微藻是一种光合自养型单细胞水生生物,能够合成脂质、蛋白质等多种活性成分。微藻中的蛋白质含量丰富,且具有较高的营养特性,能够调节机体健康、预防和治疗疾病等,在食品、医药、化妆品等领域具有广阔的发展前景。微藻蛋白质提取的关键在于细胞壁的高效裂解,从而使细胞中的蛋白充分释放。因此,该文基于常见的微藻细胞壁破壁技术,对微藻蛋白质的提取方法进行对比分析。旨在探索破壁更高效、过程更经济、易于工业化、蛋白更优质的提取方法,为微藻蛋白质的进一步开发利用,增加其商业价值提供指导。

L-丙氨酸是一种重要的天然氨基酸,广泛应用于医药、食品、饲料等领域。目前,L-丙氨酸主要通过大肠杆菌来生产,开发安全、工业稳定的谷氨酸棒杆菌生产菌株具有重要的意义。该研究筛选了外源丙氨酸脱氢酶,在不以其他氨基酸为氨基供体的条件下高效率合成L-丙氨酸。强化非磷酸转移酶系统(phosphotransferase system,PTS)葡萄糖摄取途径,极大地促进了细胞的生长和L-丙氨酸的合成。引入异源Entner-Dondoroff途径,通过4步反应即可实现糖酵解途径10步反应供应前体物丙酮酸,进一步提高了L-丙氨酸的产量。此外,为了避免抗生素的使用和保证菌株的遗传稳定性,将关键基因整合到基因组上。最终工程菌株在5 L发酵罐发酵48 h产生104 g/L L-丙氨酸。该研究为利用谷氨酸棒杆菌工业化生产L-丙氨酸奠定了基础,同时为其他丙酮酸族产品的代谢工程研究提供了参考。

挖掘功能基因,提升菌株环境胁迫耐受性,对高效利用纤维素水解液产乙醇至关重要。产甘油假丝酵母(Candida glycerinogenes)是具有多重抗逆性的工业菌株,经基因组文库筛选,获得能够提高酵母乙酸耐受性的rRNA甲基转移酶基因CgBmt5。在酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中表达CgBmt5提高了乙酸耐受性,重组菌在胁迫下乙醇产量为60.5 g/L,提高17.7%。在C.glycerinogenes中过表达CgBmt5后,乙酸胁迫下乙醇产量提高17.6%,2种过表达的单位菌体产量、底物转化率、生产强度均有提高。进一步将C.glycerinogenes过表达菌应用于纤维素水解液发酵,乙醇产量提高71.7%,转化率提高65.0%,生产强度提高155.7%。乙酸胁迫下,过表达菌中脂质过氧化水平降低,且过氧化氢酶(catalase,CAT)和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性增加;转录分析发现,Pfk1和Arg3基因上调,Gpd1和Cox3下调,表明CgBmt5可能通过降低脂质过氧化水平、提高SOD和CAT活性及影响糖代谢和精氨酸合成促进菌株的乙酸耐受和胁迫下的发酵能力。该研究为酵母的胁迫耐受机制和纤维素乙醇技术发展提供了新的生物材料。

D-塔格糖,是D-半乳糖的同分异构体、D-山梨醇的C-3位差向异构体和D-果糖的C-4位差向异构体,是一种天然存在的低热量功能性甜味剂,甜度是蔗糖的92%,热量是蔗糖的1/3,为1.5 kcal/g。D-塔格糖能够预防龋齿和肥胖、降低血糖,并对肠道健康有益。该文简述了 D-塔格糖的生理功能及应用,介绍了当前生物合成D-塔格糖所需主要的生物酶L-阿拉伯糖异构酶,综述了近几年D-塔格糖生物合成研究进展,并对未来D-塔格糖的生物合成研究作出展望。

