清香型白酒发酵过程中酵母群落结构及其与尿素代谢的关系

【目的】探索清香型白酒发酵过程中酵母群落结构及演变,分析潜在的关键尿素代谢酵母及其环境调控因素,为降低发酵过程中氨基甲酸乙酯的含量提供理论依据。【方法】通过相关性分析明确发酵过程中氨基甲酸乙酯主要前体物质及其代谢微生物类群,利用高通量测序技术解析酵母群落结构组成,并结合偏最小二乘回归分析寻找潜在的关键尿素代谢酵母。采用冗余分析评价发酵过程中环境因素对酵母群落结构的影响。【结果】尿素是清香型白酒发酵过程中氨基甲酸乙酯的主要前体物质,酵母是尿素代谢的主要微生物。高通量测序结果显示,在97%的相似度下进行操作分类单元聚类后,共鉴定出22个酵母种。其中,嗜高压有孢汉生酵母(Hanseniaspora osmophila)、发酵毕赤酵母(Pichia fermentans)和酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)与尿素合成存在正相关性,库德毕赤酵母(Pichia kudriavzevii)与尿素降解存在正相关性。酒醅含水量、p H、乙醇和精氨酸是影响发酵过程中酵母群落演替的重要环境因素。【结论】环境因素影响潜在的关键尿素代谢酵母,为降低发酵过程中尿素与氨基甲酸乙酯含量提供理论依据。     

酒醅中精氨酸利用菌株的分离筛选及其对浓香型白酒中瓜氨酸积累的影响

【目的】分析浓香型白酒酒醅发酵过程中氨基甲酸乙酯前体物质瓜氨酸含量显著增加的原因,确定酒醅中能够利用精氨酸并积累瓜氨酸的微生物,为解析白酒中氨基甲酸乙酯的形成机制提供研究基础和理论依据。【方法】采用高通量筛选技术,从浓香型白酒酒醅中分离具有高精氨酸利用能力和高瓜氨酸积累特性的菌株,并通过基因型和表现型验证以及模拟窖内发酵验证它们对瓜氨酸积累的贡献。【结果】共筛选获得20株具有高精氨酸利用能力的菌株,其中Lactococcus garvieae LD3,Bacillus amyloliquefaciens BG5,Pediococcus acidilactici PH7和Staphylococcus pasteuri SH11具有较高的瓜氨酸生成能力,并可使酒醅中瓜氨酸含量显著增加。【结论】筛选获得的4类微生物均能够通过ADI途径代谢积累瓜氨酸,是导致酒醅瓜氨酸含量增加的原因。     

解淀粉芽孢杆菌诱变育种及其突变株在降低酱油中氨基甲酸乙酯的应用

【目的】通过诱变育种提高解淀粉芽孢杆菌JY06利用精氨酸的能力,并将其用于降低酱油中的氨基甲酸乙酯及前体,从而提高酿造酱油的安全性。【方法】采用等离子诱变和紫外诱变两种诱变育种方法对解淀粉芽孢杆菌JY06进行突变,应用高通量筛选手段获得具有高精氨酸利用能力的突变株,验证突变株降低酱油中氨基甲酸乙酯的能力。【结果】获得了12株精氨酸利用能力提高的突变株,与出发菌株JY06相比,突变株C12和E6可使酱油中瓜氨酸含量分别降低了15.6%和14.7%,EC的含量分别降低了19.3%和13.1%。【结论】通过等离子诱变和紫外诱变进一步提高了解淀粉芽孢杆菌JY06降低酱油中EC及其前体瓜氨酸的能力,具有控制或减少酱油中生物危害物的应用潜力。     

