整个白酒酿造的过程构建了一个复杂的、动态的微生态系统,微生物相互作用对于酿造微生态系统中微生物结构和功能的调节至关重要,并直接影响白酒的风味和质量。近年来,随着多组学技术的发展,大量的研究解析了微生物群落的多样性、功能和演替规律等,但对微生物之间的相互作用及其机制的全面研究比较有限。该文系统综述了十二大香型白酒的酒曲、发酵、窖泥及黄水中酿造微生物的多样性、核心微生物的功能,比较全面地梳理了微生物之间的各种相互作用,探究了微生物之间相互作用在强化大曲、改善风味和调控品质安全等方面的初步应用,旨在为定向调控白酒酿造微生态、改善白酒风味和提升白酒品质提供参考。

极端环境微生物是发掘性能优良新酶的重要资源,其中高稳定性的酶类在工业生产中具有巨大的潜在应用价值。该研究通过异源重组表达了嗜热玫瑰红球菌(Thermomicrobium roseum DSM 5159)来源的一段预测谷氨酰胺酶基因,并对其酶学性质进行了研究。利用镍柱亲和层析纯化表达产物,通过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)鉴定纯化结果,分析了重组酶的催化功能,以正交试验优化了表达条件,考察了重组酶的酶学性质。结果表明,重组谷氨酰胺酶的二级结构由35.78% α-螺旋,14.07% β-折叠,16.06% β-转角以及34.19%无规则卷曲组成,热变性温度(T_m)和变性焓(ΔH)分别为94.38 ℃和1 672 kJ/mol,以L-谷氨酰胺为底物时,最适反应温度为70 ℃,最适反应pH值为9.0,70 ℃以下酶活力半衰期大于12 h,其耐热性能良好,动力学研究表明重组谷氨酰胺酶对L-谷氨酰胺的亲和力高于D-谷氨酰胺,Mn²⁺、Fe²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Co²⁺对酶活力有明显抑制作用。对嗜热古生菌来源的谷氨酰胺酶的结构及酶学性质的研究为挖掘开发具有优良热稳定性的工业生产用酶类提供了一定的参考价值。

毕赤酵母(Komagataella phaffii)是一种天然的甲基营养真核微生物,能以甲醇为唯一碳源进行生长代谢,常用于生产蛋白和各种代谢产物,但其内源代谢途径的甲醇利用效率有待进一步提高。该研究过表达磷酸戊糖途径非氧化支路的转酮醇酶(transketolase, tkt)、核糖-5-磷酸-3-差向异构酶(ribulose-5-phosphate-3-epimerase, rpe)和果糖二磷酸酶(fructose-1,6-bisphosphatase, fba)的编码基因,以促进甲醇的同化代谢。结果表明,tkt-GS115生物量OD₆₀₀值提升约1.7%,其最大比生长速率(μ)达到0.23 h^-1;与对照菌株ΔFLDH相比,fba-ΔFLDH以最大比生长速率为0.23 h^-1提前18 h进入生长阶段;rpe-ΔFDH和fba-ΔFDH逆转了其亲本菌株ΔFDH不能在甲醇基本培养基中生长的表型,其中rpe-ΔFDH展现出巨大的生长潜力,最高生物量OD₆₀₀值达到6.97,而fba-ΔFDH的最大比生长速率高达0.36 h^-1。各重组菌株的甲醇利用率因出发菌不同而存在差异:tkt-GS115、tkt-ΔFLDH、fba-ΔFLDH的甲醇利用效率分别提高了0.017、0.007、0.034。该研究通过加强磷酸戊糖途径非氧化支路的3个关键基因,有效提升了K.phaffii重组菌的甲醇代谢能力。

生姜,一种药食同源的姜科植物,因其富含多种活性成分,在抗炎领域展现出了显著地潜力。生姜的抗炎活性成分主要包括姜辣素类、黄酮类化合物、生姜挥发油以及生姜多糖等,它们通过调控炎症介质的分泌、干预炎症信号通路的活化、调节免疫系统细胞的功能以及改善肠道菌群等机制,发挥抗炎作用。尽管生姜的抗炎作用已受到广泛关注,但目前关于其抗炎活性成分的研究较为分散,各成分之间的协同作用机制尚未完全阐明,抗炎机制的研究仍缺乏系统性和深度。基于此,该文重点综述了生姜的抗炎活性成分及其作用机制,并归纳了其在关节炎、溃疡性结肠炎、呼吸道炎症、心血管炎症等疾病中的应用,以期为生姜在抗炎领域的综合开发与转化应用提供参考。

