食品来源的碳点合成特性及生物应用研究进展

碳点是一种新型碳纳米材料,因其优异的光学特性近年受到国内外学者的广泛关注。目前用于合成碳点的食品主要来自果蔬、动物、加工食品及食品废弃物等,具有取材方便、成本低廉的优势。通过水热合成法、微波辐射法、热解法等方法合成的食品来源碳点,具有粒径小、量子产率高、细胞毒性低等优点。研究发现食品来源合成的碳点在生物传感器、生物成像、药物传送等方面表现出巨大的应用潜力。该文将近年来不同来源的食品合成碳点的特性及其在生物方面的应用进行综述,为更加绿色、高效地利用食品来源合成碳点提供指导,并为其在生物领域的应用提供新思路。

代谢工程改造微生物合成单萜芳香产品的研究进展

单萜及其衍生物是重要的植物天然产物,且具有多种生物学功能。该类物质在多个领域中均表现出较高的开发利用价值,目前已被作为优质香精香料广泛应用于食品、饮料、化妆品和医药工业中,市场需求日益增长。从植物中提取这些单萜芳香产品存在着来源少、含量低和分离困难等缺点,很难满足市场需求。因此,开发生产单萜芳香产品可再生的微生物资源来补充甚至代替原有的植物资源就具有重要的理论意义和应用价值。近年来,研究人员利用代谢工程技术已经成功构建了合成单萜芳香产品的微生物细胞工厂,达到了利用微生物合成法生产该类工业产品的目的。本文主要从菌株改造、发酵优化及产物分离等角度总结了相关产物合成的代谢工程实例,并分析了目前利用代谢工程改造微生物合成单萜芳香产品所面临的瓶颈问题及其可能的解决方法,旨在为构建异源、廉价、高效生产单萜芳香产品的微生物细胞工厂并最终实现其绿色制造提供参考。

非酿酒酵母Nakazawaea ishiwadae GDMCC 60786产乙酸乙酯的诱变菌株筛选及其安全性评价

为提升Nakazawaea ishiwadae GDMCC 60786产乙酸乙酯的能力,通过物理诱变常压室温等离子体和化学诱变甲基磺酸乙酯、亚硝基胍筛选突变菌株。利用三丁酸甘油酯初筛、摇瓶发酵二筛和外加底物发酵三筛。同时,对突变菌株进行遗传稳定性、溶血性和耐药性体外安全性评价。结果表明:对出发菌株进行诱变处理,最终获得1株高产乙酸乙酯、遗传稳定性良好及体外安全性良好的突变菌株N5,将该诱变菌连续传代5次,得到乙酸乙酯含量的平均值为764.52 mg/L,葡萄糖转化率达到38.22%,与出发菌株相比,乙酸乙酯提高了1.90倍,葡萄糖转化率提高了25.03%。外加乙醇后,突变菌株N5乙酸乙酯质量浓度为1426.81 mg/L;但外加乙酸后,该菌株不生长,并失去产酯能力,表明其对乙醇耐受性强于乙酸。同时发现24 h时,突变菌株N5的酯酶、乙酰辅酶A和醇酰基转移酶活性均达到最大值。本研究构建了一套适用于该菌株的诱变体系。

解脂耶氏酵母细胞工厂生产多不饱和脂肪酸的研究进展

多不饱和脂肪酸属直链脂肪酸,是机体生物膜的关键结构组分,它可以调控糖脂代谢及激素代谢,具有促进发育、提高免疫力和预防疾病等多种益生功能,对机体健康具有十分重要的作用。因此,多不饱和脂肪酸在食品、医药和饲料等多个领域均表现出重要的应用价值和广阔的开发前景,市场需求持续上升。与传统的海洋生物提取法相比,微生物合成法具有生产周期短、工艺简单、对环境友好等优势,近年来利用微生物细胞工厂生产多不饱和脂肪酸等微生物油脂逐渐成为科学界和工业界的研究热点和发展趋势。解脂耶氏酵母作为一种非常规产油酵母,因其具备高产油脂和脂肪酸的天然能力,因此成为了代谢工程改造微生物生产多不饱和脂肪酸的首选底盘细胞之一。本文首先介绍了多不饱和脂肪酸的来源及其天然合成途径;然后总结归纳了当前利用代谢工程策略改造解脂耶氏酵母生产多不饱和脂肪酸的研究现状;最后对利用解脂耶氏酵母细胞工厂生产多不饱和脂肪酸存在的主要瓶颈问题和未来发展趋势进行了探讨,期望为未来高效合成多不饱和脂肪酸微生物细胞工厂的构建提供理论支持与思路。