目前对于特香型大曲不同层次间微生物群落结构和数量变化特征,及其与风味物质的关联性尚不清晰。该研究运用绝对定量和相对定量扩增子测序技术,揭示特香型大曲不同层次结构的微生物组成及变化规律,并对主要细菌和真菌的来源进行了溯源分析。同时运用顶空固相微萃取-气相色谱质谱联用技术(headspace solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS),比较分析大曲不同层次的风味化合物含量。结果表明,曲心的细菌总生物量显著低于曲皮和中层,为曲皮的55%,中层的53%。魏斯氏菌属(Weissella)、乳杆菌属(Lactobacillus)和肠杆菌属(Enterobacter)为曲皮的主要细菌类型,高温放线菌属(Thermoactinomyces)为曲心的特征优势细菌,而糖多孢菌属(Saccharopolyspora)在中层和曲心含量远高于曲皮。伊萨酵母属(Issatchenkia)和丝孢毕赤酵母属(Hyphopichia)为曲皮的主要酵母,曲霉属(Aspergillus)为曲心的优势霉菌。曲心的醇类、醛酮类、吡嗪类和醚酚类的总含量均高于曲皮和中层,而曲皮的酯类的总含量高于曲心。该项研究结果为优化特香型大曲制曲工艺,进而运用生态发酵技术提升大曲品质提供了重要参考。

调料对丰都麻辣鸡品质有重要影响,为评价丰都麻辣鸡调料的风味特征,该文采用HPLC、电子鼻、GC-MS技术以及感官评价等方法分析研究了不同厂家丰都麻辣鸡调料麻度、辣度和挥发性香气成分。结果表明,不同厂家丰都麻辣鸡调料的山椒素和辣椒素类物质含量分别为0.023~4.053 mg/g和0.123~0.471 g/kg,麻度、辣度差异显著;电子鼻结合主成分分析可用于对不同厂家丰都麻辣鸡调料的快速区分;在丰都麻辣鸡调料中共检测出81种挥发性成分,其组成和比例的不同使得各厂家丰都麻辣鸡产品风味各异;香气活度值(odor activity value, OAV)分析筛选出了13种主要香气成分,主要为月桂烯、芳樟醇、(Z)-2-癸烯醛、D-柠檬烯、乙酸芳樟酯等成分;经感官评价,S4、S8、S9的感官评分最高,其麻辣味较为协调、适口。总的来说,不同厂家丰都麻辣鸡调料的麻辣程度和香气有差异,结合麻度、辣度分析和感官评价结果,1.512~4.053 mg/g、0.184~0.200 g/kg可能是较为适宜的麻度、辣度范围,其整体风味以脂肪香、花果香和辛香为主。

为了比较不同类型快速描述分析方法的感官评价效果,该研究分别采用Napping法结合超自选特性排序剖面(Napping-ultra-flash profiling, Napping-UFP)法、自由选择剖面(free choice profiling,FCP)法以及极化感官定位(polarized sensory positioning,PSP)法对不同产地的豆豉样品进行快速描述分析。结果表明,相同样品在载荷图上的位置均接近,方法准确性较高。3种方法的样品载荷图分布均相似,对不同产地的豆豉具有良好的区分度。同时,调整后的RV系数(adjusted RV coefficient,ARV)均高于0.750,进一步说明3种方法间的相关性较高;PSP法与FCP法的相关性最高,但PSP法缺少感官描述词。Napping-UFP和FCP法均可以提供产品的感官特征。综上可见,以Napping-UFP法、FCP法和PSP法为代表的快速描述分析方法均可快速实现样品区分,能有效、较准确获得各产品间感官特征差异,在食品感官评价领域具有广泛的应用前景。

芋头是非洲和亚洲部分地区消费者的主食,也是碳水化合物的重要来源,在我国有着悠久的种植和食用历史。现代药理学研究表明非淀粉多糖是芋头中的重要活性成分,具有免疫调节、抗氧化、降血糖和降血脂等作用,这促进了芋头多糖在食品、医药和其他领域的应用潜力。该文综述了近年来国内外关于芋头多糖的提取、分离纯化、结构表征、功能活性及应用情况,为芋头多糖的深入研究以及开发应用提供理论依据。

核糖体结合位点(ribosome binding site, RBS)是一种重要的生物控制元件,是实现基因表达精细调控的重要工具,在微生物代谢工程和合成生物学中具有广泛的应用。谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)是一种重要的工业微生物,被广泛应用于多种氨基酸和有机酸的工业化发酵生产。然而目前,关于谷氨酸棒杆菌RBS元件文库的报道仍然较少。该研究基于谷氨酸棒杆菌RBS序列基本特征,设计构建了一个随机RBS文库。利用流式细胞分选技术和96孔板筛选技术,建立了RBS文库高通量筛选方法。通过2步筛选,构建了一个调控范围广,覆盖范围均匀的人工RBS元件文库,调控范围达到29.04倍。利用α-淀粉酶表达系统对构建的人工RBS文库进行测试和表征,结果表明人工RBS文库具有较高的稳定性和通用性。随后该研究将人工RBS文库应用于L-高丝氨酸生物合成途径的调控优化。利用不同强度RBS元件对L-高丝氨酸合成途径关键酶LysC^r和Hom^r进行精细表达调控,获得了具有高效L-高丝氨酸合成能力的最佳组合,L-高丝氨酸产量到达12.7 g/L,比野生型菌株高丝氨酸含量提高了3.6倍。综上所述,该研究构建了一个调控范围广、稳定性高的谷氨酸棒杆菌人工RBS文库,为谷氨酸棒杆菌代谢工程改造和基因精细表达调控提供了有效的控制元件。

