生物工程/生物技术专业课程的教学改革与探讨——以《发酵食品工艺学》为例

本文以《发酵食品工艺学》为例,对生物工程学院生物工程/生物技术专业课程教学过程中存在的共性问题进行了分析。提出了理论与实践并重,教师在讲课过程中主动"设疑"及以学生自我讲授的方式激发学生学习热情的课程改革新思想,并对教学内容和模式进行了改革和完善。希望通过教学改革能够激发学生的学习兴趣和创新意识,为创新型人才的培养做出贡献。

充分发挥国家工程实验室设备平台培养工程实践型人才的探索

文章对国家经济形式和企业需求的分析，对工程实践型人才培养进行探索。依据我校国家工程实验设备平台，对工程实践型人才培养存在的问题进行了探讨，在工程实践型人才培养方面，提出了一些看法和建议。

高校粮食发酵中试实验室建设与管理的思考

中试实验室在高校的实践教学、科研工作中发挥着重要的作用,中试实验室的建设和管理是一个综合的系统工程,涉及到方方面面很多因素,需要配套相应的运行机制、保障机制、激励机制、评价机制等相关规章制度,才能保障实验室有效运行。针对目前缺乏建设运行高校中试实验室经验的现状,基于我校中试实验室建设运行的实际情况,提出了一些在中试实验室场地设计及建设、中试线布局及设备选型、安全卫生管理及实验室效益提升等方面的经验教训供参考。

发酵工程与轻工生物技术的创新任务和发展趋势

工业生物技术的任务是把生命科学发现转化为工业产品、系统和服务,能够为经济发展创造新的机遇,受到世界各国的重视。发酵工程是工业生物技术的最重要组成部分,并且正在重塑发酵工业和轻工业。本文系统总结了发酵工程在大宗发酵产品转型升级、传统产业节能减排、食品加工过程安全问题解决和功能营养品生物制造四个方面的创新任务。最后,本文展望了发酵工程的发展趋势,发酵智能化技术与装备体系和发酵智能化工业新模式将引领发酵工程领域的未来。

新一代发酵工程技术:任务与挑战

在过去的几个世纪,发酵工程经历了以生产食品等生活资料为主的自然发酵过程,转变为以生产生活资料和工业基础资料并重的代谢控制发酵过程。在此过程中,发酵工程经历了天然发酵阶段、纯种发酵阶段、深层发酵阶段等,在菌种选育、过程控制、分离技术等方面有了长足发展。近30年来,生物技术的迅速发展,为新时代发酵工程的发展提供了重要的基础,使得科学家和工程技术人员可以利用发酵工程实现更多的目标,实现对其他行业的支撑作用,如医药行业、食品工业、农业和畜牧业、能源与材料、纺织、造纸与皮革工业、日化行业、环境生态等。进入21世纪,人类的可持续发展与生态环境、资源能源等矛盾日益突出,如何发挥发酵工程的关键作用,也是发酵工程研究人员的一个主要任务。系统生物学、合成生物学、生物信息技术、先进材料科学的发展,也给发酵工程带来了很多革命性的提升。采用先进的生物技术,可以实现好氧发酵转厌氧发酵、发酵食品微生物群落的人工合成、构建自养型微生物发酵工厂、人工合成酶等一系列前所未有的转变,发酵工程可以更好完成未来更为艰巨的挑战。

代谢工程改造酿酒酵母合成玉米黄质

玉米黄质是一种类胡萝卜素,在很多领域都有一定的应用。该研究在前期构建的脂质体积累酿酒酵母的基础上,表达玉米黄质合成酶,初步得到一株能够积累玉米黄质的酿酒酵母工程菌。进一步优化补料碳源、补料时间和补料方式,最终在5 L的发酵罐从48 h开始以指数流加的方式流加葡萄糖,得到玉米黄质的产量为47.7 mg/L。综上,该研究构建了一株高产玉米黄质重组菌并对其进行了发酵验证,研究结果为后续进行发酵优化提供了基础以及改进的方向。

