, K316Q, S400W}突变基因,增强了肌苷合成途径,肌苷产量达到308.3 mg/L;将自身purA基因替换为枯草芽孢杆菌来源的purA_bsu^P242N突变基因,弱化了腺苷合成支路,使肌苷产量提升至1 412.5 mg/L;敲除purR基因及引入prs_eco^D128A突变基因,增强了前体物5-磷酸核糖-1-焦磷酸的供应,使肌苷产量提升至3.1 g/L;引入解淀粉芽孢杆菌的pbuE基因以促进肌苷外排,又敲除nupC基因以减弱肌苷吸收,使肌苷产量提升至5.0 g/L;最终菌株INO4-5经5 L发酵罐发酵48 h,肌苷产量达到20.2 g/L,糖酸转化率和生产强度分别为0.12 g/g葡萄糖和0.42 g/(L·h)。该研究从头构建了一株可稳定高效合成肌苷的工程菌株,为肌苷的发酵法生产提供了新的参考。

黄花菜是我国传统的药食两用蔬菜,具有极高的营养及经济价值,不断发展成为地区特色产业。近年来,黄花菜由于含有多种活性物质而受到广泛关注,黄花菜的花蕾及根等部位中含有类黄酮类、蒽醌类、萜类、生物碱、甾体皂苷和酚酸类等多种生物活性成分,表现出抗氧化、抗肿瘤、抗抑郁、改善睡眠及镇静、抗菌、抗炎和护肝等方面的生物活性功能。但目前对于黄花菜在生物活性成分的分离鉴定及其功能验证方面研究还不够系统和深入,该文综述了目前国内外黄花菜生物活性成分及功能研究现状,以期为黄花菜资源的高效开发及综合利用提供理论依据和参考。

乳杆菌与致病菌的共聚集可以减少病原体在体内的定殖。已有研究表明,通过特定细菌共聚集幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)从而降低其在胃内的载量是一种有效拮抗H. pylori的新方法。该研究首先构建体外筛选模型,评价56株乳杆菌与H. pylori的共聚作用,使用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜观察聚集体的结构组成,进一步探究了时间、温度、pH、孵育转速、超声波和表面疏水性等因素对聚集作用的影响,最后利用比较基因组学分析具有不同聚集能力菌株的功能基因差异。结果表明,筛选得到的北酸乳杆菌(Lactobacillus kitasatonis)Guxi82GMM和罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri)984共聚率在10 min内可达42%~59%,共聚率与pH值、菌株表面疏水性之间存在显著相关性,但是与温度、孵育转速和超声处理等无关。比较基因组显示,不同聚集能力的菌株氨基酸表达水平存在显著差异,由此推测乳杆菌共聚集H. pylori的物质基础可能是其表面的蛋白分子。乳杆菌与H. pylori的共聚集能力是靶向性筛选缓解H. pylori感染益生菌的有效途径。

乳酸菌在自然发酵过程中受到多种环境胁迫的影响。群体感应系统能够介导细菌生物膜的形成从而提高其环境耐受性,这可能是提高乳酸菌发酵性能的潜在调控靶点。该研究比较了1株植物乳杆菌逆境驯化前后的AI-2/LuxS系统差异,进而解析外源群体感应干扰物质对菌株生理代谢的影响。结果显示,柠檬酸驯化后的植物乳杆菌D-840生物膜形成能力提高了485%(P<0.05)。2株菌均能产生群体感应信号分子AI-2,驯化后植物乳杆菌D-840在柠檬酸胁迫下单位菌体所产AI-2显著低于出发菌株(P<0.05)。在15 g/L柠檬酸质量浓度下,植物乳杆菌D和植物乳杆菌D-840中的luxS基因表达量均下调,pfs基因表达量则分别提高了71.4%和49.3%(P<0.05)。AI-2前体(S)-4,5-二羟基-2,3-戊二酮的添加对菌株生理代谢的影响并未呈现浓度依赖性。S-腺苷甲硫氨酸在添加量为1 g/L时植物乳杆菌D和植物乳杆菌D-840苯乳酸产量分别提高了12.2%和25.5%(P<0.05)。研究表明,AI-2/LuxS系统与植物乳杆菌抗逆性及代谢性能具有显著的相关性,并且通过添加AI-2前体上调AI-2/LuxS系统,可以实现其相关的代谢产物积累量的提高,研究结果为提高乳酸菌发酵性能提供了新思路。

