中国传统酿造食品微生物生态学及其研究策略

中国传统酿造食品的生产通常是在开放度高、周围环境条件粗放、微生物群落结构时空差异显著批次间变化规律类似的微生态环境中进行的.其过程具有生产原料成分多样、参与的微生物种类多、代谢反应复杂、工艺繁复以及产品组分复杂等特征,从而导致科学阐释其过程代谢机理存在着巨大的挑战.基因组学、转录组学等组学技术以及基于现代检测技术的代谢组学方法的发展和应用,为应用微生态学方法研究其过程的微生物群落结构与功能、群落内部以及与环境的交互作用规律提供了有力的支撑.本文结合本研究团队前期研究工作,综述了近年来传统酿造食品微生物生态学的研究进展,从系统解析酿造微生物群落结构与代谢功能入手,解析微生物群落及个体功能并实现理性调控的传统酿造微生物群落研究策略,包括把握微生物群落三个要素:结构、功能、调控;解析好两个互动:酿造群落内的交互作用,群落与外部环境的交互作用;抓住一个关键:群落中的关键核心功能微生物(群).在上述基础上努力实现传统食品酿造过程中的微生物功能可控、酿造过程可控和产品品质可控的三个目标.     

合成生物学与代谢工程在谷氨酸棒杆菌产氨基酸中的应用

氨基酸是重要的化合物,在食品、医药、化工等领域具有广泛用途.多种氨基酸可以通过蛋白质水解提取法、化学合成法以及微生物法生产,现如今大部分的氨基酸都开始尝试微生物发酵法实现工业生产.谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)作为发酵生产氨基酸的先驱者,其生产的氨基酸产量已达年产数百万吨.随着合成生物学技术以及新一代基因编辑技术的兴起,谷氨酸棒杆菌能生产的氨基酸种类从传统的几种氨基酸扩大到了几乎所有氨基酸及其衍生物.本文综述了近年来利用代谢工程及合成生物学工具对谷氨酸棒杆菌的改造技术,并介绍了一些利用谷氨酸棒杆菌生产传统氨基酸以及非天然氨基酸的典型案例,为谷氨酸棒杆菌突破所有氨基酸生产瓶颈提供参考.     

基于超高效液相色谱法快速测定短链脂肪酸方法的建立

建立了采用超高效液相色谱法全面快速分析粪便与发酵液中短链脂肪酸的方法。以InertSustain AQ-C18色谱柱对粪便与发酵液中短链脂肪酸进行分离,流速为0.5 mL/min,波长为210 nm,流动相为20 mmol/L NaH_2PO_4(pH 2.2)与乙腈进行梯度洗脱。结果表明:该方法能在10 min内快速分离11种短链脂肪酸,加标培养基中各短链脂肪酸回收率为95.15%～107.01%,精密度为0.58%～7.33%,加标粪便样本中各短链脂肪酸回收率为98.43%～105.14%,精密度为1.13%～5.20%。该方法可用于粪便、发酵液中短链脂肪酸的检测,具有快速、简单及全面等优点。     

Pgk和ilvN基因对谷氨酸棒杆菌产L-丝氨酸的影响

为增加谷氨酸棒杆菌A36的L-丝氨酸合成途径的碳流,首先过表达磷酸甘油酸激酶(pgk),以增加前体物质3-磷酸甘油酸的积累,但经发酵分析发现其对菌株A36的L-丝氨酸产量无显著影响。进一步敲除副产物L-缬氨酸合成途径的乙酰羟酸合酶(AHAS)基因ilvN,敲除该基因后L-缬氨酸只有微量积累,但重组菌并未形成营养缺陷型菌株,L-丝氨酸的产量反而下降,分析发现L-缬氨酸的存在在一定程度上有助于L-丝氨酸的生成。在培养基中分别添加不同质量浓度的L-缬氨酸,在L-缬氨酸添加量为750 mg/L时,重组菌L-丝氨酸产量达到34.19 g/L,糖酸转化率为0.34 g/g,生产强度为0.28 g/(L·h),相比出发菌株A36分别提高了11.8%、13.3%和12.0%。     

