系列食品微生物多糖的高黏度发酵关键技术

比较产热凝胶菌株生长和合成多糖阶段的能量代谢差异,特别是能量耗散的差异,构建了土壤杆菌ATCC 31749产热凝胶的代谢途径.研究产生能量代谢差异的原因及其影响因素,利用分子生物学技术和生物信息学工具,构建了土壤杆菌电子呼吸链的传递途径.研究高密度培养、高强度生产的两步法微生物多糖发酵工艺.在预备罐中以低C/N营养条件,实现产多糖微生物的快速高密度培养.在发酵罐中稀释细胞后以高C/N营养条件高强度生产微生物多糖.研制工业规模下适用于高黏度发酵的高效生物反应器.以结冷胶为高黏度发酵模型体系,研究该反应器在冷模条件下的传质、混合和流变行为特征,设计了新型高效生物反应器,放大至50 m3并应用于结冷胶发酵生产实践中.

D-塔格糖的生理活性及生物合成研究进展

D-塔格糖是一种重要的稀有己酮糖,其甜度是蔗糖的92%,热量只有蔗糖的三分之一;D-塔格糖分别于2001年和2014年被美国食品药品监督管理局和我国卫生和计划生育委员会批准为食品新原料。D-塔格糖具有降低血糖、减少肥胖、改善肠道菌群、抗龋齿、抗氧化等功能。D-塔格糖作为一种理想功能性甜味剂,具有广泛的应用价值,然而塔格糖的生产成本以及产量一直是限制塔格糖发展和应用的重要原因。D-塔格糖的合成方法主要有化学合成法和生物转化法。化学合成法生产D-塔格糖虽然是一种经济有效的方法,但是在生产过程中需要高温高压的条件,并且容易生成山梨糖、甘露糖等杂糖,不利于分离纯化。为了克服这些缺点,生物转化法生产D-塔格糖得到了广泛的关注和研究,因此,系统阐述了以不同底物,如己糖(半乳糖醇、D-半乳糖和D-果糖)、乳糖、多糖(麦芽糊精和淀粉)转化成D-塔格糖的研究进展和优缺点,并对其未来研究趋势进行了展望,以期为D-塔格糖的研发与生产提供借鉴。

聚唾液酸和唾液酸寡糖的生物合成及其在营养食品中的应用前景

聚唾液酸是唾液酸单体以α-2,8和(或)α-2,9糖苷键连接而成的同聚物,是神经细胞中神经黏附分子的重要组成部分,具备良好的生物相容性、非免疫原性和可降解性,在医药和食品领域有重要的应用前景。唾液酸寡糖存在于人脑细胞表面的神经节苷脂和糖蛋白分子上,与增强人体免疫力和记忆力有关。唾液酸寡糖在人乳中大量存在,在孕妇和婴幼儿营养食品中有潜在应用价值。本文综述聚唾液酸的微生物合成途径和生产工艺,唾液酸寡糖的合成方法,及它们在食品和健康领域中的潜在应用。

硫化氢供体型丁苯酞开环衍生物的设计、合成及抗血小板活性

设计合成了一系列硫化氢供体型丁苯酞开环衍生物(5a^5f),其结构经质谱和核磁共振氢谱确证;采用Born氏比浊法检测目标化合物对二磷酸腺苷(ADP)和花生四烯酸(AA)诱导的血小板聚集的抑制活性,结果表明,化合物5e对ADP和AA诱导的血小板聚集抑制活性均显著优于丁苯酞,具有深入研究价值。

N-酰基葡糖胺衍生物对GABA转运体功能的影响

为筛选GAT蛋白活性抑制剂,以稳定表达GAT1蛋白的人胚胎肾细胞(HEK-293)为模型,利用GABA摄取定量测试测定N-酰基葡糖胺衍生物对该蛋白功能的影响。同时,由于GAT1蛋白的功能与其N-糖链结构尤其是末端唾液酸密切相关,再通过定量该蛋白糖链末端唾液酸的表达分析衍生物对蛋白糖链修饰的作用。结果显示,10 mmol/L 3-O-甲基-N-乙酰基葡糖胺(3-O-Met-Glc NAc)通过抑制GAT1蛋白的唾液酸化(降至66.8%)将GABA摄取活性减弱到到53%(P<0.01);而10 mmol/L N-丙酰基葡糖胺(Glc NProp),N-环丙甲酰基葡糖胺(Glc NCyclo),N-己酰基葡糖胺(Glc NHex),N-乙酰氨基乙酰基葡糖(Glc NAc-acetamido)则通过抑制蛋白糖链末端修饰分别将GABA摄取活性减弱到54%、63%、63%和67%(P<0.01)。因此,N-酰基葡糖胺衍生物可用于进一步筛选研究GAT蛋白活性抑制剂或唾液酸生物合成抑制剂。