包包曲是浓香型白酒五粮液在酿造过程中至关重要的发酵原料,其精准分级对于稳定酿酒质量和提高生产效率具有重要作用。然而,传统的包包曲分级方法主要依赖于人工经验,效率较低,且培养一位经验丰富的工程师耗时较长,导致分级结果易受人为因素影响,鲁棒性较差。该研究提出了一种基于深度学习的五粮液包包曲分级框架,包含包包曲截面识别与分级判别2个核心模块,旨在实现分级过程的数字化与高效化,从而辅助工程师提升分级准确率与效率。针对传统人工检测方法的局限性,该研究建立了包包曲图像数据集,并构建了两阶段深度神经网络框架:第一阶段通过目标检测模型识别包包曲截面,第二阶段利用图像分类模型进行分级判别。实验结果表明,该自动化方法的分类性能可媲美经验丰富的工程师,为白酒酿造工业的智能化发展提供了技术支持。

该研究建立了基于脂肪酸组成鉴别鱼油和藻油真实性的方法。采用正交偏最小二乘判别分析(orthogonal partial least squares discriminant analysis, OPLS-DA)评价基于11种主要脂肪酸鉴别鱼油和藻油保健品原料真实性的可行性,主成分分析(principal component analysis,PCA)可实现鱼油、藻油和其他3种植物油的区分,OPLS-DA模型可实现未知样品中掺杂植物油的分类预测。鱼油和藻油原料可以通过OPLS-DA有效鉴别,模型的R²X=0.870,R²Y=0.931,Q²=0.833,经过200次循环迭代置换检验证明模型不存在过度拟合,经特征差异代谢物筛选(VIP>1,P<0.05),获得鱼油和藻油鉴别的关键脂肪酸为二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid,DHA)和二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid,EPA)。采用气相色谱内标法对市售不同类型鱼油和藻油保健品中DHA和EPA的含量进行测定,方法重复性为1.40%和1.49%,稳定性为1.58%和1.51%,加标回收率为98.79%和99.91%。结果发现市售10款产品中有1款以大豆油冒充鱼油以假乱真。研究表明,脂肪酸组成结合化学计量学可为鱼油和藻油保健品真实性判别提供技术支撑。

硫酸软骨素A(chondroitin sulfate A, CSA)是关节软骨修复中不可或缺的重要成分。CSA由软骨素4-O-磺基转移酶-1(chondroitin 4-O-sulfotransferase-1, C4ST-1)催化软骨素中N-乙酰氨基半乳糖胺(N-acetylgalactosamine, GalNAc)4号位羟基磺酸化合成。然而,由于C4ST-1酶活性较低,其催化能力受限,进而阻碍了CSA的工业化生产进程。为此,该研究旨在通过结合重组菌构建和培养基优化提升C4ST-1酶活性。首先在筛选确定了以毕赤酵母GS115为底盘细胞的基础上,进一步优化了以OST1-α分泌信号肽和SUMO Pro 3促溶标签的组合方式进行C4ST-1分泌表达,经摇瓶发酵C4ST-1最高酶活性为1 889.2 U/L。鉴于前期研究发现无机盐对C4ST-1酶活性的抑制以及现有培养基成本较高问题,该研究通过优化培养基组分,发现不添加昂贵成分酵母无氨基氮源(yeast nitrogen base without amino acids, YNB)时,C4ST-1酶活性较原培养基提高68.4%。此外,结合碳源、其他氮源以及生物素的筛选与优化使C4ST-1酶活性进一步提高。最终,在5L发酵罐补料分批发酵72 h时,获得最高酶活性为5 040.7 U/L。该研究不仅为CSA规模化生产奠定了基础,也将为其他糖胺聚糖(如肝素、硫酸皮肤素)合成所需的磺基转移酶发酵生产提供借鉴。