高效转化黄姜皂苷为薯蓣皂苷元菌株的筛选及转化条件优化

薯蓣皂苷元是甾体激素类药物重要的生产原料,在制药工业中有广泛应用。传统的生产方法是黄姜酸解法,污染严重。为寻找更清洁高效的生产方式,从本实验室保藏的菌株中筛选出一株赤霉菌Gibberellaintermedia WX12(层出镰孢菌Fusarium proliferatum的有性阶段),能将黄姜中的皂苷转化为薯蓣皂苷元。采用统计学实验设计方法对其转化培养基进行研究,优化的转化培养基配方为(g/L):葡萄糖20.6;酵母膏5.0;氯化钠1;磷酸二氢钾3;硫酸锌1.5;黄姜酶解物3。采用以上优化参数,薯蓣皂苷元的得率提高到(31±0.3)mg/g干黄姜,较优化前提高了3倍。这是目前关于赤霉菌转化黄姜中皂苷的首次报道。     

pH与溶氧控制对解淀粉芽胞杆菌发酵粗甘油生产2,3-丁二醇的影响

首次利用一株安全菌株解淀粉芽胞杆菌发酵生物柴油副产物粗甘油生产2,3-丁二醇。溶氧和pH是影响微生物法生产2,3-丁二醇的最主要因素。结果表明,发酵过程中不控制pH更有利于2,3-丁二醇合成;采用三阶段控制搅拌转速策略,2,3-丁二醇产量最大值达到?38.1?g/L,生产强度达到1.06?g/(L·h),与恒定转速获得的最好结果相比较,分别提高了14.8%和63.1%。采用脉冲流加发酵时,2,3-丁二醇产量达到71.2 g/L,2,3-丁二醇生产强度达到0.99 g/(L·h),这是目前报道的利用粗甘油合成2,3-丁二醇的最高产量。     

三羟基雄甾烯酮高转化菌株的选育及工艺优化

以能将去氢表雄酮 (DHEA) 转化为三羟基雄甾烯酮 (7α,15α-diOH-DHEA) 的赤霉菌Gibberella intermedia CA3-1为出发菌株,对其进行了诱变选育及工艺优化,以期提高转化效率。采用0.12 mg/mL亚硝基胍诱变处理赤霉菌孢子悬液30 min,以350 μmol/L酮康唑为最低抑制浓度进行抗性平板筛选,最终获得一株遗传稳定性较好的高产菌株M-10,其产物摩尔得率达到70.2%,为出发菌株的1.2倍。通过摇瓶转化工艺的优化,确定了突变菌株的最适转化工艺。在优化的转化工艺下,当底物DHEA投料浓度为5 g/L时,7α,15α-diOH-DHEA摩尔得率提高到75.6%,较原始菌株提高了31.3%。     

生物催化3-(4-氯苯基)-戊二腈去对称性水解合成光学纯巴氯芬的关键前体

研究了利用生物催化剂制备(S)-4-氰基-3-(4-氯苯基)-丁酸.以3-(4-氯苯基)-戊二腈为底物,采用苯酚-次氯酸钠法对实验室保藏的菌株进行筛选,得到一株产物立体选择性较高的菌株赤霉菌Gibberella intermedia WX12,并对其催化特性和发酵条件进行了初步研究.以30 g/L的乳糖和20 g/L的蛋白胨分别为碳、氮源,发酵培养96 h,收集的菌体在50 mmol/L磷酸缓冲液(pH 8.0)中30℃催化反应24 h,将3-(4-氯苯基)-戊二腈转化为4-氰基-3-(4-氯苯基)-丁酸,产率为90％.将产物化学转化为巴氯芬,手性HPLC分析表明水解产物构型是(S),其对映异构体过量值ee＞ 99％.该产物可以用来合成光学纯的(R)-和(S)-巴氯芬.     

中国药用真菌资源开发与应用研发现状与展望

药用真菌对疾病有预防、治疗作用,是我国医药宝库中重要的资源。但是,许多药用真菌产量小、不易采集,且易受自然环境条件限制,极大地阻碍了我国真菌类药物的研发及进展,将以基因工程、发酵工程等为主体的现代生物技术应用到药用真菌领域,对药用真菌的培养、生产、开发起到了重要的作用,具有广阔的应用前景。     

耐冷菌Bacillus cereus SYP-A3-2低温蛋白酶的发酵条件

研究了营养因子及环境条件对中国冰川1号耐冷菌Bacillus cereus SYP-A3-2产低温蛋白酶的影响。结果表明对该菌产酶影响较大的因素分别是温度、酪蛋白浓度和pH,在酪蛋白浓度0．8％、pH7、15℃下摇瓶发酵48h产酶水平可达3,800U／mL。