金针菇玉米胡萝卜复合香肠的配方及蒸煮损失率研究

以猪肉和鱼肉为主要研究原料,添加大豆分离蛋白、玉米淀粉、金针菇、玉米粒和胡萝卜等辅料,经腌制、混合、灌制、烘烤和蒸煮等工艺制作金针菇玉米胡萝卜复合香肠。以感官评分和蒸煮损失率为指标,利用单因素实验研究各因素对复合香肠品质的影响,再利用响应面实验进行优化,确定复合香肠的最优配方。实验结果表明:各因素的添加量分别为鱼肉泥50.24%、大豆分离蛋白3.17%、玉米淀粉8.38%、金针菇8%、胡萝卜泥5%和玉米粒8%,在此条件下制成的复合香肠形态完整,口感良好,具有金针菇、玉米和胡萝卜的独特风味,营养丰富,更能满足大众需求。

基于OBE理念的生物工程综合实验课程探索与实践

基于成果导向教育(OBE)理念,旨在构建以培养科技创新型、实践应用型人才为目标的生物工程综合实验教学体系。教学内容源自授课老师科研课题,汇聚生物工程上、中、下游关键环节。课程设计采用教师课题背景介绍、学生自主实验设计、师生讨论细化步骤、实验实践验证结果、结果分析总结5个步骤,以此锻炼学生的创新思维及实践能力。采用多元化评价考核体系界定学生实验成绩,用以涵盖学生获得的综合研究能力和理工科创新能力。此实验课程激活学生自主创新和解决复杂生物工程问题的能力,并获得一系列科研成果。本课程培养目标及执行效果与国家“创新驱动”发展战略契合,相关经验可为其他理工科专业教学改革提供参考。

EM菌发酵兔粪浸出液对小球藻生长及生化成分的影响

研究了EM厨余堆肥菌发酵处理的兔粪浸出液对小球藻(Chlorella vulgaris)的生长及蛋白质、可溶性糖、叶绿素等生化成分的影响。结果表明,兔粪浸出液处理组中,7%浓度组小球藻在第12天时达到最大现存量,为1.06×10^(7)个/mL,而对照组最大现存量只有6.45×10^(6)个/mL;7%浓度组的小球藻与对照组相比生长差异表现明显。5%、7%浓度组在第8天时其藻细胞密度已接近对照组的最大现存量,分别为6.02×10^(6)个/mL和6.80×10^(6)个/mL,表明适宜浓度的兔粪浸出液处理对小球藻的生长有刺激作用。低浓度组中3%浓度组的小球藻生长不理想,但蛋白质积累最高,含量达到17.31 mg/L,与对照组相比差异显著(P<0.05)。6%浓度组的可溶性糖含量最高,为332.7 mg/L,其叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别为3.19、1.58 mg/L和0.57 mg/L,与对照组相比差异显著。

东方伊萨酵母对浓香型白酒酒醅微生物群落结构及挥发性风味物质合成的影响

分析东方伊萨酵母(Issatchenkia orientalis)对浓香型白酒酒醅微生物群落结构及挥发性风味物质合成的影响,以探究其对酒醅微生物相互作用关系及代谢的影响。实验室条件下利用酒醅和黄水构建浓香型白酒酿造微生物体系,接种一株分离自酒醅的东方伊萨酵母进行发酵,对2组酒醅微生物群落的组成、微生物相互作用关系和挥发性风味物质进行分析。结果表明:接种东方伊萨酵母后酒醅微生物的丰度发生改变,乳酸杆菌属(Lactobacillus)和Issatchenkia相对丰度增加,类芽孢杆菌属(Paenibacillus)和曲霉属(Aspergillus)相对丰度下降,同时加强了微生物间的相互作用,使酒醅微生物网络结构变得更为复杂、紧密;实验组酒醅中醇类挥发性风味物质与对照组酒醅相比明显增加,2组酒醅共有20种具有显著差异的挥发性风味物质,实验组酒醅中异丙醇、异戊醇和异丁醇含量显著增加。研究结果揭示了接种东方伊萨酵母对浓香型白酒酒醅微生物群落结构和挥发性风味物质的影响,有助于了解酒醅功能微生物对酒醅微生物的扰动及代谢物合成的影响。