2’-岩藻糖基乳糖的微生物合成研究进展

2’-岩藻糖基乳糖(2’-fucosyllactose,2’-FL)是母乳寡糖中含量最高的寡糖(约占31%),在婴幼儿的生长发育中起重要作用。2019年底,2’-FL已经在欧盟获批作为新型食品投入市场,因此,如何高效、安全地生产2’-FL成为当下的研究热点。与其他方法相比,利用微生物细胞工厂进行2’-FL的合成具有成本低、安全、快捷等特点,是实现大规模生产2’-FL的可行方法。本文主要针对微生物合成2’-FL过程中关键酶的活性、产物的分泌和积累、底物和中间代谢产物的分解代谢以及辅因子再生等方面进行综述,并对未来的发展趋势进行展望。

碱法提取普洱茶渣膳食纤维的工艺优化

以普洱茶渣为原料,通过碱法提取茶渣中膳食纤维,研究影响因素(碱液浓度、碱解温度、碱解时间和料液比)对普洱茶渣中膳食纤维得率的影响。结合单因素和响应面试验得到最优提取工艺参数为碱液浓度3.35%、碱解温度100℃、碱解时间2.36 h、料液比1∶28(g/mL)。在该条件下,普洱茶渣中膳食纤维的得率为82.26%,较提取前极显著提高(P<0.001)。提取后的茶渣膳食纤维中纤维素、半纤维素、木质素和果胶的含量分别为52.10%、14.20%、15.30%和5.00%,以不溶性纤维为主。

适应性实验室进化技术在微生物育种中的应用进展

适应性实验室进化(Adaptive laboratory evolution,ALE)技术已成为微生物学基础研究和工业微生物育种的强大工具,被广泛用来研究影响菌株表型、性能和稳定性的进化潜力以及快速获取含有有益突变的工业生产菌株。近年来,随着基因组测序技术的进步,关于微生物新陈代谢机理和动力学方面的研究变得更加广泛和深入,这也极大促进了适应性实验室进化技术的快速发展。文中主要介绍了长期、短期适应性实验室进化技术在微生物育种方面的应用实例,并总结归纳了该技术在快速高效构建优良菌株过程中的方式与作用。最后分析了目前ALE技术面临的瓶颈问题及其可能的解决方法,以期能够为该技术的未来发展提供有价值的参考依据。

柠檬烯和红没药烯的微生物代谢工程

柠檬烯和红没药烯均为植物天然产物,分别属于单萜类和倍半萜类化合物,能够预防和治疗癌症等多种疾病。以其作为前体物,还可以转化合成多种具有高附加值的工业产品,例如药品、保健品、化妆品及生物燃料等。目前柠檬烯和红没药烯的工业生产主要是通过植物提取法实现的,但从植物组织中提取柠檬烯和红没药烯存在着产物含量低和分离纯化困难等缺点。微生物代谢工程的快速发展为这些植物天然产物的生产提供了一条更具潜力的生物合成路线。利用微生物代谢工程技术构建生产这些有价值的植物天然产物的微生物细胞工厂具有绿色清洁、可持续发展和经济效益好等独特优势。文中系统综述了近年来代谢工程技术在微生物合成柠檬烯和红没药烯过程中的应用进展,包括所涉及的宿主菌株、关键酶、代谢途径及其改造等,并探讨了其未来发展方向。

酒类风味物质对人体乙醇代谢影响的研究进展

酒类风味物质指以醇、醛、酸、酯、芳香类、萜烯类等为主的一类微量成分,约占酒体总体积的2%,但对酒类的品质、风格和典型性有着至关重要的作用。当前,酒类风味物质对酒品质与人体健康具有双重影响已逐渐成为业内共识,酒类风味物质的相关研究越来越受到研究学者的重视。酒类风味物质(尤其是占据总含量90%以上的风味骨架成分)在人体的代谢影响着乙醇在人体的氧化分解速率。本文概述了酒类风味物质骨架成分,对乙醇在人体内的代谢机制相关研究进行了综述,总结了目前酒类风味物质对乙醇代谢影响方面的研究并进行了展望,以期为酒类的健康化酿造提供一定指导和理论基础,并为今后相关研究提供参考。