该研究旨在探究“金花”菌(Aspergillus chevalieri)固态发酵紫娟红茶过程中挥发性成分和多酚类物质的变化。利用气相-离子迁移谱(gas phase ion mobility spectrometry,GC-IMS)技术和理化成分测定,分析挥发性成分和多酚类物质的动态变化,并通过主成分分析和聚类分析揭示其规律。结果表明,GC-IMS共检测出112种挥发性物质,定性100种,主要包括醇类、醛类、酮类和酯类。发酵过程中,二丙基甲酮、反-2-辛烯醛等物质含量减少,醋酸丙酯、α-水芹烯等物质含量增加;茶多酚和7种儿茶素单体含量显著下降,花青素含量先降后升,总黄酮含量总体上升。研究表明,“金花”菌发酵显著改变了紫娟红茶的挥发性成分和多酚类物质,赋予茶叶木香与“菌花”香,降低苦涩味成分,为紫娟红茶的品质控制及紫色茶树资源的加工利用提供了理论依据和新思路。

以粳米粉和米糠作为原料,采用单因素和响应面试验,以重组米预估血糖生成指数(expected glycemic index, eGI)为目标参数,研究挤压工艺参数对重组米品质的影响。结果表明,在米糠添加量为15%、水分含量为28%、挤压温度为71 ℃、螺杆转速为156 r/min,在此条件下挤压制备的重组米的eGI为55.13±1.46,具有调控血糖的潜力。与天然糙米相比,重组米的结晶度、糊化特性、蒸煮时间、硬度、黏附性、胶黏性、咀嚼性和回复性均下降,而吸水率、体积膨胀率、蒸煮损失率、弹性及内聚性均提升。重组米消化特性表明快消化淀粉含量降低,而慢消化淀粉和抗性淀粉含量增加。此外,重组米风味分析显示醛类、酮类的含量比天然糙米高,使其风味更香浓持久。综上所述,优化工艺制备的重组米不仅具有低GI特性,还改善了蒸煮性能和质构特性。该研究为低GI米糠重组米的开发提供了理论依据和技术支持。

水开菲尔是一种备受欢迎的非乳制品发酵饮料,其质量特性与发酵过程中微生物群落结构及代谢产物紧密相关,因此揭示水开菲尔微生物-代谢物的时间特征具有重要意义。该研究以不同发酵时间的水开菲尔为研究对象,通过宏基因组测序从菌种层面解析水开菲尔发酵液中的群落变化,基于非靶向代谢组学技术测定水开菲尔的代谢物成分并进行关联分析。结果显示,酒液体乳杆菌(Liquorilactobacillus vini)、哈尔滨施莱弗乳杆菌(Schleiferilactobacillus harbinensis)是水开菲尔发酵过程中的优势菌种。水开菲尔标志性代谢产物在发酵前期为糖类及其衍生物,而在发酵后期主要为氨基酸、有机酸及其衍生物。此外,相关性分析揭示了水开菲尔微生物-代谢物网络中以副干酪乳酪杆菌(Lacticaseibacillus paracasei)为代表的低丰度菌种与多个标志性代谢物之间呈显著正相关,而以酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)为代表的低丰度菌种则与之呈显著负相关。结果表明,水开菲尔发酵过程中低丰度微生物在水开菲尔微生物-代谢网络中占据核心地位,该研究可为优化水开菲尔发酵工艺及提升产品质量提供理论支持。