不同碳源对E.adhaerens产维生素B_(12)发酵代谢动力学分析

考察了Ensifer adhaerens(E.adhaerens)在不同碳源(麦芽糖、蔗糖、葡萄糖和果糖)条件下的生理代谢特性,并利用Logistic和Luedeking-Piret模型分析了黏着剑菌发酵过程生长动力学及产物合成动力学特性变化。结果表明,蔗糖能够显著促进E.adhaerens的生长和合成代谢,补料批培养条件下发酵单位分别比葡萄糖、麦芽糖、果糖组高出53%、40%、103%;发酵代谢动力学分析表明,不同碳源条件下,E.adhaerens生产维生素B_(12)(VB_(12))呈现部分生长偶联型;蔗糖为最优碳源,最大比生长速率和最高发酵单位分别为0.054 h^(-1)和115 mg/L。E.adhaerens发酵过程中,蔗糖能够被逐渐分解为葡萄糖和果糖,维持合适的葡萄糖生成速率,用于提供足够的能量和前体用于菌体生长和VB_(12)合成,有效缓解了高质量浓度葡萄糖对菌体生长和产物合成的抑制。

强化厌氧表达dld基因以提高大肠杆菌工程菌发酵产L-乳酸的光学纯度

为去除廉价发酵原料中的D-乳酸从而提高发酵最终产物L-乳酸的光学纯度,该研究通过构建带有不同厌氧诱导启动子(pflBp6、pnirB、pflBp6-pnirB)的D-乳酸脱氢酶基因(dld)的表达质粒,并将其分别转入大肠杆菌(Escherichia coli)HBUT-L,加强其在发酵产L-乳酸的同时消除外源D-乳酸的能力。通过装液量与转速的单因素试验筛选最优的质粒表达条件及菌株,并在无机盐培养基与玉米浆培养基中进行发酵验证。结果表明,在装液量为200 mL/250 mL、转速为150 r/min的条件下,含有启动子pflBp6-pnirB的表达质粒的工程菌株HBUT-L4发酵18 h时D-乳酸脱氢酶活力最高,为81.1 U/g。在此条件下进行无机盐培养基和玉米浆培养基发酵时,工程菌株HBUT-L4相对于出发菌株HBUT-L,D-乳酸消耗速率分别提高250%、217%,L-乳酸的光学纯度分别从96.32%、98.48%提升至99.95%、99.98%。在大肠杆菌工程菌发酵L-乳酸的过程中,带有厌氧诱导启动子pflBp6-pnirB的表达质粒可提高D-乳酸脱氢酶活力,强化菌株消除外源D-乳酸,进而提高L-乳酸的光学纯度的能力,具有重要的工业化应用价值。

双菌共培养产氢体系的构建及产氢性能的优化

生物发酵产氢是通过高效产氢菌把自然界储存于有机化合物中的化学能转化为氢气的技术。本研究在前期单菌产氢条件优化的基础上,构建丁酸梭菌(Clostridium butyricum LQ25)产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes AJ110637)共培养发酵产氢体系。以葡萄糖为底物,研究共培养发酵体系的产氢性能及其协同效应。结果表明:C.butyricum LQ25与E.aerogenes AJ110637在接菌的体积比9∶1、初始pH 7.0、发酵温度40℃的条件下产氢效率最高,每克葡萄糖产氢量最高可以达到354.05 mL,分别比C.butyricum和E.aerogenes单独发酵高出31.71%和70.59%。在共培养发酵体系中添加1.0 g/L的CaCO 3,可以显著缓解体系的酸化程度,H 2产率比对照组提高了21.80%。与单一菌株纯培养发酵产氢相比,双菌共培养体系产氢率有所提高,体现了C.butyricum和E.aerogenes的协作效应。