传统红茶菌饮料是以糖茶水为主要原料,经红茶菌发酵后形成的一种功能性饮品。随着消费者的多元化需求日渐增长,不同口味、具有保健功效的新型红茶菌饮料层出不穷。该文总结了国内外发酵红茶菌饮料所用的不同原料,包括茶叶、果蔬汁、中草药、乳制品和副产物等,阐述了其相应的发酵工艺、营养成分和功效,为开发和优选红茶菌饮料的新型原料及配方、研发具有特殊风味和特定营养功能的红茶菌饮料提供参考,推动红茶菌饮料产业链的发展。

多价噬菌体vB_SEqdws-315因具备对沙门氏菌和大肠杆菌的跨谱裂解能力而具有良好的应用潜力,为进一步研究其内溶素Lysin315的抗菌效果,该研究尝试构建其大肠杆菌重组表达载体并进行诱导表达。结果表明,诱导表达得到的重组内溶素Lysin315分子质量接近25 kDa,可以在膜通透剂EDTA的参与下裂解沙门氏菌和大肠杆菌,但无法单独发挥抗菌效果。该实验尝试通过将含5~15个氨基酸的阳离子短肽克隆至内溶素末端以使其摆脱膜通透剂依赖性,实现对目标菌株的直接裂解作用。构建修饰内溶素的大肠杆菌重组表达载体,经诱导表达和亲和层析纯化,获得了高纯度的3种阳离子肽修饰内溶素(Lysin315-5aa、Lysin315-10aa、Lysin315-15aa)。3种修饰内溶素均可以在体外独立发挥抗菌作用。同时,修饰内溶素Lysin315-10aa在4 ℃和25 ℃条件下对牛奶中的沙门氏菌(10⁶ CFU/mL)也具有良好的抗菌效果。该研究初步为革兰氏阴性菌噬菌体内溶素的独立应用提供了解决策略。

该研究评估了植物和动物蛋白及二者混合蛋白对自然衰老小鼠的骨骼和肌肉的衰弱情况及胃肠道功能的影响,同时从调节肠道菌群的角度探究动植物蛋白对衰老的影响的差异。雌性C57BL/6J小鼠分为混合蛋白、大豆蛋白和乳清蛋白组,每组6只。喂养供能比相同、蛋白质不同的饲料24周,以体质量、衰老评分、行为学实验、肌肉含量及其组织学形态、骨密度及其显微成像作为肌肉和骨骼健康的评价指标;以粪便含水量、排便量、小肠推进率、血清胃肠调节肽的水平作为胃肠道功能的评价指标,从整体评估动植物蛋白及混合蛋白对小鼠衰弱症状的改善作用。结果发现,大豆蛋白组小鼠体重稳定,衰老评分较低,肌纤维排列紧密,骨密度较高且皮质骨厚度均匀,而乳清蛋白和混合蛋白则对肌肉和骨骼的健康无显著的改善作用。大豆蛋白组肠道菌群中Bifidobacterium和Fournierella的相对丰度增加,这些菌属的变化可能与肌肉和骨骼的健康相关。因此,摄入大豆蛋白更有利于改善衰老状态。