关于《发酵工艺综合实验》教学的总结和思考

发酵工程的学习不仅是理论课堂上的学习,更重要的是将发酵的专业知识与生产实践联系起来。《发酵工艺综合实验》是培养和提高学生在发酵工程领域科研与生产的综合能力,锻炼学生的科研思维和实验操作能力,培养具有较强实践能力的应用型人才。针对《发酵工艺综合实验》的教学现状,作者将理论实践高效结合、合理化分组、精确细致的考核标准等方面的举措应用其中,并且效果显著,对其他教学工作有一定的借鉴意义。

冬虫夏草菌株发酵槐花香料的制备及其卷烟加香应用研究

为开发新型天然槐花香料,以槐花为底物,接种冬虫夏草菌株SCT-1后进行发酵,通过因子筛选试验优化发酵培养基配方,将最优条件下所得香料进行嗅香评价、卷烟加香感官评吸和挥发性致香成分分析。结果表明:发酵培养基最优配方为槐花粉100 g/L、玉米粉2 g/L、麸皮2 g/L和蔗糖2 g/L,该配方下所得香料以坚果香为主,奶香、青香为辅,由其制得的卷烟坚果香气、甜味和烟气细腻感增加,刺激性降低;挥发性致香成分苯乙烯、(2Z)-2-辛烯-1-醇、萘、苯并噻唑和甲基丁香酚对该香料香气具有贡献,(E)-2-庚烯醛、苯甲醛、芳樟醇、松油烯-4-醇和α-松油醇对该香料香气具有显著贡献。

菌酶协同发酵豆粕工艺的优化

为了提高豆粕饲料的品质,采用菌酶协同方法发酵豆粕。筛选了最优植物乳杆菌和蛋白酶,通过单因素及正交试验对发酵条件进行了优化。实验结果确定了1株产酸多、谱宽的植物乳杆菌DY6作为发酵菌株;选择中性蛋白酶进行酶解;确定了最佳发酵条件为菌液接种量5%,最佳加酶量1250U/g,最佳发酵温度37℃,最佳发酵时间48h;此工艺下的豆粕中粗蛋白质量分数为53.1%,肽含量为107.21mg/g,总酸质量分数为2.5%,蛋白质体外消化率为69.8%;与未发酵豆粕相比,发酵豆粕中粗蛋白含量提高了6.23%,肽含量提高了223%,总酸含量提高了1.8%,蛋白质体外消化率提高了17.85%。菌酶协同处理豆粕可以有效提高豆粕的各项指标,提升饲料品质,在生物饲料行业具有广泛应用前景。

大肠杆菌重组表达磷脂酶C的发酵工艺优化

以重组表达铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa 41磷脂酶C的大肠杆菌BL21(DE3)/pET28a-plcH为考察菌株,从TB培养基出发,在优化缓冲液、碳源种类和质量浓度的基础上,比较异丙基-β-D-硫代吡喃半乳糖苷(IPTG)、乳糖诱导重组酶表达的效果,并考察甘氨酸对重组酶发酵的影响;最后,在7L发酵罐规模对上述优化工艺进行放大验证。结果表明:重组大肠杆菌最适培养基组成为:蛋白胨12g/L、酵母膏24g/L、甘油5g/L,0.25mol/L Tris-HCl(pH7.2～7.4)缓冲液配制;在此培养基中添加卡那霉素(Kana)的质量浓度至0.15mg/mL,37℃、200r/min培养6h后,添加乳糖至终质量浓度为5g/L,在25℃、150r/min诱导培养20 h,重组磷脂酶C活力可达到(1422.42±37.17)U/mL;7L发酵罐实验中,总酶活力达到(11583.35±70.21)U/mL,比摇瓶条件下提高了7倍左右,其中胞内酶活力最高为(10957.97±58.03)U/mL,胞外酶活力最高为(645.27±13.87)U/mL。