乳酸菌发酵对花生衣抗糖化缓解皮肤衰老功能的影响

糖化会导致晚期糖基化终末产物(AGEs)形成并在体内积累,引起皮肤衰老。体外实验表明花生衣具有抗糖化作用,乳酸菌发酵能否提升花生衣的抗糖能力尚不清楚。本研究采用体外AGEs生成模型和丙酮醛损伤皮肤成纤维细胞(HSF)模型,从10株乳酸菌中筛出植物乳植杆菌CCFM1354,该菌具有很好的抑制AGEs生成能力,能缓解HSF细胞的糖化损伤。高糖细胞模型实验发现,CCFM1354发酵花生衣能显著降低HSF细胞中BAX和NFKB1的mRNA的相对表达量;D-半乳糖诱导的衰老小鼠实验结果表明,口服植物乳植杆菌CCFM1354发酵花生衣能显著降低小鼠血清AGEs含量,提高小鼠皮肤弹性,改善小鼠皮肤萎缩状况,且效果优于未发酵花生衣。由此可见,植物乳植杆菌CCFM1354发酵能显著提升花生衣的抗糖化功能,缓解皮肤衰老。

产β-D-葡萄糖苷酶菌株筛选及其在香草兰豆荚发酵生香中的应用

本研究从发酵后的香草兰豆荚中筛选出产β-D-葡萄糖苷酶的微生物菌株,并将筛选出的菌株应用到香草兰发酵过程中,以提高发酵豆荚品质。采用七叶苷选择培养基传统分离培养方法,从发酵后的香草兰豆荚中筛选出可产β-D-葡萄糖苷酶的菌株,鉴定每株菌的菌株同源性,测量每株菌产β-D-葡萄糖苷酶酶活,绘制2株产酶较高的菌株系统发育树,并将产酶最高的2株菌按照不同组合喷洒至发酵中的香草兰豆荚中,测定其发酵豆荚香兰素含量、香兰素葡萄糖苷含量和挥发性成分。结果表明:从产自马达加斯加(M)的香草兰发酵豆荚中共筛选出9株菌、产自中国热带农业科学院香料饮料研究所(S)的香草兰发酵豆荚中筛选到12株菌,检测出的15株菌均为芽孢杆菌,其中M3、S7的β-D-葡萄糖苷酶活力较高。使用M3、S7以不同组合添加喷菌发酵试验的豆荚中,只喷M3的发酵豆荚香兰素含量最高为2.25%,M3与S7按照体积比1∶1喷洒处理的香兰葡萄糖苷含量下降最多,为80.7%,只喷M3的发酵豆荚鉴定出挥发性物质34种。本研究成功筛选出产β-D-葡萄糖苷酶的功能微生物,并利用筛选出的微生物辅助香草兰豆荚发酵生香,可用于提升香草兰豆荚品质。

提升头孢菌素C发酵效率的复合碳源补料工艺开发及代谢机制

开发了一种以葡萄糖和豆油为底物碳源的复合补料策略,能够显著提升头孢菌素C(CPC)的合成效率,使其产量提升了14.8%,并观测到碳源变化在宏观呼吸代谢、中间代谢物、细胞内通量分配和还原力NADPH利用方面产生了全局影响,其中二氧化碳释放速率(CER)的变化表明在葡萄糖和豆油复合补料策略下细胞中心代谢网络的通量发生了明显改变,碳流向CPC的通量得到增强,同时促进了蛋氨酸和丝氨酸的胞外吸收。胞内有机酸α-酮戊二酸、丙酮酸、苹果酸的浓度明显提升,有利于谷氨酸、缬氨酸和半胱氨酸等核心氨基酸的合成,从而有利于CPC生产。主成分分析(PCA)的载荷测定结果表明大多数氨基酸和CPC合成呈正相关,谷氨酸的胞内含量与CPC合成的关联性最强,而α-氨基己二酸和赖氨酸积累反而不利于CPC合成。细胞还原力方面,豆油和葡萄糖组合工艺有助于NADPH更多地用于CPC合成,使得CPC快速合成时对NADPH的大量需求得到了满足。这些结果表明改变底物能够对细胞内部的代谢产生全方位的影响,复合补料策略在优化CPC合成中具有巨大潜力。