硫化氢(H₂S)是一种具有臭鸡蛋气味的有毒气体,酒类中过量的H₂S不仅会影响其饮用风味,而且会对人体造成危害,因此对于酒类中H₂S含量的检测是非常必要的。该文构建了一种基于H₂S引起的特殊还原反应的表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)纳米探针,用于葡萄酒和啤酒中H₂S的快速灵敏检测。首先制备了金纳米星(gold nanostars,AuNSs)、金纳米立方体(gold nanocubes,AuNCs)和金纳米球(gold nanospheres,AuNPs),然后通过Au-S键分别共价连接上H₂S的供体4-硝基苯硫酚(4-nitrophenylthiophenol,4-NTP),获得3种探针AuNPs@4-NTP、AuNCs@4-NTP和AuNSs@4-NTP。通过比较三者的拉曼图谱,筛选出拉曼增强效果最好的AuNSs@4-NTP作为SERS纳米探针开展H₂S的检测。当H₂S存在时,SERS纳米探针中的4-NTP的硝基被H₂S还原成氨基,使得硝基峰的拉曼信号强度明显降低,从而实现对H₂S的灵敏检测。实验结果表明,H₂S在10~200 nmol/L范围内,SERS纳米探针对其表现出良好的线性响应,检测限为3.24 nmol/L。该SERS纳米探针具有良好的H₂S检测特异性,对其他干扰物质的响应能力较弱。重要的是,该SERS纳米探针可应用于检测市售葡萄酒和啤酒样品中的H₂S,回收率在97.54%~101.78%,具有良好的实际应用潜能。

为提高猪大肠的高值化利用,促进地方美食大肠汤的工业化转化,该研究采用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱技术对新鲜猪大肠(C)、市售大肠汤(L、Y、U、S)和自制大肠汤(F)的挥发性化合物进行检测鉴定。结合气味活度值和偏最小二乘法判别法对挥发性化合物进行数据分析。通过感官评价对大肠汤的风味可接受性进行评分。结果表明,大肠汤Y和F感官评分最高,但风味有差异。Y大肠汤中猪大肠固有香味较浓郁,主要来源于对甲基苯乙酮、6-十一酮、反,反-2,4-癸二烯醛和少量的对甲酚;而F大肠汤香料风味更浓郁,是由于苯甲醛、4-甲氧基苯甲醛、芳樟醇、桉树醇、苯乙醇、丁香酚、4-烯丙基苯甲醚、癸酸乙酯、水芹烯和3-乙基甲苯等风味化合物的引入。这些化合物引入使C中异味化合物对甲酚、3-甲基吲哚和吲哚的含量显著降低,一定程度上掩盖或降低了C的异味。研究结果表明,大肠汤的工业化可参考Y和F样本,以满足消费者的不同偏好。

L-丝氨酸在医药、食品和化工等领域应用广泛,然而L-丝氨酸是目前工业化生产难度较大的氨基酸之一。该文以实验室前期构建的产L-丝氨酸的谷氨酸棒杆菌A36-AB为出发菌株,利用常温常压等离子体诱变(atmospheric and room temperature plasma,ARTP)结合高通量筛选,获得突变菌株A36-AB-pDser-6。突变菌株前期生长迅速,60 h时L-丝氨酸产量为15.60 g/L。进一步利用响应面法优化突变菌株发酵培养基,L-丝氨酸产量达到29.23 g/L,生产强度为0.48 g/(L·h),生产强度较出发菌株[0.36 g/(L·h)]提高了33%;发酵周期从120 h缩短至60 h。对出发菌株及高产突变株进行全基因组测序及比较分析,发现突变株存在12个单碱基突变(single nucleotide variant,SNV)和15个插入缺失突变(insertions and deletion,InDel)。其中糖酵解途径中的关键酶葡萄糖-6-磷酸异构酶(由pgi基因编码)发生较多突变,这可能是由于突变菌株发酵周期缩短。该研究为利用谷氨酸棒杆菌产L-丝氨酸的工业化生产奠定了基础。

菊苣多糖(Cichorium intybus polysaccharides, CIP)作为天然膳食纤维型益生元,近年来在功能乳制品中的应用备受关注。该研究构建模拟胃肠消化-结肠发酵体外模型,系统评估不同剂量CIP强化益生菌发酵乳在抗氧化、降糖功能及肠道菌群调控方面的作用机制。结果表明,质量分数0.9%低剂量组在消化过程中释放出更多低聚糖片段,显著提升DPPH自由基、ABTS阳离子自由基及羟自由基的清除率,具有更优的抗氧化活性。同时,其对α-淀粉酶与α-葡萄糖苷酶的抑制作用显著高于1.6%的高剂量组(P<0.05)。在体外厌氧发酵阶段,CIP促进短链脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)合成,其中,低剂量组在消化后显著提升SCFAs水平并优化菌群多样性。高通量16S rRNA测序结果显示,CIP低剂量组显著促进双歧杆菌(Bifidobacterium)与普拉梭菌(Faecalibacterium)增殖,同时抑制志贺氏菌(Shigella)等有害菌属,构建更为稳定且具功能潜力的菌群结构。相较之下,高剂量组虽富集部分益生菌,但菌群多样性下降且SCFAs合成效率受限。研究表明,低剂量CIP可通过调控消化酶活性与肠道微生态,实现多重功能协同效应,为CIP在功能性发酵乳中的应用提供理论依据和剂量优化参考。