椰果发酵技术及食品中应用

发酵技术生产的椰果,即微生物纤维素,是纤维素在自然界存在的一种形式,很久以前就用于食品制造。椰果的原料天然、生物合成过程温和、最终产物绿色,具有高持水量、高湿态,柔韧性、高原位反应活性等优异性能。在综述30多年来世界上微生物纤维素发酵制备技术的基础上,提出我国椰果发酵产业今后的发展方向。

熟麦曲促进黄酒发酵的机理研究

熟麦曲是接种纯黄曲霉培养的麦曲,广泛应用于现代黄酒生产中。为探究熟麦曲在黄酒发酵中的作用机理,本研究通过控制熟麦曲添加比例,分析熟麦曲对黄酒酿造的影响,进一步研究黄曲霉菌丝自溶特性,并通过黄曲霉菌丝(可自溶)和孢子(不自溶)与酵母共培养试验分析菌丝自溶对黄酒发酵的影响。研究发现随着熟麦曲添加比例增加,发酵体系中酵母生物量显著提升37.61%~135.90%,乙醇含量、氨基酸态氮、氨基酸以及有机酸分别显著提升15.87%,70.00%,28.46%,92.41%以上。研究黄曲霉菌丝自溶发现,菌丝自溶可为发酵体系提供氨基酸、糖、核苷酸等生物分子,有效提升发酵体系中酵母生物量1.32倍,显著影响乙醇、氨基酸态氮、杂醇以及氨基酸含量。综上,熟麦曲一方面通过丰富的酶物质促进原料分解,影响黄酒发酵;另一方面,熟麦曲中大量菌丝体在发酵过程中发生自溶,为发酵醪提供氮源,促进黄酒发酵进程。

降解花生粕中黄曲霉毒素菌株的筛选及其在发酵酶解偶联工艺中的应用

本研究从污染AFB 1严重的花生粕中筛选出一株能够高效降解AFB 1的菌株,根据形态特征、16S rDNA序列比对鉴定目的菌株,确定其为枯草芽孢杆菌,命名为Bacillus subtilis Y-6。通过添加筛选出的枯草芽孢杆菌,利用微生物发酵结合复合酶制剂的生物偶联工艺处理花生粕,比较处理前后花生粕中AFB 1含量的变化。研究表明,处理前AFB 1含量为142.6μg/kg,处理后仅为8.1μg/kg,AFB 1的去除率达到94.3%,大大提升了花生粕的饲用安全性。

阿拉伯呋喃糖苷酶的重组表达及其发酵工艺优化

将来源于草酸青霉菌(Penicillium oxalicum sp.68)的阿拉伯呋喃糖苷酶基因poabf62a进行密码子优化后,在毕赤酵母GS115中重组表达PoAbf62A酶,并分析酶学性质。为进一步提高重组蛋白表达量,通过单因素及响应面分析法优化了重组菌株产PoAbf62A酶的发酵工艺。结果表明,以对硝基苯-α-L-阿拉伯呋喃糖苷(p-nitrobenzene-L-arabinofuranoside,p NPAF)为底物时,重组阿拉伯呋喃糖苷酶PoAbf62A的最适反应pH值为4.5,最适反应温度为40℃;该酶在pH 4.5和40~45℃下较稳定;Al 3+、Co 2+、Zn 2+、Mg 2+等金属离子对该酶活性有促进作用,Fe 3+、Mn 2、Cu 2+和Fe 2+可抑制其活性;以p NPAF为底物测得酶的K m值为2.46 mmol/L,最大反应速度V max为9.05μmol/(min·g),k cat为0.22 s-1。最佳发酵参数为:BMMY培养基中接种量初始OD 600值为2.4,添加诱导剂甲醇的体积分数为1.05%,每24 h补加甲醇使甲醇的体积分数恒定,30.5℃发酵120 h,发酵液酶活力为0.51 U/mL,相比未优化前提高了3.25倍。