甘蔗糖蜜促进类球红细菌辅酶Q_(10)的糖转化效率

考察了甘蔗糖蜜对类球红细菌发酵生产辅酶Q_(10)生物合成的影响,优化得到最佳的甘蔗糖蜜添加工艺,提升了糖转化率,大幅度降低了生产成本。不同碳源底物对辅酶Q_(10)产物合成有较大的影响,其中葡萄糖为最适碳源,利于类球红细菌菌体的生长和辅酶Q_(10)的合成。通过正交试验对辅酶Q_(10)发酵培养基进行了优化,当甘蔗糖蜜质量浓度为20 g/L、葡萄糖质量浓度为30 g/L、KH_2PO_4质量浓度为1 g/L时,对类球红细菌生长和辅酶Q_(10)合成均有利,且辅酶Q_(10)发酵效价达到了380.1 mg/L,糖转化率12.71 mg/g。在30 L发酵罐上进行发酵放大,结果辅酶Q_(10)产量最高达到3 311 mg/L,较对照组提高了15.4%,糖转化率提高了13.9%,这些发酵过程的生理参数进一步验证了甘蔗糖蜜有利于菌体代谢活力的维持以及辅酶Q_(10)的合成。

无麸质饮食营养改善生物策略:乳酸菌发酵

长期严格无麸质饮食是麸质相关疾病患者的唯一治疗方式,大量研究指出无麸质饮食目前存在营养不均衡、麸质意外暴露等风险。乳酸菌发酵作为传统且安全的食品加工方式,正被应用于无麸质食品的制作,研究表明乳酸菌能通过体外发酵及体内定植的方式改善无麸质食品的营养品质。文章从乳酸菌发酵提升无麸质食品营养及其对麸质相关疾病患者的体内益生作用2个方面展开综述,拟为建立乳酸菌干预的无麸质饮食营养改善生物策略提供支撑。

工程大肠杆菌利用甘油和乳糖高效合成2’-岩藻糖基乳糖

本实验在大肠杆菌BL21star(DE3)中构建2’-岩藻糖基乳糖(2’-fucosyllactose,2’-FL)的从头合成途径,通过CRISPR/Cas9系统敲除β-半乳糖苷酶基因lacZ和UDP-葡萄糖脂质载体转移酶基因wcaJ,探究不同来源α-1,2-岩藻糖基转移酶对2’-FL合成的影响,调控合成途径基因的转录水平,并进行工程菌发酵条件优化。结果表明,初始工程菌摇瓶发酵72 h后2’-FL产量为0.34 g/L,敲除lacZ和wcaJ基因后发酵72 h合成的2’-FL质量浓度提高到2.12 g/L。脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)来源α-1,2-岩藻糖基转移酶WcfB产量提升效果最好,摇瓶发酵合成的2’-FL质量浓度达4.12 g/L。经发酵条件优化,工程菌BLW-2在28℃和异丙基-β-D-硫代半乳糖苷终浓度0.2 mmol/L条件下,摇瓶发酵合成的2’-FL质量浓度提高至5.01 g/L,5 L发酵罐中分批补料发酵合成的2’-FL质量浓度达31.2 g/L。