为满足工业生物催化需求,寻求一种简单、快捷、有效的脂肪酶固定化方法来扩大其实际应用范围。采用声化学方法,在10 min内将脂肪酶固定于由磷酸铜沉淀所构成的无机杂化纳米花中,并进一步通过扫描电子显微镜 (scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和傅里叶红外光谱 (Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)等技术对制备的脂肪酶杂化纳米花进行表征。随后,研究了不同金属离子、金属盐离子类型、合成条件对脂肪酶杂化纳米花活性的影响。结果表明,Cu²⁺可实现最佳固定化效果,且不同含铜无机盐类型对所形成的杂化纳米花活性存在影响。其中,使用CuSO₄合成纳米花可实现100%的包封率,而CuCl₂可使最终合成的纳米花相对酶活力达到145.7%。酶动力学研究结果表明,CuSO₄和CuCl₂纳米花的催化效率(k_cat/K_m)分别是游离酶的106%和134%。此外,该固定化方法可有效提高固定化酶的储藏稳定性,在室温下储藏30 d其酶活力仍能保持在80%以上。在重复使用性研究中发现,固定化酶在连续使用5次后仍具有40%以上的催化活性。该研究结果有助于提高脂肪酶在工业生产中的适用性,并为其在生物柴油合成、洗涤剂及高温生产环境等多方面领域的应用奠定基础。

络塞是一种抗高原反应药物的主要活性成分,可通过尿苷二磷酸糖基转移酶UGT73C5催化肉桂醇糖基化反应合成。然而UGT73C5在大肠杆菌宿主中可溶性表达极差,严重限制了其工业应用。该研究分别通过与分子伴侣共表达和与助溶蛋白标签融合表达的方式,提高UGT73C5在Escherichia coli BL21(DE3)中的可溶性表达。结果显示,除质粒pKJE7外,与分子伴侣质粒pG-KJE8、pGro7和pG-TF2共表达后均可提高UGT73C5酶活力,分别为原始酶活力(18.56 U/g细胞)的1.27、1.18、1.37倍。此外,利用硫氧还蛋白(thioredoxin,Trx)和谷胱甘肽巯基转移蛋白(glutathione S-transferase,GST)两种助溶蛋白标签,构建的融合酶Trx-UGT73C5 和GST-UGT73C5的酶活力为原始酶活力的1.45、2.54倍,且纯化后的比酶活力为原始酶的80%~90%。最后,在2 mmol/L肉桂醇合成络塞的反应中,相同浓度细胞破碎液(粗酶)融合酶GST-UGT73C5比原始酶催化效率更高,4 h后转化率可以达到90%以上,最终转化率达到93.6%。因此,助溶蛋白标签融合表达法可有效提高UGT73C5在大肠杆菌中的可溶性表达,且融合酶GST-UGT73C5在络塞的酶法合成中具有更大的应用潜力。

为获得高产酸性β-葡萄糖苷酶及对葡萄酒生境耐受性良好的本土非酿酒酵母菌株,该文从452株本土非酿酒酵母菌株中通过逐步分析菌株发酵力、耐受性、高产β-葡萄糖苷酶能力和粗酶液的酶学性质,筛选目标酵母菌株。结果表明,452株非酿酒酵母菌株中72 h的CO₂失重量>0.51 g/100mL的菌株有221株;高产β-葡萄糖苷酶的菌株34株;菌株GC204、NM218、ZC278、ZC287、BF345、BF370对葡萄糖、SO₂、酒精度和pH值均具有较好的耐受性,分别能耐受高糖350 g/L、酒精3%~6%(体积分数)、SO₂ 250 mg/L和低pH值2.5;其中菌株GC204、NM218、BF345均具有较高的β-葡萄糖苷酶活力,分别为54.34、49.5、46.42 mU/mL。酶学性质分析表明,菌株NM218和BF345中的β-葡萄糖苷酶最适反应温度为40 ℃,最适pH值为4.0;浓度为5 mmol/L的Zn²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺对2种菌株的β-葡萄糖苷酶活力均具有明显的激活作用;Cu²⁺具有明显的抑制作用;纤维二糖对2种菌株的β-葡萄糖苷酶激活效果明显,酶活力提高30.18%~40.80%。通过26S rDNA D1/D2测序比对,同源性达99%,鉴定菌株NM218为季也蒙毕赤酵母(Meyerozyma guilliermondii),菌株BF345为葡萄汁有孢汉逊酵母(Hanseniaspora uvarum)。