全麦馒头富含膳食纤维、B族维生素及酚酸类生物活性成分,在调节肠道菌群、降低慢性疾病风险等方面具有显著功效。然而,麸皮中不可溶性膳食纤维(insoluble dietary fiber,IDF)通过物理屏障作用干扰了淀粉与面筋网络结合,同时植酸通过螯合效应降低了矿物质等的生物可及性,导致产品存在适口性差、营养利用率低等问题。近年来,基于酶解调控、微生物传统发酵及发芽等生物技术手段,定向降解植酸、重构IDF理化性质,并通过调节面筋蛋白交联网络提升面团流变学特性与发酵能力,从而起到改善全麦馒头的质构与营养品质的作用。该文系统综述了酶解技术、发酵技术和发芽技术对全麦面团加工适应性与终产品感官特性的调控机制,阐明其对全麦馒头的营养品质与感官特性的提升作用。随着精准营养需求的增长,生物改性技术在全麦主食加工中的应用前景广阔,该研究为开发兼具高营养与优品质的全麦馒头提供了理论依据与技术路径。

5-羟基戊酸(5-hydroxyvaleric acid,5-HV)是一种重要的五碳化合物,在医药、香料、材料等领域具有广泛应用。目前生物法合成5-HV的研究较少,其大多是作为中间体被发现,且存在产量低、成本高等问题。该研究对实验室一株产5-HV的大肠杆菌进行改造,通过去除质粒中的乳糖操纵子的部分元件,构建了无需诱导即能合成5-HV的菌株,从而避免了使用昂贵的、有毒性的诱导剂IPTG。随后,通过过表达限速酶(醛还原酶)的转录激活子yqhC,提高了5-HV的产量。为了减少发酵过程中的碱用量,将Hfq-DsrA抗酸元件引入底盘细胞,提高了菌株的酸耐受能力。最终,在10 L发酵罐水平上,维持发酵液的pH为酸性环境,构建的代谢工程菌株的5-HV滴度达到47.5 g/L,糖酸的质量转化率为42%,碱液使用量减少了45%。该研究方法和结果对于生物法5-HV的规模化生产具有积极的指导意义。

随着饮酒人群规模的扩大,具有解酒护肝功效的植物饮料市场应用前景广泛。该研究采用单因素分析和响应面优化酵素果汁饮料的工艺条件,并通过人体酒精呼气实验及构建斑马鱼醉酒模型,研究其解酒护肝作用,为酵素果汁饮料应用提供理论依据。结果表明,酵素果汁饮料的最优工艺条件为酵素料液比1∶30(g∶mL)、藤茶粉添加量0.09%(质量分数,下同)、姜黄添加量0.03%、三氯蔗糖添加量0.01%,所得感官评分为(88.75±0.31)分。与对照组相比,饮用酵素果汁饮料30 min内,人体呼气酒精含量下降速率加快,醒酒时间缩短2 h。此外,在最大耐受浓度内,酵素果汁饮料对乙醇诱导的兴奋期醉酒模型斑马鱼均有显著的醒酒作用,剂量越大作用越明显;同时,酒精性脂肪肝辅助保护功效随酵素果汁饮料浓度增大而增强,表明一定浓度条件下的酵素果汁饮料具有解酒护肝作用。