丙酸梭菌静息细胞法生物合成丙烯酸

介绍了丙烯酸生物合成的途径并比较了以不同起始物生物合成丙烯酸的特点。建立了以丙酸为底物的静息细胞生物合成丙烯酸的方法,并优化了生物转化工艺参数,其最优值分别为pH8.5、温度42℃、底物浓度250 mmol/,L、电子受体亚甲基蓝浓度0.2%～0.3%、促进剂L-丙氨酸浓度为20 mmol/L、Zn^(2+)离子浓度为1 mmol/L。通过紫外和硫酸二乙酯复合诱变筛选到一株能耐受丙烯酸浓度为40 mmol/L的突变株,以其静息细胞转化丙酸能获得25.2 mmol/L丙烯酸。

微生物多糖高黏度黄原胶生物反应器的放大方法

黄原胶是一种微生物多糖,是通过黄单胞杆菌发酵获得的新型发酵产品,广泛应用于食品、石油、医药等多个行业。目前传质与混合成为除菌种自身生产能力限制外多糖发酵过程工业化的主要制约因素。利用150 L生物反应器的发酵数据,结合50 L反应器建立的传质与混合模型,进行360 m^(3)工业规模的大型生物反应器的传质与混合计算,建立了大型发酵过程放大的搅拌设计方法。氧传质系数与单位体积功率、表观气速以及有效黏度进行关联,放大过程中氧传递速率还需要考虑静压对饱和溶氧的影响。在特定的黄原胶浓度,混合时间与单位体积功率关联,同时需要考虑高径比对混合的影响。成功进行了国内最大的360 m^(3)工业规模黄原胶发酵过程的放大,达到了实验室的发酵水平。

生物法合成稀有己酮糖的研究进展

稀有糖是一类在自然界中存在但含量很低、同时具有重要生理功能的一类单糖及其衍生物,在膳食、保健、医药等领域中发挥着重要的作用。此外稀有糖还可以作为多种天然产物和药物的合成前体。然而稀有糖的合成成本较高,大大制约了其广泛应用。当前利用微生物和酶转化法合成稀有糖成为一种强有利的工具。综述了生物法合成稀有己酮糖(包括D-塔格糖、D-山梨糖、D-阿洛酮糖、L-塔格糖、L-果糖、L-山梨糖和1-脱氧-L-果糖等)的研究进展,探讨了稀有己酮糖合成策略的研究趋势。

基于模式微生物生长特性调控的食品功能因子生物制造研究进展

食品功能因子作为功能性食品制造的基础素材,是食品中真正起生理作用的有效成分,在调节人体机能,改善睡眠和促进生长发育等方面发挥着重要作用.合成生物学作为一种更安全、更健康和绿色可持续的食品获取方式,已经成为推动食品行业发展的重要技术支撑.食品合成生物技术主要通过采用合成生物学技术设计构建食品组分的合成途径,创建具有食品工业应用能力的智能化细胞工厂,大幅提升食品功能因子等高附加值产品的合成效率.目前,以大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、谷氨酸棒杆菌和酿酒酵母等模式微生物作为合成载体,通过对其生长进行精细调控,食品功能因子的生物制造已取得重大进展.本文主要从转运蛋白工程改造提高细胞生长速率、重编程细胞能量代谢和平衡细胞生长与产物合成方面总结了基于模式微生物生长特性调控合成食品功能因子的研究策略和进展,提出了目前所面临的挑战,并对其未来发展做出展望.