该文研究了超高压杀菌(high pressure processing,HPP)(600 MPa/5 min)、巴氏杀菌(pasteurization,PT)(85 ℃/30 s) 和高温短时杀菌(high temperature short time sterilization,HTST)(110 ℃/8.6 s) 3种杀菌方式对百香果汁理化特性、香气特征、营养品质和感官品质的影响。总体来说,杀菌方式对百香果汁的葡萄糖、果糖、蔗糖等糖和草酸、苹果酸、乳酸、乙酸、柠檬酸、奎宁酸等有机酸没有显著影响。HPP处理后百香果汁的L^*、a^*和b^*值均无显著变化,而PT和HTST显著降低了L^*和b^*值、提高了a^*值。PT和HTST导致酯类分别降低了12.6%和34.9%;而HPP促进了酮类、醇类和酯类的释放,增加了32.3%、11.5%和4.5%。热杀菌后维生素C、类胡萝卜素等抗氧化物质及活性显著降低,而HPP处理能较好的保留其营养品质。且HPP处理的百香果汁感官评价得分最高。该研究为百香果汁工业化生产提供一定理论依据。

建立了一种酶催化原位产生H₂O₂和手性醇的方法,以非特异性过氧化酶(AaeUPO)和葡萄糖氧化酶(glucose oxidase,GOx)为研究对象,制备了双酶复合交联酶聚集体(combi-CLEAs)。考察了制备条件对combi-CLEAs酶活回收率的影响。结果表明,combi-CLEAs的最优制备条件为GOx与AaeUPO的酶活力比为6:1、沉淀剂-异丙醇与酶液的体积比为2:1、交联剂-葡聚糖醛(200 kDa)的体积分数为15%、牛血清白蛋白(bovine serum albumin, BSA)质量浓度为40 μg/mL,交联时间为3 h,此时,所得combi-CLEAs的酶活力回收率为87.43%,比酶活力为63.12 U/mg。将其用于催化乙苯的羟基化反应时,乙苯的转化率可达99.9%,(R)-苯乙醇的对映体过量值大于99.9%,经过8次循环后,combi-CLEAs仍能保持67.20%的乙苯转化率。对不同底物进行单加氧催化时,combi-CLEAs的性能优于外加H₂O₂时的AaeUPO-CLEAs,有良好的应用前景。

开发快速、准确定量监测加工过程中生成的代谢产物并提供实时结果的技术,对保证食品质量安全具有重大意义。该文介绍以酶为识别元件的3种电化学生物传感器(电流传感器、电导传感器、电位传感器)在葡萄糖、酪胺和真菌毒素等检测应用中的优势及特点,以期为食品加工过程监测的选择及研发提供思路。

嘌呤是生物体内重要的含氮碱基,在人体内代谢成为尿酸。当人体摄入过多嘌呤或嘌呤代谢紊乱时会导致高血尿酸症,提高痛风发病率,危害人体健康。肉类是人体摄入嘌呤的重要来源,高嘌呤含量的肉类能够显著影响人体内的血尿酸水平。该文就嘌呤与痛风病的关系、肉类嘌呤前处理方法、检测条件以及部分肉类嘌呤含量及其降嘌呤方法等进行了归纳总结,以期为肉类嘌呤的进一步研究提供参考,也为消费者选择肉类产品以及如何降低肉类嘌呤含量提供科学指导。

通过基因组精简可获得代谢背景降低、更适用于工业生物技术的底盘细胞。产甘油假丝酵母(Candida glycerinogenes)是具有优良抗逆性能的工业菌株,对其基因组进行精简以获得更优的底盘化细胞。以CRISPR/Cas9为工具进行C.glycerinogenes基因组非必需DNA大片段删除,实现了25、50 kb片段的敲除,并研究了缺失菌的耐受性和发酵特性。结果显示,片段删除菌株的胁迫耐受能力无明显改变,30 ℃下Δ7.8 kb菌生物量降低20%,42 ℃下Δ7.8 kb、Δ25 kb菌的生物量下降20%。而在发酵过程中各缺失菌均表现出生物量降低20%,其中Δ7.8 kb菌株表现出了发酵初生物量提高了14%、单位菌体甘油产量提高了22%,还原力相关基因G6PD、6PGDH分别上调10倍和29倍,NADPH/NADP⁺值提高了100%。结果表明,上述非必需DNA大片段删除对C.glycerinogenes耐受特性无明显影响,而会导致生物量降低和单位菌体甘油产量提高,缺失菌株可能因基因表达水平的差异而与野生菌株在性状上产生区别。该研究是对CRISPR/Cas9系统在C.glycerinogenes中的潜力挖掘,有助于推进该非模式工业菌株底盘化进程和应用。

