“食品微生物学”课程教学改革初探——以“三融”教学理念为基础

针对食品微生物学科前沿研究发展较快、学生理论知识与实践应用脱节、创新能力欠缺等学情问题,对“食品微生物学”课程进行了教学模式的创新变革与实践,提出了“课程思政与课程教育相融合、科学研究和课堂学习相融合、食品产业与专业教学相融合”的“三融”理念。通过设计完整课程体系、引入课程思政、创新课堂教学方法、重视实验教学质量、搭建科研创新平台和增设考核考查方式等六个方面措施的实施,对课程进行教学创新改革,取得了良好的教学效果,达到人才培养目标要求。

基于核磁共振氢谱代谢组学研究阿拉伯木聚糖及其复合多糖对高脂饮食诱导肥胖小鼠粪便代谢物的影响

为探究阿拉伯木聚糖及其复合多糖对高脂饮食诱导肥胖小鼠粪便代谢产物的影响,将16只雄性ICR/KM小鼠随机分为4组,包括正常饮食组、高脂饮食组、添加阿拉伯木聚糖的高脂饮食组和添加阿拉伯木聚糖+β-葡聚糖的高脂饮食组,通过核磁共振氢谱代谢组学技术研究粪便代谢物的组成及含量。结果表明:4组粪便代谢物中共定性出67种小分子化合物,包括氨基酸、肽、有机酸、碳水化合物、核苷、核苷酸及其衍生物等。与正常饮食组相比,高脂饮食组小鼠粪便代谢物中胆酸盐、黄嘌呤和焦谷氨酸的含量显著升高(P<0.05);缬氨酸、3-氧丁酸、4-羟基苯乙酸甲酯、3,4-二羟基苯乙酸、乙酸苯酯、谷氨酰胺、异亮氨酸和天冬氨酸的含量显著降低(P<0.05)。与高脂饮食组相比,补充阿拉伯木聚糖组小鼠粪便代谢物中谷氨酰胺、乙酸盐、4-羟基苯乙酸甲酯、葡萄糖、天冬酰胺、异丁酸和苏氨酸的含量显著升高(P<0.05);烟酸、焦谷氨酸和胆酸盐的含量显著降低(P<0.05)。其中,与添加阿拉伯木聚糖的高脂饮食组相比,补充阿拉伯木聚糖+β-葡聚糖的高脂饮食组小鼠粪便代谢物中焦谷氨酸的含量显著升高(P<0.05);乙酸盐、丁酸盐、葡萄糖、谷氨酰胺、异丁酸和丙酸的含量显著降低(P<0.05)。代谢通路和富集分析结果表明主要的作用途径包括酮体的合成和分解,苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成,酪氨酸代谢,丁酸盐代谢,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸的代谢。综上,补充阿拉伯木聚糖及其复合多糖能改善高脂饮食诱导肥胖小鼠的粪便代谢组学特征。

基于代谢组学技术结合智能感官探究临床乳房炎对牛乳风味和滋味物质的影响

为深入探究临床乳房炎对牛乳理化特性、风味和滋味的影响,利用乳成分分析仪、电子鼻和电子舌等智能感官技术对健康牛乳和乳房炎牛乳进行区分,同时利用1H核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)对乳房炎牛乳中的小分子物质进行定性和定量分析。结果表明,乳房炎牛乳脂肪含量显著低于健康牛乳,而密度、蛋白质含量和冰点显著高于健康牛乳;健康牛乳和乳房炎牛乳风味和滋味不同,在电子鼻和电子舌分析中有明显区分。1H NMR分析在两种牛乳样品中共定性定量出54种小分子化合物,主要包括氨基酸(17种),有机酸(15种),碳水化合物(7种),核苷、核苷酸及其衍生物(5种)等。23种化合物在两组间具有显著差异,16种化合物在健康牛乳中含量较高,7种化合物在乳房炎牛乳中含量较高。其中乳房炎牛乳中氨基酸和有机酸含量显著增加,导致牛乳产生不愉悦的酸臭味。本研究为鉴别健康牛乳和临床乳房炎牛乳及原料牛乳质量控制提供科学依据。

基于宏基因组技术分析自然发酵羊肉香肠中微生物多样性及生物胺的代谢

以不同发酵阶段的羊肉香肠为研究对象,分别采用高效液相色谱法和宏基因组技术测定发酵过程中生物胺含量变化和微生物群落演替,对生物胺和微生物多样性进行相关性分析,并结合非冗余蛋白质序列、直系同源蛋白分组比对数据库和京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)数据库对微生物和酶的丰度与功能进行注释。结果发现,羊肉香肠样品中生物胺随着发酵时间的延长呈现先增加后降低的趋势,在8种生物胺中,精胺含量最高。羊肉香肠样品中共鉴定出43个门、60个纲、112个目、201个科、465个属和2 156个种的微生物,细菌中的葡萄球菌属、弧菌属、酒球菌属和嗜血杆菌属为优势菌属。Spearman相关性分析显示,色胺、尸胺、酪胺、亚精胺和精胺与相对丰度前30的某些细菌属有显著相关(P<0.05),组胺、腐胺和苯乙胺与这些细菌属不存在显著相关性。利用KEGG数据库分析样品宏基因组数据后,得到样品的生物胺代谢路径及关联的酶和微生物,发现样品中有合成和降解尸胺、腐胺、亚精胺和精胺的细菌,有降解色胺、苯乙胺和酪胺的细菌,没有代谢组胺的细菌。研究结果不仅阐明了生物胺与微生物菌群的相关性,还对生物胺代谢与微生物和酶的关系作了阐述。