新型一氧化氮比率型纳米探针的构建及性能研究

该文首先通过两步化学反应合成NO识别分子3,4-二氨基苯硫醇(DABT),然后制备具有强表面拉曼增强散射(SERS)效应的银包金纳米星(AuNSs@Ag)材料,并通过Ag—S键对其进行DABT修饰,制备了比率型SERS纳米探针AuNSs@Ag-DABT。利用透射电子显微镜、水合粒径、Zeta电位以及紫外吸收光谱对纳米探针进行表征,并开展了NO的定量检测。结果表明:构建的AuNSs@Ag-DABT纳米探针表面有尖锐突出的星状结构,尺寸约为80 nm。NO存在时,DABT与NO发生反应并在541 cm^(-1)附近出现一个新的拉曼峰(三唑环),而在1078 cm^(-1)处的拉曼峰(C—S离面弯曲峰)强度保持不变,因此可以根据I_(541)/I_(1078)的比值定量检测NO。在最优条件下,I541/I1078的比值与NO浓度在10~60 nmol/L范围内表现出良好的线性响应,检出限为3.89 nmol/L。选择性实验表明该比率型SERS纳米探针对NO响应具有良好的专一性和抗干扰性。

不同培养方式对三种典型食用菌营养品质的影响

为了比较研究不同培养方式对食用菌营养品质的影响,该论文系统分析了3种典型食用菌猴头菇、榆黄菇、茶树菇液体发酵菌丝体和固体栽培不同潮次子实体的功能代谢产物。研究发现,相较于固体栽培子实体,同株菌液体发酵菌丝体多糖产量较高;且菌丝体多糖分子质量均明显小于相应菌株前三潮子实体;3种食用菌菌丝体多糖的单糖组成中存在鼠李糖,而相应子实体中均未检测到,而茶树菇菌丝体多糖的单糖组成还检测到木糖和甘露糖组分。此外,菌丝体氨基酸组成、核苷类物质组成与相应子实体组分一致,但榆黄菇菌丝体蛋白质含量明显少于其子实体,猴头菇和茶树菇菌丝体核苷类物质均明显少于同一菌株的不同潮次子实体。多酚、麦角固醇、麦角硫因同时存在于菌丝体和子实体,但3种食用菌菌丝体中这些化合物的含量小于同一菌株的不同潮次子实体。由此,不同培养方式、不同潮次对食用菌营养品质均有不同程度的影响,不同培养方式对食用菌营养品质影响较大。液体发酵在生产多糖上具有显著优势,菌丝体和子实体都是理想的蛋白来源和补充剂,固体栽培方式在生产多酚、三萜、麦角硫因、麦角固醇、核苷这些小分子代谢产物上优于液体发酵。这对于将食用菌子实体和菌丝体深度开发为不同属性的、不同功效的功能性食品和膳食补充剂奠定了重要的理论依据。

固定化酶新技术——酿酒酵母孢子微胶囊固定化酶技术

随着固定化酶技术的日新月异,微胶囊技术得到了长足的发展。与传统微胶囊生产技术不同,文章介绍了一种"天然的"微胶囊固定化酶生产新技术——酿酒酵母孢子微胶囊固定化酶技术,详述了该固定化技术原理及实例。该技术优点在于:固定化酶的组装"自然"完成,具有天然抗逆性,大小均一,可重复使用,绿色环保,可实现多种酶的共同固定。最后,对其应用前景进行了展望。

木糖异构酶酿酒酵母孢子“微胶囊”的构建及酶学性质分析

将来源于嗜热细菌Thermus thermophilus HB8的木糖异构酶(XI)基因xyl A与SPR1信号肽序列(ss)融合后连接到p RS424-TEFpr表达载体上,将重组质粒p RS424-TEFpr-ss-xyl A转化酿酒酵母AN120野生型菌株、osw2Δ缺陷型菌株以及dit1Δ缺陷型菌株并进行产孢。通过荧光定位、蛋白免疫印迹分析以及酶活测定,表明酿酒酵母孢子"微胶囊"固定化酶系统构建成功。由于该固定化酶的最佳反应温度为85℃,避免了酿酒酵母孢子在D-葡萄糖为底物条件下萌发的弊端。同时,根据蛋白免疫印迹分析和重复利用性结果,表明二酪氨酸层的存在对于酶的包埋,对高温的耐受性都表现出了较好的特性。此外对野生型和osw2Δ孢子固定的XI的酶学性质进行了研究,相对于游离酶,孢子固定化酶更加稳定。在p H为6的酸性条件或p H为9的碱性条件下,固定化酶相对酶活能达到60%以上,同时在温度95℃时,固定化的酶相对酶活也能达到60%以上。与野生型孢子相比,osw2Δ孢子展现出了潜在的优势,既可以有效阻止酶的释放,又提高了底物分子的通透性。