嗜盐四联球菌arc operon多拷贝基因在精氨酸代谢中的作用

【背景】嗜盐四联球菌(Tetragenococcus halophilus)是一类存在于发酵食品中的耐盐乳酸菌,研究其精氨酸(arginine,Arg)代谢对解析食品发酵过程中氨基甲酸乙酯(ethyl carbamate,EC)前体积累机制和保障食品安全具有重要意义。【目的】研究酱醪来源嗜盐四联球菌精氨酸脱亚氨基(arginine deiminase,ADI)途径的基因构成,揭示这些基因对菌株精氨酸代谢和氨基甲酸乙酯前体瓜氨酸(citrulline,Cit)利用与积累的影响。【方法】采用PCR扩增与测序分析不同菌株的ADI途径基因组成,通过比较ADI途径关键基因转录水平和关键酶活性,探究环境因素对嗜盐四联球菌代谢氨基酸能力的影响及各拷贝基因参与氨基酸代谢的功能。【结果】酱醪来源嗜盐四联球菌基因组中ADI途径基因类型主要有两大类：以菌株R23为代表含有完整arc操纵子(operon)基因且具有最多基因拷贝数;以菌株C3为代表缺失arcA和arcB但含有多拷贝arcB和arcC。基因组中有arcA的菌株才具有利用精氨酸能力,并通过利用精氨酸生成瓜氨酸。体系中精氨酸含量和乙醇与脂肪酸的存在均可影响嗜盐四联球菌利用精氨酸积累中间产物瓜氨酸。当精氨酸含量大于5 g/L或体系中含有乙醇与脂肪酸时,嗜盐四联球菌会利用精氨酸积累中间产物瓜氨酸。脂肪酸和乙醇对ADI途径的3个关键酶均有显著抑制作用,可使精氨酸脱亚氨基酶(arginine deiminase,ADI)、鸟氨酸氨甲酰基转移酶(ornithine transcarbamylase,OTC)和氨甲酰磷酸激酶(carbamate kinase,CK)的活性分别降低41.0%、46.4%和60.0%。嗜盐四联球菌中arcB转录水平分别是其拷贝arcB₁和arcB₂的10.5倍和29.8倍,arcC的转录水平分别是arcC₁、arcC₂、arcC₃的17.6、20.3、23.9倍,说明arcB和arcC在瓜氨酸代谢中起主要作用。【结论】精氨酸含量和乙醇加脂肪酸是影响嗜盐四联球菌代谢精氨酸能否积累瓜氨酸的关键环境因素。嗜盐四联球菌arc operon的多拷贝基因中,arcB和arcC基因在瓜氨酸代谢中起主要作用。     

高通量筛选诱变菌株降低黄酒发酵氨基甲酸乙酯前体积累

【目的】氨基甲酸乙酯是发酵食品中普遍存在的一种潜在危害物。黄酒中氨基甲酸乙酯的前体主要是尿素和乙醇。本研究通过高通量筛选策略降低黄酒发酵过程中尿素的积累,从而降低氨基甲酸乙酯积累。【方法】以一株黄酒生产工业菌株酿酒酵母XZ-11为研究对象,采用ARTP诱变和高通量筛选策略,获得尿素积累量较低菌株。使用实时定量PCR技术检测氮代谢中尿素代谢和转运相关基因(DUR1,2和DUR3)的变化。【结果】筛选得到一株尿素高效稳定性利用菌株5-11C。其尿素积累量比酿酒酵母XZ-11降低了50.6%。实时定量荧光PCR结果表明,与尿素代谢和转运相关的基因(DUR1,2和DUR3)表达量分别提高了3.3和2.2倍。【结论】高通量筛选策略可以用于降低黄酒生产过程中氨基甲酸乙酯前体尿素的含量。由于未采用基因工程手段,避免了可能的法规问题,消费者易于接受,在发酵食品行业具有较好的应用前景。     

鲁氏接合酵母盐胁迫适应机制及组学研究方法进展

鲁氏接合酵母(Zygosaccharomyces rouxii)是一种耐渗透酵母,被广泛应用于食品酿造生产领域。然而,其耐高渗和耐高盐特性通常会导致食品腐败,给企业造成了极大的经济损失。该文以鲁氏接合酵母盐胁迫适应响应机制为出发点,系统地阐述了高盐胁迫条件对鲁氏接合酵母表型特性的影响,概括了鲁氏接合酵母不同层次上的高盐胁迫响应机制。同时,探究了基因组、转录组和蛋白质组等技术在酵母耐盐机制上的应用,以期为后续研究提供新思路,有助于企业解决食品腐败问题,减少经济损失。     

短乳杆菌2-34中瓜氨酸转运蛋白的鉴定

【背景】从黄酒发酵液中分离的短乳杆菌2-34具有重吸收瓜氨酸的能力,可用于降低黄酒中的瓜氨酸从而减少氨基甲酸乙酯的形成,然而瓜氨酸重吸收机制的不明确阻碍了该菌的合理利用。【目的】通过确定短乳杆菌2-34中的瓜氨酸转运蛋白编码基因,为其在黄酒中的利用提供理论依据。【方法】以pRSFDuet-1和pETDuet-1为表达载体,通过多顺反子串联表达系统及双质粒表达系统,在大肠杆菌C43(DE3)中表达短乳杆菌2-34精氨酸脱亚胺途径中瓜氨酸代谢相关蛋白:精氨酸降解酶ArcD和ADI、瓜氨酸降解酶OTC及膜蛋白DcuC和AO antiporter。【结果】重组表达大肠杆菌发酵过程中可利用精氨酸形成瓜氨酸,但表达了膜蛋白DcuC和AO antiporter的重组菌发酵液中瓜氨酸含量较低。【结论】短乳杆菌2-34中DcuC和AOantiporter均具有吸收瓜氨酸的功能,且DcuC活性更高。     