米曲霉固态发酵豆粕制备肽螯合铜的结构及稳定特性

本研究以豆粕为原料,通过米曲霉固态发酵制备可螯合Cu^(2+)的豆粕肽(soybean meal peptide-Cu^(2+),SBMPCu(II)),并探究SBMP-Cu(II)的螯合机制及其结构稳定特性。结果显示1~5 kDa SBMP对Cu^(2+)具有较强的螯合能力,经阴离子交换和凝胶过滤层析纯化后,其螯合Cu^(2+)能力达到(288.47±2.18)mg/g。利用液相色谱-串联质谱分析鉴定出1~5 kDa SBMP中有27个寡肽,其分子质量均小于1500 Da,且酸性氨基酸(天冬氨酸和谷氨酸)和碱性氨基酸(精氨酸、组氨酸、赖氨酸)在螯合Cu^(2+)过程中起关键作用。傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、扫描电镜及Zeta电位等分析结果表明SBMP螯合Cu^(2+)的主要活性基团为—COOH和—NH2,且所得SBMP-Cu(II)的结晶度增加,其表面电荷发生中和反应而形成粗糙球形团聚体。此外,SBMP-Cu(II)具有比SBMP更为优异的耐酸、耐热、耐盐性及体外消化稳定性,可作为新型铜补充剂有效提高Cu^(2+)在胃肠道环境的生物可及性。本研究结果可为SBMPCu(II)补充剂的低成本高效制备和豆粕高价值资源化利用提供理论依据和技术支持。

培养条件对丝状微藻克里藻生长与亚油酸合成的影响

为开发亚油酸生产新资源,对筛选获得的一株丝状微藻克里藻,考察培养基氮浓度、培养基磷浓度、光强、培养温度和环境pH对其生长、氮消耗、油脂含量和油脂脂肪酸组成的影响。结果表明:培养基氮浓度对克里藻生长没有明显影响,但高氮不利于油脂和不饱和脂肪酸的合成;培养基磷浓度过低会抑制细胞生长,过高对细胞有毒害作用;适当提高光强有利于细胞生长,但对细胞内油脂含量影响不大,低光强培养有利于亚油酸等不饱和脂肪酸的合成;培养温度对克里藻生长与油脂积累影响不大,低温培养有利于亚油酸的合成;环境pH对细胞生长、油脂积累和亚油酸合成影响明显,pH 6.0~7.5的弱酸-中性条件下细胞生长最快,油脂含量更高;控制初始氮浓度3~6 mmol/L、磷浓度0.115~0.230 mmol/L、光强100~300μmol/(m^(2)·s)、培养温度15~30℃、环境pH 7.5左右,克里藻细胞可积累42%左右的油脂,油脂中亚油酸含量在65%~75%。综上,丝状微藻克里藻是一种有潜力的亚油酸生产新资源。

大肠杆菌表达高性能融合鱿鱼环齿-类弹性蛋白的发酵优化

为了实现重组蛋白SRT-ELP36在大肠杆菌中的高效表达,利用携带重组蛋白SRTELP36基因的pET-25b(+)表达载体,分别在摇瓶和5 L发酵罐上进行了发酵条件优化,并在50 L发酵罐中进行放大验证。经转化表达质粒后,宿主菌BL21(DE3)的菌体生长和蛋白体积产量均高于BLR(DE3),可用于蛋白SRT-ELP36表达。摇瓶发酵条件优化结果表明,TB(Terrific Broth)培养基、装液比(装液量与摇瓶体积之比)为5%、诱导温度为37℃、对数生长结束期添加0.5 mmol/L的IPTG(异丙基-β-D-硫代半乳糖苷)诱导剂,菌体最高OD_(600)(波长600 nm处的吸光值)达到22.3,最高蛋白体积产量达0.60 g/L。在5 L发酵罐中进行补料分批培养条件优化,在OD_(600)为35时添加终浓度为0.5 mmol/L的IPTG启动诱导,并控制过程菌体氧消耗速率(OUR)为(180±5) mmol/(L·h),菌体的最高OD_(600)和蛋白体积产量分别达到了88、1.85 g/L,单位菌体蛋白产量为70 mg/g。在50 L发酵罐中,参照5 L工艺控制条件进行发酵过程放大,菌体最高OD_(600)达到103,重组蛋白SRT-ELP36的体积产量和单位菌体产量进一步提高到了2.22 g/L和90 mg/g,是目前文献报道SRT蛋白表达的最高水平,为高性能融合鱿鱼环齿-类弹性蛋白的工业化生产提供了基础。