基于电子仿生学的玛咖粉鉴伪

为鉴别玛咖粉的真伪文中运用台式能谱扫描电镜观察了玉米粉、萝卜粉、蔓菁粉和玛咖粉颗粒的微观形态,并对玛咖粉和蔓菁粉的元素组成进行了分析测试。结果表明,萝卜粉、玉米粉与玛咖粉形态差异明显,蔓菁粉与玛咖粉微观形态最相近,但表观也有区别,同样可以进行玛咖粉的真假鉴伪;由X射线能谱分析结果可知,若被测样品中N元素质量比接近(43.75±0.79)%,O元素质量比接近(29.92±0.74)%,可初步推定该样品为纯玛咖粉;否则被测样品为疑似掺蔓菁粉的假玛咖粉。同时运用电子鼻对掺有蔓菁粉的玛咖粉进行鉴别。结果表明,掺不同蔓菁比例的玛咖粉气味指纹图谱呈现一定的规律性,电子鼻能够有效鉴别掺蔓菁的玛咖粉,还可以大致确定掺假的比例区间;此外通过统计质量控制(statistical quality control,SQC)分析模型可以实现原料和产品的质量控制。

富勒醇与血清白蛋白相互作用的光谱学研究

采用荧光光谱法和紫外-可见吸收光谱法研究了不同温度下富勒醇与血清白蛋白的相互作用机理,研究结果表明,富勒醇对人和牛血清白蛋白的内源荧光有明显的猝灭作用,猝灭过程均为静态猝灭,并测定和计算得到不同温度下富勒醇与血清白蛋白反应的结合常数(K_(HSA)=273K1.546×10~4,K_(HSA)=293K1.513×10~4;K_(BSA)=273K13.920×10~4,K_(BSA)=293K939.500×104~)、结合位点数(n_(HSA)=293K0.952 2;n_(BSA)=293K1.376 2)。通过结合反应的热力学数据分析,推测出富勒醇与血清白蛋白之间主要靠疏水作用结合;富勒醇与BSA结合强度明显大于富勒醇与HSA的结合强度,BSA的结合常数受温度影响更大;人和牛血清白蛋白在273和293K的结合位点数在0.901→1.376之间,BSA与富勒醇结合位点数略大于HAS。同时采用分子模拟对接方法,预测富勒醇对牛血清白蛋白的结合部位和作用方式;通过AlignX序列分析法得到BSA与HSA的氨基酸序列相似度较高,在序列160和185附近氨基酸序列差异性较大,推测这是影响两种蛋白质之间与富勒醇作用方式的关键位点。

不同氮源对威兰胶分批发酵及其流变学性质的影响

研究了玉米浆干粉和复合氮源(NaN03和大豆蛋白胨)对Sphingomonans sp.ZW-3产威兰胶及其流变学性质的影响。结果表明:以玉米浆干粉为氮源时威兰胶产量达到17.6 g/L,威兰胶产品(0.5%溶液)表现出较强的液性行为和角频率依赖性,其平均分子量较低且分布宽。复合氮源有利于菌体生长,但威兰胶产量仅15.1 g/L,所得威兰胶产品(0.5%溶液)表现出较强的固性行为和角频率不依赖性,其平均分子量较高且分布窄。

产酸克雷伯氏菌M5al普鲁兰酶的异源表达及酶学性质研究

普鲁兰酶(EC 3.2.1.41)是一类淀粉脱支酶,能够特异性水解淀粉中的α-1,6-糖苷键,从而提高淀粉的利用率,在以淀粉为原料的食品、纺织、生物燃料和洗涤剂等行业中具有重要的应用价值。本研究以产酸克雷伯氏菌Klebsiella oxytoca M5al基因组DNA为模板,将PCR扩增得到的普鲁兰酶基因pul A克隆至表达载体p ET28a(+),构建好的重组质粒转化大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3),在培养基中添加0.5 mmol/L异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)的条件下对该酶基因进行诱导表达,经镍柱纯化获得重组普鲁兰酶用于酶学性质研究。SDS-PAGE及Western Blot检测显示普鲁兰酶基因pul A在上述大肠杆菌宿主中成功获得了表达。该重组酶最适反应p H5.5,最适温度60℃。金属离子对酶活性有一定影响。Mn2+对酶活促进作用显著;Fe3+、Mg2+、Fe2+对酶活只有微弱的促进作用,而Cu2+对酶活造成强烈抑制。来源于Klebsiella oxytoca M5al的普鲁兰酶最适催化条件符合工业生产中淀粉糖化工艺的要求,具有应用于淀粉工业的潜力。