基于电子鼻和气相-离子迁移谱探究辣椒素对植物乳杆菌LP-CL-01产香特性的影响

本研究以传统发酵糍粑辣椒中分离出的植物乳杆菌LP-CL-01为研究对象,采用气相色谱-离子迁移谱(GC-IMS)结合电子鼻(E-Nose)探究辣椒素胁迫对植物乳杆菌发酵特性的影响。结果表明:E-Nose可以准确区分出辣椒素胁迫及不同发酵时间植物乳杆菌的风味差异。利用GC-IMS技术共检测出48种挥发性物质,在辣椒素胁迫下随着发酵时间的延长,植物乳杆菌LP-CL-01产生乙酸乙酯、2-庚酮和2-甲基丁基乙酸酯等的相对含量显著增加(P<0.05);N-亚硝基吗啉和左旋香芹酮等的相对含量显著降低(P<0.05)。综上所述,辣椒素胁迫会影响植物乳杆菌产香特性。该研究为植物乳杆菌在辣椒素胁迫条件下代谢产物变化研究提供借鉴,同时为改善传统发酵辣椒制品的风味质量提供参考。

热诱导潜在食物中毒威胁源重组M型金黄色葡萄球菌肠毒素去折叠及聚合过程

热失活工艺是降低加工食品中潜在的细菌和毒素含量的有效手段。M型金黄色葡萄球菌肠毒素(staphylococcal enterotoxins M,SEM)归属于V型超抗原,具有较弱的催吐活性,是一种潜在的金黄色葡萄球菌所致食物中毒威胁源。本研究利用圆二色光谱、荧光光谱、变性/活性聚丙烯酰胺凝胶电泳监测重组M型金黄色葡萄球菌肠毒素(recombinant staphylococcal enterotoxin M,rSEM)热诱导变性过程。结果表明,在低于40℃时,rSEM具有富含α-螺旋(17%)、β-折叠(32%)、转角(21%)的天然折叠态结构,分子表面唯一的121号色氨酸残基位于β-掌型结构域中相对疏水的环境中。随着温度从42℃升高到55℃,rSEM二级结构中减少的α-螺旋含量被增加的β-折叠/转角含量所弥补,蛋白质分子之间聚集状态未发生明显改变,最大荧光发射波长明显蓝移,同时350 nm和340 nm波长处的荧光强度比表现出反S型曲线,说明42~55℃温和加热可导致另一种形式的rSEM折叠中间态(intermediate state,IS)形成。在55~90℃温度范围内,rSEM二级结构基本维持稳定。与此同时,当加热温度从65℃升高至80℃时,350 nm与340 nm波长处的荧光发射强度比并未显示出蛋白处于完全变性状态,说明在加热过程中rSEM二级结构基本维持稳定,而三级结构具有较大动态变化的可能性,这可能与β-掌型结构域可以通过诱导契合结合具有不同构象的主要组织性相容复合体等位基因产物有关系。此外,在70℃乃至更高的温度,rSEM的聚集程度明显增加并且在90℃时达到最大。综上,rSEM中间态形成、聚合体产生以及稳定的β-折叠/转角结构是该蛋白在高温下依然保持热稳定性的基础。通过对rSEM热诱导去折叠过程的研究有助于阐明rSEM耐热机理,未来利用该方法对其他各类金葡菌肠毒素热失活机制进行类似研究将利于食品安全性生产工艺过程的改善。

利用光谱技术定量研究蛋清溶菌酶结构与功能关系

通过对蛋清溶菌酶(hen egg white lysozyme,HEWL)热处理过程中圆二色谱(CD)和紫外差谱(UV diff.)信号测定,利用蛋白质去折叠二态转变模型,对CD和UV diff.信号进行最小二乘法非线性拟合,定量获取蛋白质稳定性热力学数据.实验结果表明:随pH下降,蛋白质构象稳定性降低.功能性质分析发现:随pH下降,HEWL的酶活性降低,但表面活性(乳化性和乳化稳定性)升高.进一步,将蛋白质构象稳定性(ΔG_(25℃,water))数据和酶活性、乳化性和乳化稳定性数据进行相关性分析发现:蛋白构象稳定性与酶活性、乳化活性和乳化稳定性呈较好的相关性.这些结果说明:蛋白质构象稳定性降低引起蛋白质柔性增加,使其铺展到油水两相界面能力提高.该研究为从分子水平定量研究食品蛋白结构和功能关系奠定了基础.