过表达果糖脱氢酶促进氧化葡萄糖酸杆菌高效合成5-酮果糖

5-酮果糖(5-KetoFructose,5-KF)具有与D-果糖相似的甜度和自然甜味,且不能被人体代谢而具有低热量的优点,是一种具有发展前景的非营养型天然甜味剂。为了获得5-酮果糖高产菌株,作者将来源于Gluconobacter japonicus的膜结合的果糖脱氢酶基因在Gluconobacter oxydans中过表达,通过对不同的宿主、表达载体和启动子的筛选,获得一株能够高效合成5-KF的工程菌QT-10。在3 L发酵罐中进行补料发酵优化,最终采用恒速连续流加果糖的方式,该工程菌可在82 h内消耗质量浓度为650 g/L的D-果糖,5-KF的产量高达608 g/L,产率为94.6%,时空产率为7.41 g/(L·h)。

绿化废弃物定向转化产酵母油脂的技术研究

城市公园建设过程中产生大量的绿化废弃物,是潜在的绿色生物质资源。利用预处理技术破坏绿化废弃物复杂致密的木质纤维素结构并将液体部分直接发酵生产微生物油脂,能够有效实现绿化废弃物的高值化利用。结果表明,圆红冬孢酵母在350 W反应6 min的微波预处理液中长势更佳,累积生物量达1536.67 mg/L,总糖利用率为85.16%,酵母中油脂质量分数最终稳定在21.44%,其基本性质参数符合大多数生物柴油的标准。该联产模式实现了绿化废弃物向酵母油脂的定向转化,整体流程短、操作简便,为进一步开发利用绿化废弃物生产生物油脂的工艺路线和进行绿色生物制造提供了有力的支撑。

基于辅酶调控产9α-OH-AD工程菌株构建及其发酵工艺优化

利用偶发分枝杆菌(Mycobacterium fortuitum)MFT降解植物甾醇生产9α-羟基-雄烯二酮(9α-OH-AD)过程中,存在丙酰辅酶A过量积累及辅因子不平衡等问题,影响菌株的转化效率。通过表达scpC降低胞内丙酰辅酶A含量,并通过串联表达ndh解决植物甾醇侧链降解过程中胞内辅因子I不平衡的问题,在此基础上表达AarC将琥珀酰辅酶A和乙酸盐转化为琥珀酸盐和乙酰辅酶A,增强三羟酸(TCA)循环。构建的重组工程菌株MFT-scpC-AarC-ndh经初步优化发酵后,9α-OH-AD产率达到89.56%,比原始菌株转化率提高了37.86%。本研究为9α-OH-AD的工业化生产提供了理论基础和技术支持,也为其他植物甾醇转化工程菌株的构建提供新策略。

产聚苹果酸出芽短梗霉的筛选、鉴定及发酵培养基优化

从自然土壤样本中筛选得到一株产聚苹果酸(PMLA)菌株,该菌株经形态学观察和分子进化分析鉴定为出芽短梗霉(Aureobasidium pullulans)。筛选菌株同时具有聚苹果酸、普鲁兰多糖和liamocin胞外聚合物的合成能力。通过单因素和响应面试验对该菌种产PMLA的发酵培养基组分进行优化,获得较优培养基组分为葡萄糖130 g/L、硝酸钠5 g/L、玉米浆1.22 g/L、氯化钾0.5 g/L、磷酸二氢钾0.1 g/L、七水硫酸镁0.2 g/L、碳酸钙30 g/L,采用该培养基获得聚苹果酸的最大产量为25.82 g/L,比优化前提高了70.72%。