己酸菌选育及在浓香型白酒生产中的应用

己酸是浓香型白酒的主体风味物质己酸乙酯的合成前体,己酸菌是己酸合成的主要功能微生物。优良己酸菌经扩大培养后制作成窖泥培养菌剂对改善窖泥质量、提升浓香型白酒品质大有裨益。该文综述了近年来有关己酸菌筛选情况,重点论述了己酸合成的途径和改进策略,并介绍了己酸菌在浓香型白酒生产中的应用,以提高白酒品质。

平台化学品短链支链脂肪酸和短链支链醇的微生物代谢工程

短链支链脂肪酸和短链支链醇均为重要的平台化学品,是合成多种高附加值产品的前体物质,市场需求巨大。目前两者的生产主要是利用基于石化原料的化学合成法。化学合成法存在着严重依赖化石燃料、反应效率低以及极易造成环境污染等缺点。微生物代谢工程的快速发展为这些平台化学品的生产提供了一条极具潜力的生物合成路线。利用微生物代谢工程技术构建生产这些平台化学品的微生物细胞工厂具有绿色清洁、可持续发展和经济效益好等独特优势。本文系统综述了近年来微生物代谢工程技术在短链支链脂肪酸和短链支链醇合成方面的研究进展,包括所涉及的宿主菌株、关键酶、代谢途径及其改造等,并探讨了未来的发展前景。

不同分子质量ε-聚-L-赖氨酸对金黄色葡萄球菌的抑菌机制

不同分子质量的ε-PL具有不同的抑菌活性,而造成这种差异性的机制尚不清晰。本研究选用革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌作为研究对象,利用扫描电子显微镜(SEM)、酶标仪、气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)等方法,从抑菌活性大小、代谢水平差异和细胞壁变化等方面,研究了不同分子质量ε-PL引起的抑菌差异,探讨了不同分子质量ε-PL对金黄色葡萄球菌的作用机制。结果表明,与低分子质量(<1 ku)ε-PL相比,较高分子质量ε-PL(1~3 ku和>3 ku)能使细胞表面出现不同程度的凹陷和皱缩。同时利用代谢组学的方法,分析了不同分子质量ε-PL对金黄色葡萄球菌在代谢水平上的抑菌差异,发现较高分子质量(1~3 ku和>3 ku)ε-PL和ε-PL产品对糖酵解途径和三羧酸循环的抑制作用远大于低分子质量(<1 ku)ε-PL。本文验证得到不同分子质量ε-PL对金黄色葡萄球的抑菌效果存在差异,为实际食品加工和生产过程中防腐剂的使用提供了理论依据。

啤酒中多酚和类黑精及其抗氧化功效研究进展

啤酒是世界上最常见的低酒精度发酵饮料。啤酒中的主要抗氧化物质为多酚和类黑精,这些抗氧化物质的种类和含量受到啤酒原料和酿造工艺的影响。啤酒中的抗氧化物质能够保护机体免受氧化损伤,具有预防心血管和肿瘤疾病、调节肠道菌群和代谢物、抗菌、抗炎等功效。该文对啤酒中的多酚和类黑精成分及其抗氧化功效进行综述,以期对啤酒功能成分研究及新型健康啤酒开发提供参考。

淀粉样β蛋白质构象转换及其抑制的分子动力学模拟

阿尔茨海默病(AD)是多发于老年人的神经退行性疾病。淀粉样β蛋白质(Aβ)的错误折叠和聚集与AD的发生与发展密切相关。以Aβ的错误折叠和聚集为靶标进行AD防治药物研究已成为近年来AD研究领域的热点之一。从初始的α-螺旋结构或无规卷曲构象转换形成富含β-折叠结构是Aβ聚集的关键步骤。本文中,笔者综述利用分子动力学(MD)模拟研究Aβ构象转换的分子机制,介绍MD模拟在小分子和多肽抑制剂抑制Aβ构象转换中的应用。