莱鲍迪苷M(rebaudioside M, Reb M)是一种天然的稀有甜味剂,以其安全性、高甜度和较少的回苦味而受到关注。从甜叶菊中提取莱鲍迪苷M的传统方法成本高且产量低。该研究采用大肠杆菌进行全细胞催化合成Reb M,避免了复杂的酶纯化步骤,并适合工业化规模生产。该研究通过构建大肠杆菌底盘菌株并优化其发酵过程,实现了Reb M的高效合成。通过使用优化后的酶UGT76G1(突变T284S M88L L200A)和UGT91C1(突变F208M F379A),并引入蔗糖合酶atuSUS1以增强二磷酸尿苷-葡萄糖循环。同时,通过敲除araA(L-阿拉伯糖异构酶)和ushA(UDP糖水解酶)、过表达galU(葡萄糖-1-磷酸尿苷转移酶)并添加促溶标签XXA改造代谢途径,构建了出发菌株。通过发酵优化,确定最佳发酵条件为:在37 ℃下培养4 h后,加入0.1 mmol/L IPTG和15 g/L L-阿拉伯糖,在16 ℃下诱导16 h。在此条件下,出发菌株在42 ℃下反应24 h后,Reb M产量达到24.318 g/L,底物转化率达到91%,较初始条件提高了7.56倍。该研究成果为利用大肠杆菌生产莱鲍迪苷M提供了重要的指导。

维生素C和熊果酸(ursolic acid,UA)是刺梨主要代表性活性组分,研究表明二者功能活性存在协同增效关联,然而其分子之间存在的互作关系及机制尚不明晰。为此,该研究通过紫外-可见光谱(ultraviolet-visible spectroscopy, UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)、循环伏安法(cyclic voltammetry,CV)及分子模拟技术,分析维生素C与UA分子的互作影响及作用特性。结果显示,维生素C可显著提高UA的贮藏稳定性,在35 ℃贮藏30 d后,UA损失率较空白组降低27.2%(P<0.05);维生素C损失率较空白组无显著差异(P>0.05);UV-Vis显示维生素C-UA体系在290.4 nm处出现红移,二者形成电荷转移复合物;FTIR结果表明维生素C的烯二醇羟基与UA羧基通过氢键结合(3 434 cm^-1处O—H伸缩振动峰蓝移);CV法显示维生素C-UA复合物的氧化峰电位左移(第一峰ΔE₁=0.012 V,第二峰ΔE₂=0.066 V),二者形成有电活性复合物;分子模拟表明维生素C与UA的结合能为-23.46 kcal/mol,主要作用位点为UA的C-28羧基与维生素C的C-2羟基和维生素C羟甲基上的羟基。维生素C-UA互作呈现单向保护效应,归因于氢键选择性稳定UA羧基活性位点,而维生素C烯二醇结构的易氧化双键未被覆盖,致UA稳定性增强但维生素C稳定性未显著改善。该研究丰富完善了刺梨原料活性分子相互关系基础研究,并为后续刺梨活性成分的科学利用及功能性食品高效开发提供理论依据和技术指导。

为探究传统自然发酵红酸汤与速成增香发酵红酸汤的理化性质和风味物质的差异以及直投式复合发酵红酸汤标准化的可行性。利用植物乳植杆菌Lp-3和增香酵母菌印迪卡有孢圆酵母G2-11进行红酸汤复合发酵,通过高效液相色谱、顶空固相微萃取-气质联用等方法对2种发酵模式下的pH、总酸、氨基酸态氮、亚硝酸盐、有机酸及挥发性成分进行检测分析。结果表明,与自然发酵相比,2种菌株有良好的产酸能力,可更快速降低红酸汤中的pH值(3.16±0.05)与亚硝酸盐含量[(0.03±0.01) mg/kg],增加总酸含量[(21.80±1.01) g/kg],显著增加红酸汤中酒石酸、苹果酸、乳酸以及乙酸含量。此外,自然发酵中香气化合物为76种,经混合接种强化发酵后为97种,且主要以萜烯类、醇类与醛类化合物为主,使得红酸汤呈现出花香、果香、木香、青草香和清香香气。该研究显示植物乳植杆菌与印迪卡有孢圆酵母可以提高发酵红酸汤的风味和品质,复合发酵法为红酸汤产品的标准化生产奠定了基础。