该研究向明胶(gelatin,GEL)溶液中添加不同质量分数二醛基纤维素(dialdehyde cellulose,DAC)水溶液制备二醛基纤维素交联的明胶复合膜(D-GEL),研究DAC不同添加比例对D-GEL的结构、微观形貌、紫外屏蔽性能、拉伸性能、溶胀度、溶解度及水接触角、阻隔性能和热稳定性能的影响。结果表明,DAC与GEL溶液有良好的相容性,DAC的加入可增强D-GEL对紫外线的阻隔能力,显著降低D-GEL的溶胀度和溶解度;同时,D-GEL的拉伸强度和断裂伸长率随DAC的添加先增后减,其中添加10%(质量分数)DAC的复合膜拉伸性能最好;DAC的加入可以改善D-GEL的表面疏水性,进而降低其水蒸气和氧气透过系数,添加20%(质量分数)DAC复合膜的阻隔性能最好。

奥氏嗜热盐丝菌(Halothermothrix orenii)来源的精氨酸脱亚胺酶具有催化精氨酸水解生成瓜氨酸的活性,但其热稳定性有待进一步提升。为此,该研究对此来源的精氨酸脱亚胺酶进行三维结构分析和理性设计,选择了10个单点突变体。通过分子克隆、表达纯化和变性温度(T_m)测定,获得了2个酶活力稍降低但热稳定性提高的突变体T180Y和A190P,有序叠加后获得双点突变体T180Y/A190P,3个突变体的T_m值分别提高了2.5、1.9、5.2 ℃,相比于野生酶,3个正向突变体在50 ℃下保温180 min后,残余酶活力分别提高了30%、23%和41.8%。三维结构分析表明表面空穴填充和芳香环作用可能是T180Y热稳定性增强的原因,而A190P推测是由于脯氨酸的吡咯环刚性结构以及与空间相邻残基之间的疏水相互作用增强了其热稳定性。随后,将突变体应用于瓜氨酸的生产,双点突变体T180Y/A190P的生产速率和瓜氨酸产量均高于野生型。该研究为其他工业酶的理性设计提供了一定参考依据。

低温等离子体保鲜技术是近年来新兴的一种非热杀菌保鲜技术,通过丰富的活性物质和独特的光电效应灭活微生物。由于等离子体处理范围广,灭菌环境温度要求低等优势,其在食品保鲜领域的应用受到了广大研究者的关注。水产品极易腐败变质,需要采取一定的保藏手段提高其货架期。该文阐述了低温等离子体的微生物灭活机理及其在水产品保鲜领域的应用,同时探讨了低温等离子体对水产品品质的影响,为低温等离子体在水产品保鲜领域的应用推广提供参考。

在粮食、能源短缺和碳减排要求的当前形势下,大力发展生物质资源成为广受关注的问题。白酒行业每年产生的大量食品工业副产物是一类具有巨大潜力的生物质资源,但当前仍然缺乏合理的回收利用模式。此外,关于可资源化的白酒工业副产物和转化技术的阶段性总结较少,这些副产物的来源和性质分析得也不够透彻,很难为深入研究和开发利用提供依据。该文详细介绍了白酒的酿造过程以及白酒酒糟、黄水、底锅水、酒尾、尾水等含有大量有机质副产物的来源和成分,以及当前研究利用现状,同时提出可以将这些副产物完整转化为资源和能源的一体化方案建议,并指出了今后的发展趋势与机遇,以期为加快白酒工业副产物的资源化进程,实现白酒行业良好的可持续发展和资源回收经济提供参考。