传统与未来的碰撞：食品发酵工程技术与应用进展

随着生物技术的飞速发展,作为食品生物工程的主要组成部分,食品发酵工程技术不断升级,在传统发酵食品的菌种、发酵过程、产品品质得到改善的同时,生物制造的功能食品组分、未来食品等新型产品也应运而生。首先概述了由生物技术和信息技术的进步带来的食品发酵研究手段与生产方式的多层面变革,并重点阐释了利用食品合成生物学设计构建细胞工厂的思路和方法,以及食品生物工程在微生物分析、过程工程和分离工程方面的智能化进程。其次,介绍了现代食品生物工程技术在改善传统发酵食品品质及安全性、生产功能食品组分、添加剂和酶制剂、创制未来食品和开发新型益生食品方面的应用进展。最后,对全球和我国食品发酵产业面临的挑战和未来发展趋势进行了总结和展望,以期为食品发酵的技术革新和工业化应用提供参考。     

新经济形势下的生物工程一流专业建设与实践

生物经济的快速发展迫切需要新型生物工程人才支撑,建立以创新型工程教育为理念的新工科人才培养模式,能够为区域经济发展与产业升级提供支撑作用。大连理工大学生物工程学院紧密围绕“服务国家战略”“对接产业行业”“引领未来发展”“以学生为中心”等新工科建设的教育教学理念,从“面向新经济”的培养体系构建、“多学科交叉”的课程体系重构和“项目式”教学方式改革、“多元化”评价体系实施等方面进行生物工程专业建设改革和探索,提出了“价值引领、深厚的基础理论、强烈的创新意识、技术和非技术核心能力素养”四位一体的生物工程新工科人才培养标准。满足了产业对人才多样化、个性化和动态变化的需求,保障了产业与教育的深入融合发展,为生物工程一流本科专业建设提供了思路。     

食品生物技术相关专利分析

随着生物技术在食品工业应用日益深入,以基因工程为先导,以发酵工程、酶工程技术为核心．包括蛋白质工程和生物分离工程在内的食品生物技术已成为提升我国食品工业技术含量、参与市场竞争的重要核心技术。本文以Derwent Innovation Index（DⅡ）数据库和Aureka数据库为基础,对上游（基因工程）、中游（发酵工程、酶工程与蛋白质工程）、下游（生物分离工程、食品安全检测）食品生物技术相关专利进行研究分析。     

生物技术复合应用型人才培养模式的探索与实践

生物技术是一门多学科相互交叉渗透、实践性和应用性很强的新兴综合性学科,已经为国家的经济建设和社会发展作出重要贡献。为了培养符合21世纪生物技术产业发展需要的、适应社会市场发展需求的生物技术专业人才,我院从人才培养目标、人才培养方案、教学实践体系、创新精神和创新能力的培养以及师资队伍建设等方面,进行了积极的探索与实践,构建符合时代发展需求的人才培养新模式。     

基于学科交叉实施生命科学基础类课程教学改革

“生命科学基础”等生物学通识课程是了解生命科学研究方向和培养生命科学研究兴趣的重要窗口，基于学科交叉实施生命科学基础类课程教学模式改革，培养具有生物学交叉应用能力的复合型人才，对于推动我国生物经济快速发展至关重要。简单的学科叠加式教学方法已经难以让学生发现学科交叉的乐趣，为此，立足于北京理工大学理工类学科特色，针对“生命科学基础”课程，设计理工交叉的教学内容体系，进行理工特色的教学模式创新。围绕基础知识内容，设计专业背景导向的交叉教学内容，通过多学科、多元知识点的衔接转化，构建符合学生身心发展特色的教学体系。设计差异化的交叉教学模式，通过“1+N”混合沉浸式交叉思维训练，提升基本科学素养和交叉思辨能力。基于“教学中”和“教学后”数据模型反馈，评估个性化和精准化交叉教学的培养效果，推动交叉教学过程的循证式优化，进而提升生物交叉学科的课程智教能力。     

生料发酵生产酒精和其中的工程问题

早期的生料水解研究主要基于节能的目的.最新的技术进步、研究和工业实践发现以前未被注意的很多优点,如生料发酵生产提高酒精转化率、单元操作少及体系黏度低等优点.新的生料水解酶的出现使得高浓高强度生料发酵来生产工业酒精和燃料酒精具有很强的竞争力,是未来生物酒精生产的一个重要发展方向.由于生料体系的非均相特性,与传统的发酵过程有相当的不同.控制颗粒的大小,保持良好的传质对发酵的顺利进行很重要.在高浓度发酵时,系统的温度梯度控制也很重要.加强生料发酵体系工程研究对以后的工程设计和工厂优化有重要意义.     