L-丝氨酸广泛应用于医药、食品和化妆品等领域,目前尚未实现微生物直接发酵糖质原料工业化生产L-丝氨酸。在前期研究中发现,谷氨酸棒杆菌A利用蔗糖和葡萄糖生产L-丝氨酸产量存在差异。该文采用比较代谢组学的分析方法,研究谷氨酸棒杆菌A在不同碳源中的胞内代谢产物差异,揭示合成L-丝氨酸的关键代谢物,再考察外源添加主要关键代谢物对L-丝氨酸产量的影响。通过GC-MS及主成分分析和偏最小二乘判别分析,发现15种胞内代谢物可能与L-丝氨酸合成密切相关,其中三羧酸(tricarboxylic acid,TCA)循环中富马酸、琥珀酸、α-酮戊二酸、苹果酸及柠檬酸5种物质对L-丝氨酸合成影响较大;通过在培养基中分别添加这5种物质进行发酵,结果表明,富马酸对L-丝氨酸的产量影响最为显著,当添加2 g/L的富马酸时,L-丝氨酸的产量提高29.8%。表明基于比较代谢组学分析理性优化培养基的方法可以提高L-丝氨酸的产量。

β-烟酰胺单核苷酸(β-nicotinamide mononucleotide,NMN)作为人体内重要辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide,NAD⁺)的直接前体受到了广泛关注,目前工业上主要采用化学法或化学-酶催化法进行合成,发酵法仍未取得突破。为获得一株高产NMN的工程菌株,对大肠杆菌进行了代谢途径改造。首先在大肠杆菌中异源表达了来自松噬几丁质菌(Chitinophaga pinensis)的烟酰胺磷酸核糖转移酶,构建了NMN的补救合成途径;为增强前体5-磷酸核糖-1-焦磷酸(5-phosphoribose 1-pyrophosphate,PRPP)的供应,过表达了从葡萄糖出发的多个途径酶,促进了葡萄糖向磷酸戊糖途径的流动;同时,为有利于NMN积累,通过敲除NMN下游代谢分解途径基因pncC、ushA以及调控NAD⁺衍生物基因nadR,所获得的重组菌产量摇瓶水平达到60 mg/L,是初始产量的4.95倍;进一步在5 L罐上进行发酵试验,产量最高达到390.1 mg/L。该菌株用于NMN的发酵生产具有良好的潜力。

利用专利菌种Isaria cicadae Y.R.L-3进行大米发酵,开发养颜食品原料。通过加热回流法提取该发酵培养物,并采用正交试验设计优化提取工艺,进行抗氧化活性研究。结果发现,在最佳提取工艺40目筛、1∶12(g∶mL)的料液比、不含乙醇(95%)、回流提取2 h的条件下,大米发酵物提取液的1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)自由基清除率为95.24%(IC₅₀值为0.352 mg/mL),2,2′-联氨-双-(3-乙基-苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐[2,2′-azino-bis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid,ABTS]自由基清除率为89.51%(IC₅₀值为0.302 mg/mL),羟自由基清除率为98.98%(IC₅₀值为0.627 mg/mL),并且大米发酵物提取液可以提高H₂O₂诱导下HaCaT细胞存活率,减少丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量,增强超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase, GSH-Px)活力。大米发酵物具有一定抗氧化作用,在开发天然抗氧化养颜食品原料方面具有潜在价值。