基于PTP转运蛋白的瓜氨酸利用菌株高通量筛选策略及其应用评估

【目的】为降低发酵体系中氨基甲酸乙酯前体物瓜氨酸的浓度,建立基于PTP (putative transport protein)转运蛋白的瓜氨酸利用菌株高通量筛选策略,对不同样品中的瓜氨酸利用菌株进行分离、筛选和鉴定,并对其胞外瓜氨酸利用能力进行比较和分析。【方法】通过对瓜氨酸转运蛋白PTP的氨基酸序列进行比对分析,确定其保守区域,并通过设计获得简并引物,结合溴甲酚紫变色圈法、简并引物菌落PCR和二乙酰一肟显色法,建立瓜氨酸利用菌株的高通量筛选策略。【结果】设计出一对可用于筛选瓜氨酸利用菌株的简并引物,利用建立的高通量筛选策略从环境中分离获得65株具有瓜氨酸利用能力的菌株,其中Levilactobacillus brevis PC4可在4 h内消耗体系中91.08%的瓜氨酸。对分离菌株PTP编码基因在基因组中的位置进行分析发现,Latilactobacillussakei等4株菌的PTP编码基因都位于arc基因簇内,表明PTP蛋白的功能与分离菌株的瓜氨酸代谢途径密切相关。【结论】PTP蛋白是菌株胞外瓜氨酸利用的重要功能蛋白,基于PTP编码基因设计的高通量筛选策略可用于高效地从环境中分离...     

鲁氏接合酵母海藻糖耦合发酵过程的转录组差异分析

[目的]为探究鲁氏接合酵母(Zygosaccharomyces rouxii)在海藻糖耦合发酵过程中适应高温胁迫的基因表达差异及内在代谢调节机制。[方法]采用GC色谱仪和Illumina HiSeq^TM高通量测序技术对海藻糖耦合发酵过程(无调控阶段、补料响应阶段、补料与中温刺激耦合响应阶段、补料与高温刺激耦合响应阶段)的生物量、胞内海藻糖含量、基因转录序列等指标进行检测。[结果]转录组测序结果显示，与无调控阶段对比，三个调控响应阶段分别筛选得到1717、522、2038个差异表达基因。海藻糖耦合发酵过程中的鲁氏接合酵母细胞差异表达基因主要富集到次级代谢产物的生物合成、核糖体、氨基酸的生物合成等代谢途径上，高温胁迫条件下(海藻糖高速合成过程)分别涉及158、97、58个差异表达基因，次级代谢主要涉及赖氨酸等氨基酸和嘌呤/嘧啶核苷酸，氨基酸的生物合成主要涉及赖氨酸代谢、半胱氨酸和谷氨酸代谢。[结论]通过转录组分析揭示了鲁氏接合酵母主要通过调控次级代谢产物的生物合成与氨基酸代谢来适应高温热激胁迫。     

酱醪中魏斯氏菌的分离及特性分析

【背景】魏斯氏菌广泛存在于发酵食品中,它们与食品发酵进程和风味物质的形成密切相关。酱油发酵过程酱醪中细菌的优势菌属是魏斯氏菌,研究魏斯氏菌的生理和代谢特性对于揭示菌株对环境的适应性和与酱油发酵相关的功能具有重要意义。【目的】从酱油酱醪中分离获得魏斯氏菌属中主要种的菌株,研究它们在酱油发酵过程的数量变化以及菌株的生理和生化特性,阐明菌株对酱油发酵体系的适应性和与酱油发酵相关的特性。【方法】通过菌株绝对数量的定量分析和耐受性比较,以及考察高盐条件下魏斯氏菌合成短链脂肪酸、胞外多糖、生物胺和氨基甲酸乙酯或其前体等特性,研究各类魏斯氏菌对酱油发酵和其安全性的影响。【结果】从高盐稀态酱油的酱醪中共分离得到16株魏斯氏菌,分别属于融合魏斯氏菌(Weissella confusa)、类肠膜魏斯氏菌(Weissellaparamesenteroides)和食窦魏斯氏菌(Weissellacibaria)。其中类肠膜魏斯氏菌可耐受高盐条件,是酱醪中魏斯氏菌属的主要菌种。它们合成短链脂肪酸的能力高于融合魏斯氏菌和食窦魏斯氏菌。酱醪来源的魏斯氏菌合成氨(胺)类危害物的特性区别较大,类肠膜魏斯氏菌的部分菌株产生物胺并可利用精氨酸积累瓜氨酸,食窦魏斯氏菌则能够降解多种生物胺。【结论】揭示了酱醪中主要魏斯氏菌的耐盐特性、在较低温度下生长情况和物质代谢规律,对于阐明魏斯氏菌与酱油发酵相关的功能和特性以及对酱油加工过程安全控制具有重要意义。     