酸粥类食品中乳杆菌的药敏性分析及优势菌株的筛选

对从山西酸粥、广西酸粥、贵州白酸汤与河南绿豆酸浆中筛选出的27株乳杆菌(干酪乳杆菌、弯曲乳杆菌、发酵乳杆菌、类布氏乳杆菌、哈尔滨乳杆菌、短乳杆菌、植物乳杆菌、vini乳杆菌、副干酪乳杆菌)进行体内存活能力的测定及药物敏感性评价。筛选所得乳杆菌对青霉素、链霉素、卡那霉素、庆大霉素、环丙沙星、复方新诺明、头孢他啶与万古霉素耐药性较强,对亚胺培南、四环素、氯霉素、利福平、头孢噻吩、头孢噻肟与红霉素较为敏感。通过调节p H与胆盐浓度模拟胃酸与肠胆盐环境,筛选出4株(HN2、HN9、HN13、HN15)具有较强耐酸能力与耐胆盐能力的乳杆菌,均为发酵乳杆菌。并利用鼠尾胶原蛋白I型模拟肠道黏附环境,结果表明4株菌对胶原蛋白均具有较高的黏附力。研究结果为传统发酵食品中的益生菌在食品和药品开发与应用中的安全性提供参考数据,并为工业化生产提供了优良、安全的菌株。

非常规酵母的分子遗传学及合成生物学研究进展

先进的合成生物学技术与传统的分子遗传学技术的结合更有助于实现酵母底盘细胞的快速改造和优化。酵母合成生物学研究最早开始于常规酵母——酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae),近些年来又迅速扩展至一些非常规酵母,包括巴斯德毕赤酵母(Pichiapastoris)、解脂耶氏酵母(Yarrowialipolytica)、乳酸克鲁维酵母(Kluyveromyces lactis)和多形汉逊酵母(Hansenula polymorpha)等。借助合成生物学技术与工具,目前科学家们已经成功开发出了能够高效生产生物材料、生物燃料、生物基化学品、蛋白质制剂、食品添加剂和药物等工业产品的重组非常规酵母工程菌株。本文系统总结了合成生物学工具(主要是基因组编辑工具)、合成生物学组件(主要是启动子和终止子)和相关分子遗传学方法在上述非常规酵母系统(底盘细胞)中的最新研究进展和应用情况,并讨论了其他合成生物学技术在这些非常规酵母表达系统中的潜在适用性和应用前景。这为研究人员利用合成生物学方法在这一新型非模式微生物底盘细胞中设计和构建各种高附加值工业产品的异源合成模块并最终实现目标化合物的高效生物合成提供了科学的理论指导。

代谢工程改造解脂耶氏酵母合成植物萜类化合物的研究进展

萜类化合物是一类广泛存在于植物中的天然产物,其在食品、药品和化工等多个领域中均有广泛的用途,市场潜力巨大。因此,开发生产萜类化合物等植物天然产物可再生的微生物资源来补充甚至代替原有稀少和珍贵的植物资源,具有重要的理论意义和潜在的应用价值。解脂耶氏酵母是目前使用最广泛的非常规酵母底盘细胞之一。近年来,利用代谢工程及合成生物学技术在解脂耶氏酵母底盘细胞中重构与优化萜类化合物的合成途径以实现目标代谢产物的高效合成,已经成为一项研究热点。本文系统总结了有关利用解脂耶氏酵母作为底盘细胞异源生产植物萜类化合物的具体实例和最新进展,包括所涉及的宿主菌株、关键酶、代谢途径及改造策略等,并在最后对该领域的未来发展方向进行了展望。

胆固醇氧化酶PsCO4异源表达、纯化及酶学性质分析

胆固醇氧化酶专一性催化胆固醇为胆甾-4-烯-3-酮,广泛的应用于临床以及食品加工行业。本论文将来源于Pimelobacter simplex的胆固醇氧化酶PsCO4,分别转化到大肠杆菌宿主BL21（DE3）、Rosetta（DE3）和C41（DE3）中,在不同温度（15℃、25℃、37℃）及IPTG诱导浓度（0.01mmol/L、0.1mmol/L、0.5mmol/L）下异源表达Ps CO4。结果表明,转入Rosetta（DE3）菌株的PsCO4蛋白,在IPTG浓度为0.1mmol/L、15℃下经18h诱导表达,PsCO4可溶性表达量最高（0.63mg/ml）。异源表达的胆固醇氧化酶PsCO4最适温度为30℃,最适pH为7.5。通过TLC,GC-MS检测出Ps CO4催化胆固醇生成胆甾-4-烯-3-酮。以胆固醇和β-谷甾醇、豆甾醇和孕烯醇酮为底物,测定PsCO4对四种底物的催化反应动力学参数,胆固醇k（cat）/Km为0.08s-1·μM-1分别高于β-谷甾醇（0.04s-1·μM-1）、豆甾醇（0.005s-1·μM-1）和孕烯醇酮（0.02s-1·μM-1）。