为探究2株植物乳杆菌对高强度运动后小鼠肌肉损伤及肌肉能量代谢能力下降的缓解效果及其与肠道内环境变化的关系,通过6周的负重游泳构建了高强度运动小鼠模型,同时以植物乳杆菌进行干预;在无负重游泳30 min后,检测了植物乳杆菌干预(6周,2×10⁸ CFU/d)后小鼠的相关生化指标及肠道菌群的变化情况。结果表明,高强度运动造模导致小鼠肌肉中的肌乳酸含量显著上升,血清中乳酸脱氢酶及肌酸激酶活性显著上升;其中,植物乳杆菌73L1干预后显著逆转这一变化,提示该植物乳杆菌可缓解腓肠肌高强度运动下的乳酸堆积和肌肉损伤;此外,该植物乳杆菌的干预显著提高了小鼠肠道中Oscillibacter的相对丰度,降低Candidatus Saccharimonas和Ruminococcaceae UCG-005的相对丰度;相关性分析表明,Candidatus Saccharimonas的相对丰度与乳酸脱氢酶活性呈显著正相关(P<0.001)。综上所述,植物乳杆菌73L1具有良好的缓解高强度运动造成的小鼠肌肉损伤的能力,而此能力与其对肠道菌群的特定调节存在显著相关性。这些结果提示,降低肠道Candidatus Saccharimonas的相对丰度可能是植物乳杆菌73L1缓解高强度运动所导致的小鼠肌肉损伤的潜在作用机制。

D-阿洛酮糖作为一种具有多重生理功能的食品添加剂,是近年来的研究热点。为完善D-阿洛酮糖上下游生产工艺,选取3种不同微生物来源的D-阿洛酮糖3-差相异构酶(D-allulose 3-epimerase, DAEase)在大肠杆菌表达宿主BL21(DE3)中进行异源表达,通过对全细胞生物转化工艺的探索和不同重组菌催化能力的分析对比,发现重组表达了来源于多尔氏菌属(Dorea sp.CAG317)的DAEase的全细胞生物转化率达到32.60%。在此基础上对反应液进行色谱分离和纯化,得到高纯度的D-阿洛酮糖料液。对D-阿洛酮糖料液采取冷却结晶法析出晶体,结果显示采用优化后的冷却结晶工艺,D-阿洛酮糖结晶率达到了77.43%,纯度达到了98.70%。该研究为工业化生产D-阿洛酮糖提供重要参考。

为研究不同配比的亚麻籽油磷虾油降血脂的功效,将80只雄性大鼠随机分为8组,分别为空白对照组、模型对照组、不同配比的亚麻籽油磷虾油(46:50、62:34和78:18)的高、低剂量组。高脂饲料造模7天,经口给予大鼠不同亚麻籽油磷虾油样品30天,通过检测各组小鼠血清中甘油三酯(triglyceride, TG)、总胆固醇(total cholesterol, TC)、低密度脂蛋白胆固醇(low-density lipoprotein cholesterol, LDL-C)和高密度脂蛋白胆固醇(high-density lipoprotein cholesterol, HDL-C)指标,探究亚麻籽油磷虾油辅助降血脂功效以及不同功效成分的最佳配比。试验结果显示,与空白对照组比较,模型组血清中TC、TG、LDL-C均极显著升高(P<0.01),说明模型成立;与模型对照组相比,不同配比的各剂量组大鼠TC、TG和LDL-C含量均显著或极显著降低(P<0.05和P<0.01),且各剂量组大鼠体重及HDL-C无显著性差异(P>0.05),表明不同配比的亚麻籽油磷虾油均具有辅助降血脂的功效,且亚麻籽油与磷虾油配比为62:34时,降低高血脂大鼠TG和LDL-C作用最显著。

异戊二烯是最简单的萜烯类化合物,是橡胶、食品、医药和化妆品工业的重要原料。在微生物中构建甲羟戊酸(mevalonate, MVA)代谢途径是目前生产异戊二烯及其衍生萜烯的有效途径,但关键酶的活性和表达水平会限制异戊二烯的合成。针对关键酶-异戊烯基焦磷酸异构酶(isopentenyl diphosphate isomerase, IDI)的活性低等问题,该研究从酶工程、启动子工程和核糖体结合位点(ribosome binding site,RBS)工程3个方面对IDI的表达进行了优化。首先在大肠杆菌中建立了异戊二烯生产体系,挑选肺炎链球菌来源的IDI进行蛋白质建模和结构分析,计算得到了活性热点Met146并对其进行点突变。经过改造得到1株突变体Met146His,其将异戊二烯的产量提升至820.46 mg/L。接着针对该突变株进行启动子优化和RBS优化,最终得到的优化菌株将异戊二烯的产量提升至862.79 mg/L,是出发菌株的2.58倍。结果证明,对于IDI进行酶分子改造和表达优化以提高酶活性并调控表达水平,是提高异戊二烯产量的有效策略。IDI的优化也可以应用于异戊二烯的下游产物,如倍半萜和二萜等的生物合成。