基于代谢标志物快速检测食品中金黄色葡萄球菌

采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术检测金黄色葡萄球菌的挥发性代谢产物,以3-甲基丁醛和3-甲基丁酸为候选标志物,考察其特异性、稳定性和实际应用情况。结果表明,在7.5%氯化钠肉汤增菌培养基中,金黄色葡萄球菌不能产生高于空白的3-甲基丁醛,而产生的3-甲基丁酸则是金黄色葡萄球菌的特异性代谢产物,该代谢产物的释放不受金黄色葡萄球菌菌株差异的影响,也不受与金黄色葡萄球菌共同培养的大肠杆菌O157:H7和肠炎沙门氏菌的影响,具有良好的稳定性。对于生鲜猪肉、生牛乳和米饭样品,挥发性代谢标志物检测法与传统培养法和聚合酶链式反应法的检测结果符合率很高,该方法操作简单,有望作为金黄色葡萄球菌活菌检测系统的补充方法,也为金黄色葡萄球菌活菌检测技术的开发利用提供了方法参考。

响应面法优化兔肉卤制剂配方及风味物质检测

以獭兔后腿肉为原料,在单因素试验基础上,研究食盐、白砂糖、辣椒和十三香对卤制兔肉感官品质的影响。通过Box-Behnken试验设计和响应面法确定以上调料在兔肉卤制剂配方中的最佳添加量,并采用顶空固相微萃取和气质联用技术(SPME-GC-MS),检测卤制兔肉中的挥发性风味物质。结果表明:在兔肉最优卤制剂配方中,食盐、白砂糖、辣椒、十三香的最适添加量分别为3%、5%、2%和0.3%,其他卤制剂配料依次为花椒0.25%、肉桂0.32%和八角0.5%。同时,采用SPME-GC-MS技术在该卤制剂卤制的兔肉中检测出烃类、醛类、酯类、醇类、酮类、酸类和醚类等共52种挥发性风味物质。

虚拟仿真在食品专业教学中应用与研究可视化分析

基于中国学术期刊全文数据库(CNKI),以“主题=(虚拟仿真) and (食品)”为检索条件,将检索到的2009—2022年间221篇期刊论文作为研究对象,利用Cite Space软件对2009—2022年间虚拟仿真技术在食品专业教学中应用和研究领域的研究现状、研究热点及发展趋势等进行可视化分析。结果显示:2009—2022年间,虚拟仿真技术在食品专业教学中的应用与研究相关文献量呈逐年增长趋势;发文量排名前3位的作者分别是刘贺、严志明和乔明武;机构分布以吉林大学食品科学与工程学院和河南农业大学食品科学技术学院为主;研究热点多围绕虚拟仿真、教学改革、实验教学、食品专业、实践教学等,主要应用于工程类专业课程的实验实训教学。虚拟仿真技术在高校食品专业教学中的应用与研究需要多方积极参与协作,这将会对食品行业发展、人才培养和仿真技术发展等提供一定借鉴和参考价值。

基于“课程思政”食品加工技术原理教学改革

在“互联网+”智慧教育高速发展和“课程思政”教学理念创新升级的双重背景下,立足民族高校办学宗旨与特色,将专业课程与思政元素及“互联网+”深度融合,是民族高校实现“三全育人”、落实立德树人根本任务、培养高素质民族人才的有效途径。通过深度挖掘与融入课程思政元素、优化整合教学内容、建立“PBL教学设计+雨课堂+慕课平台”混合式教学模式、确立课程考核评价新模式等做法,初步明确民族高校“食品加工技术原理”课程的教学改革路径与发展思路,以适应高等教育的新发展形势,为国家培养出更多高素质食品专业优秀人才。

The staphylococcal nuclease prevents biofilm formation in Staphylococcus aureus and other biofilm-forming bacteria

The staphylococcal nuclease, encoded by the nucl gene, is an important virulence factor of Staphylococcus aureus. However, the physiological role of the nuclease has not been fully characterized. The current study observed that biofilm development could be prevented in staphylococcal nuclease-producing strains of S. aureus; however, when the nucl gene was knocked out, the ability to form a biofilm significantly increased. Scanning electron and confocal scanning laser microscopy were used to evaluate the role of the nucl gene in biofilm formation. Moreover, the nucl gene product, staphylococcal nuclease, and re- combinant NUC1 protein were found to have a visible effect on other biofilm-forming bacteria, such as Pseudomonas aeru- ginosa, Actinobacillus pleuropneurnoniae, and Haernophilus parasuis. The current study showed a direct relationship between staphylococcal nuclease production and the prevention of biofilm development. The findings from this study underscore the important role of staphylococcal nuclease activity to prevent biofilm formation in S. aureus. They also provided evidence for the biological role of staphylococcal nucleases in other organisms.