分枝杆菌LY-1转化植物甾醇产9α羟基雄烯二酮的发酵工艺优化

9α-羟基雄甾-4-烯-3,17-二酮(9α-OH-AD)是一种重要的甾体药物中间体,可用于糖皮质激素类药物的生产。为了提高目的产物的产量,以分枝杆菌(Mycobacterium sp.) LY-1作为出发菌株,研究不同碳源、氮源、磷酸盐和金属离子等培养基组分对菌株LY-1转化植物甾醇生产9α-OH-AD的影响,结合正交试验优化,确定最适培养基组分为玉米浆30 g/L、KNO_3 4.0 g/L、NaH_2PO_4 1.2 g/L、FeSO_4 0.075 g/L及CaCl_2 0.10 g/L。在此条件下,当植物甾醇投料质量浓度为15 g/L时,产物得率达到43.9%～44.9%。通过单因素实验优化培养条件,得到最适培养条件为pH 8.0、接种量2%、温度30℃时,9α-OH-AD的得率可达46.2%～47.0%,比优化前提高了22.1%,产量达到5.21 g/L,具有潜在的工业应用价值。

重组表达D-泛解酸内酯水解酶乳酸克鲁维酵母的发酵工艺优化

以前期构建的重组表达D-泛解酸内酯水解酶的乳酸克鲁维酵母(Kluyveromyces lactis)GG799为对象,在5 L发酵罐中,基于考察pH、搅拌转速、接种量3种单因素条件对产酶的影响结果,进一步优化补料策略,初步确定了促进重组D-泛解酸内酯水解酶高效表达的补料发酵方式。单因素条件研究结果表明,当pH 6.0、搅拌转速300 r/min、接种量2%时,可以获得最高表达水平,酶活力达5.12 U/mL,较摇瓶最佳结果提高了2倍。补料发酵研究表明,当通过补料维持发酵液恒糖质量浓度为5 g/L时,酶活力可达到8.20 U/mL,较分批发酵酶活力提高了60.1%;当分批发酵结束后,以恒速5 g/h进行补料,酶活力最高可达10.70 U/mL,较恒糖补料方式酶活力提高了30.5%,较分批发酵酶活力提高了98.6%。通过分批发酵和补料分批发酵的研究,显著提高了D-泛解酸内酯水解酶的酶活力,为进一步放大生产奠定了基础。

谷氨酸棒杆菌细胞工厂育种策略以及高通量筛选技术的研究进展

谷氨酸棒杆菌作为工业生产氨基酸及众多高附加值产品的工程菌株,是一种绿色高效的底盘微生物,已被开发为工业微生物细胞工厂。设计与构建高效工业微生物细胞工厂是绿色生物制造的重要基础,也是促进实现“碳中和”目标的重要途径之一。微生物育种及高通量筛选技术是创制高效微生物细胞工厂和生物产业技术创新的重要方向。文章结合实际案例针对谷氨酸棒杆菌细胞工厂的育种策略和高通量筛选技术进行综述,以期为谷氨酸棒杆菌选育领域的相关研究提供参考和借鉴。

基于主成分分析的牛油火锅底料挥发性风味物质评价模型的构建

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。

稻米及其副产品深加工技术研究进展

综述了国内外碎米、米糠和稻壳等加工副产品综合利用领域的最新研究进展,以期通过精深加工提高稻米资源的利用率和食用率,增强我国粮食安全性。

魏斯氏菌在发酵食品中的应用

魏斯氏菌是一类存在于酱油、泡菜、豆豉、香肠等多种发酵食品的乳酸菌。它是参与食品发酵的重要微生物,在发酵食品中具有广泛应用价值。在食品发酵过程中,魏斯氏菌对食品中有机酸、酯类及短链脂肪酸等风味物质的合成具有重要作用。此外,魏斯氏菌属的有些菌株具有合成细菌素、低聚糖、胞外多糖和纤维素等特性,具有潜在的益生菌特性。该文主要对魏斯氏菌的分离鉴定、生理生化特性以及菌株在发酵食品中的应用特性等几方面的研究进展进行了综述。