异麦芽酮糖是蔗糖的同分异构体,具有多种优秀的生理功能,广泛应用于食品行业。蔗糖异构酶可以将蔗糖异构为异麦芽酮糖,与其他微生物来源的蔗糖异构酶相比,Pantoea dispersa UQ68J来源的蔗糖异构酶转化蔗糖时异麦芽酮糖产率高,副产物少。为了更好地将异麦芽酮糖应用于食品领域,该研究将P.dispersa来源的蔗糖异构酶在食品安全微生物枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)中重组表达,研究重组蔗糖异构酶的酶学性质并优化其制备异麦芽酮糖的反应条件。结果表明,重组酶的最适pH值为6.0,最适温度为30 ℃,在pH 5.0~8.0稳定性良好,在45 ℃下的半衰期为68 min。用该重组酶制备异麦芽酮糖,当蔗糖质量浓度为400 g/L,加酶量为20 U/g,在30 ℃、pH 6.0条件下转化10 h时,异麦芽酮糖产率可达90.61%,当蔗糖质量浓度提高到700 g/L,异麦芽酮糖产率仍可达89.20%。该研究提高了蔗糖异构酶的安全特性,实现了异麦芽酮糖的高产率,为工业生产异麦芽酮糖奠定了基础。

采用薄膜固相微萃取与气质联用技术对市场占有率较高的4种牛油火锅底料品牌的B端和C端产品的挥发性风味物质进行了比较分析,并构建主成分评分模型对其风味进行了差异性评价。结果表明,B端产品共检测有154种风味物质,C端产品则有158种,而8个样品检测出25种相同的风味物质,相同品牌的风味物质中,C端产品的烃类物质占比明显较低。利用主成分分析对火锅底料中的风味物质组成进行分析,结果表明,7个主成分因子累积方差贡献率达到100%,能有效表征火锅底料的风味物质信息。最后构建主成分分析模型,计算综合评价指数,对其风味进行评价排序,Pearson相关性分析发现主成分综合得分与感官评价结果相关性为极显著(P＜0.01),相关系数为0.908,说明所构建的模型能够有效地对火锅底料进行风味评价。

葡萄酒加工过程中产生大量废弃物,其生物能源及生物活性物质丰富。近年来,我国葡萄酒加工废弃物处理能力提升迅速,但生物资源再利用率低,未能形成综合利用和规模化生产体系。该文从葡萄酒加工废弃物的来源、废弃物的物质组成、废弃物的产业化应用及废弃物的分级利用这4个方面进行全方面的综述,旨在将葡萄酒厂的废弃物变废为宝,使废弃物能被充分、高效地分级利用,以提高其附加值,为葡萄酒加工废弃物的资源化利用提供参考方向,促进产业的低碳可持续发展。

小白链霉菌(Streptomyces albulus)是ε-聚赖氨酸(ε-poly-L-lysine,ε-PL)的工业生产菌,其在发酵生产过程中遭受低pH胁迫,易造成ε-PL合成能力下降。因此,该文采用一种逐级增加选择压力的低pH适应性进化策略,经过连续93 d的适应性进化,实现S.albulus GS114耐受pH值由4.0降低到3.6。经过大量筛选,获得了低pH适应性进化菌株S.albulus ALE4.0、S.albulus ALE3.8和S.albulus ALE3.6;结合低pH耐受性和摇瓶发酵实验,确定最优适应性进化菌株为S.albulus ALE3.6。进一步考察不同pH值对S.albulus ALE3.6合成ε-PL的影响发现,S.albulus ALE3.6在不同pH值条件下,较出发菌株S.albulus GS114均表现出发酵优势。最后,采用恒定pH 4.0补料分批发酵方式,在5 L发酵罐水平实现S.albulus ALE3.6的ε-PL产量达到43.7 g/L,较出发菌株提高了63%。研究结果一方面表明通过适应性进化方法可以显著提高S.albulus的低pH耐受能力,另一方面也说明通过增强S.albulus低pH耐受性是提高其合成ε-PL能力的有效途径。