Comparative Volatile Profiles in Soy Sauce According to Inoculated Microorganisms

We compared the volatile profiles in soy sauce according to inoculation with Tetragenococcus halophilus and/or Zygosaccharomyces rouxii. Totals of 107 and 81 volatiles were respectively identified by using solid-phase microextraction and solvent extraction. The various volatile compounds identified included acids, aldehydes, esters, ketones, furans and furan derivatives, and phenols. The major volatiles in the samples treated with T. halophilus were acetic acid, formic acid, benzaldehyde, methyl acetate, ethyl 2-hydroxypropanoate, 2-hydroxy-3-methyl-2-cyclopenten-1-one, and 4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde, while those in the samples inoculated with Z. rouxii were mainly ethanol, acetaldehyde, ethyl propanoate, 2/3-methylbutanol, 1-butanol, 2-phenylethanol, ethyl 2-methylpropanoate, and 4-hydroxy-2-ethyl-5-methyl-3(2H)-furanone. The results indicate that T. halophilus produced significant acid compounds and could affect the Z. rouxii activity, supporting the notion that yeasts and lactic acid bacteria respectively have different metabolic pathways of alcoholic fermentation and lactic acid fermentation, and produce different dominant volatile compounds in soy sauce.     

Characterization of a <Emphasis Type="Italic">Bacillus amyloliquefaciens</Emphasis> strain for reduction of citrulline accumulation during soy sauce fermentation

Objectives

To reduce the amount of citrulline produced by arginine-consuming bacteria in the moromi mash during soy sauce production.

Results

Bacillus amyloliquefaciens JY06, a salt-tolerant strain with high arginine consumption ability and low citrulline accumulation capacity, was isolated from moromi mash. The concentration of citrulline was decreased from 26.8 to 5.1 mM and ethyl carbamate in soy sauce, after sterilization, decreased from 97 to 17 μg kg^?1 when B. amyloliquefaciens JY06 was added during fermentation. The aroma of the sauce was improved by increasing the ester content.

Conclusions

B. amyloliquefaciens JY06 is a beneficial bacterium that can be used in soy sauce fermentation to eliminate ethyl carbonate and enhance the flavor of the sauce.

     

不同氮源及其浓度对标志链带藻合成淀粉和油脂的影响北大核心CSCD

【目的】以标志链带藻(Desmodesmus insignis)为实验材料,研究不同氮源及其浓度对该藻生长、总脂和淀粉(碳水化合物)含量的影响,为该藻在生物能源方面的应用提供一定的理论依据。【方法】以硝酸钠、碳酸氢铵或尿素为氮源,5个氮浓度(3、6、9、12和18 mmol/L)的BG-11培养基培养标志链带藻,采用干重法测定生物质浓度、重量法测定总脂、苯酚-硫酸法测定、总碳水化合物和淀粉的含量。【结果】标志链带藻在3种氮源下均能很好的生长。最高油脂含量出现在3 mmol/L硝酸钠实验组,达到32.61%(d.w)。当18 mmol/L碳酸氢铵作为氮源时,总碳水化合物与淀粉的含量以及产率都达到最高,分别为56.54%(d.w)和55.33%(d.w)、0.24和0.23 g/(L·d)。以尿素为氮源时,其生物质浓度和各组分含量与其它氮源实验组差别不大,均有利于该藻的生长及各生化组分含量的积累。【结论】以该藻种生产生物能源的成本等综合考虑,以18 mmol/L碳酸氢铵和尿素为氮源培养标志链带藻最优。     

A comparison of the enantioselective reduction potential of five strains of Saccharomyces cerevisiae towards a selected ketone

The enantioselectivity potential of five strains of Saccharomyces cerevisiae was studied for the reduction of ethyl N-{2-{4-[(2-oxocyclohexyl)methyl]phenoxy}ethyl} carbamate (1), an insect juvenile hormone bioanalog. The products of the reaction, the cis and trans isomers of ethyl N-{2-{4-[(2-hydroxycyclohexyl)methyl]phenoxy}ethyl} carbamate (2 and 3), were obtained in 45–49% (w/w) chemical yields and with 79 to > 99% enantiomeric purity values. The absolute configurations of the major products were assigned as ethyl (1S,2S)-N-{2-{4-[(2-hydroxycyclohexyl)methyl]phenoxy}ethyl} carbamate (2) and ethyl (1S,2R)-N-{2-{4-[(2-hydroxycyclohexyl)methyl]phenoxy}ethyl} carbamate (3). The products 2 and 3 belong to the series of the chiral insect juvenile hormone analogs.