热凝胶在碱溶过程的流变学和质构学行为分析

碱溶过程是影响热凝胶提取工艺效率和产品质量的关键因素。为探寻适合工业化提取热凝胶的工艺条件,研究了碱处理时间、碱溶温度和碱浓度对热凝胶溶胶流变学和提取后凝胶产品质构的影响。结果表明,(1)随着碱处理时间的延长,溶胶黏度降低,稠度系数下降,流变指数增加,溶胶接近于牛顿型流体,凝胶强度基本不变;(2)热凝胶凝胶强度和溶胶黏度均随碱溶温度升高而下降,较高的温度处理会降低热凝胶的品质,室温或水冷环境下可以满足工业要求;(3)随着碱浓度的增加,流体流变行为从宾汉塑性流体向牛顿流体接近。碱浓度低于0. 3 mol/L时碱浓度明显影响溶胶流体性质,碱浓度高于0. 5 mol/L时碱浓度明显影响热凝胶品质。

Orbitrap Exploris 480质谱在定量蛋白质组学应用中的优化和评测

基于数据依赖的扫描模式(data-dependent acquisition,DDA)和数据非依赖的扫描模式(data-independent acquisition,DIA)的非标记定量(label-free quantitative,LFQ)和同位素标记TMT(tandem mass tag)定量是蛋白质组学定量中较常见的技术.本文利用最新的Orbitrap Exploris 480质谱,优化了DDA、FAIMS DDA、FAIMS DIA的非标记定量方法以及TMT定量策略的关键质谱参数,并将其应用在人细胞蛋白质组、单细胞蛋白质组、血浆蛋白质组和酵母蛋白质组分析.结果表明,在DDA实验中,设置碰撞能量为27、二级谱图的分辨率为15 K、最大离子注入时间为22 ms是最佳的参数组合.针对极微量样品200 pg~5 ng,可以根据样品量相应设置最佳的质谱参数.使用200 pg和500 pg的HeLa细胞样品,分别鉴定到1259和1725个蛋白质,从而实现了单细胞蛋白质组学的深度覆盖.在FAIMS DDA实验中,60 min或90 min梯度时选择CV-45V的补偿电压,120 min或150 min梯度时选择CV-45V-65V补偿电压组合,可以获得最佳的蛋白质鉴定结果.从293T蛋白质组中分别在60、120和150 min中鉴定6300、6994和7500个蛋白质.在FAIMS DIA实验中,使用CV-45V-65V双补偿电压切换,60个隔离窗口来获得最佳的蛋白质鉴定数目和定量重现性.在60 min内分别在293T细胞和去除高峰度的血浆中定量到7019个细胞蛋白和1077个血浆蛋白.在TMT定量实验中设置APD开启、"Precursor Fit"阈值70和Turbo TMT功能的组合同时增加了TMT定量蛋白质的数量和TMT定量的准确性.在TMT11-plex标记的酵母蛋白质组中60 min即可定量10989个多肽和2162个蛋白质.综上所述,本研究中优化的多种非标记定量和TMT定量方法为Orbitrap Exploris 480在蛋白质组学更广泛的应用提供了参考.

模拟胃肠道反应器的参数建立与冷模实验研究

体外消化和发酵实验紧密结合才能模拟完整消化道的功能,现有的模拟胃肠消化和大肠发酵的反应器结构各异且不通用,组合多个独立反应器则增加了实验的复杂程度和设备成本。集成了两类反应器的优势特征,开发了一种采用可编程逻辑控制器(PLC)的模拟胃肠道反应器(GSR),模拟了整体的胃肠道动态特征并与体内数据进行了比较。结果表明模拟胃肠道反应器既可准确模拟胃和小肠的蠕动、排空和混合等动态特征,又可提供肠道微生物的发酵环境。尾气排放和收集装置的设计实现了尾气快速排出和尾气体积的准确计量。模拟胃肠道反应器可为体外探索益生元对肠道微生物作用等研究提供帮助。