发酵工业菌种的迭代创制

生物发酵是以微生物菌种为生物催化剂,以淀粉糖、生物质等可再生资源为原料发酵生产各种食品、化学品、燃料、材料等物质的生产过程,具有绿色、低碳和可持续等特征。我国拥有全球规模最大的生物发酵产业,尤其氨基酸、维生素等传统发酵产品占全球市场份额的60%–80%。发展生物发酵产业对于我国实现“碳中和、碳达峰”的战略目标和生物经济发展具有重要的意义。微生物工业菌种是生物发酵产业的核心,直接影响原料路线、产品种类和生产成本。创新发酵工业菌种,提升其原料转化利用效率,提高产物生产水平,拓展产品种类,是生物发酵产业高质量发展的关键。近年来,合成生物学、系统生物学等学科的发展,进一步加深了研究者对微生物底盘细胞生理代谢机制的理解,加速了基因编辑等菌种设计创制使能技术的发展,为发酵工业菌种改造提升提供了新动能。本文选取了具有代表性的大宗氨基酸、B族维生素、柠檬酸、燃料乙醇等发酵产业,从其工业微生物底盘的基础研究和技术开发角度,综述发酵工业菌种改造提升的最新进展,并展望人工智能、自动化与生命科学交叉融合将对工业菌种迭代产生的重要影响。     

医学院校生物技术专业发酵工程实验体系的构建

为建设有特色的生物技术专业和培养创新复合型人才,本研究结合医学院校特点,充分利用"医"和"药"的资源,合理安排实验项目,构建了科学的发酵工程实验教学体系。结果表明该实验教学体系教学效果良好。学生的操作能力显著提高。为强化发酵工程教学,探索产学研联合培养模式将成必然。     

刊首语

手性生物制造是以生物、化学、工程及信息等多学科的交叉为手段,以手性医药、农药、材料等产品的高质量合成为目标,以绿色高效和高选择性为特征,以结构生物学、合成生物学、反应工程学及系统工程理论等为技术支撑,为手性化学品的高效清洁生产提供创造性设计思想和新型科学方法。手性化学品合成占据整个化学品制造领域的核心地位;手性生物制造是化学品绿色制造的必然趋势。     

应用创新技术，推动生物医药产品生产——国家生化工程技术研究中心（上海）主任张嗣良教授访谈

张嗣良教授,华东理工大学生物工程学院博士生导师,国家生化工程技术研究中心（上海）主任,生物反应器工程国家重点实验室学术委员会副主任。从事微生物药物,轻工食品等发酵产品的工程化生产研究40多年,形成了一套以多尺度参数相关分析为基础的发酵优化与放大方法和装备研究体系,     

Fermentation trip: amazing microbes,amazing metabolisms

Fermentation has been applied to many areas of human life, including industrial production, sewage treatment, and environment management. By understanding the process and mechanism of fermentation, more comprehensive and profound cognition of the fermentation may be established to lay a foundation for our further research. In this review, we present a brief summary of recent research about fermentation and microorganisms in different territories, including foods, environment, and human health. According to the growth characteristics of different stages of microorganisms, we introduced a series of metabolic changes, fermentation mechanism, and regulation methods and how the enzymes were transported out of the cell. With further understanding and utilization of microorganisms, food can produce better flavor, nutrition, and functional metabolites through fermentation. Fermentation is also used in other industries, such as wastewater and garbage disposal, environment, and soil management. The human gut flora, in particular, has begun to receive more attention. The profound influence of microorganism on human health cannot to be underestimated. It has become a hot research area in recent years. We can get the metabolites we want by controlling the rate of fermentation and regulate the direction of fermentation. As one of the important components of modern biotechnology, fermentation engineering has been widely used in areas including food, pharmaceutical, energy, chemical industries, and environmental protection. The development of genetic engineering has brought new vitality to fermentation engineering. The application of modernization, automation and artificial intelligence technology also opens up new space for fermentation engineering. In addition, research on the understanding and regulation of metabolic mechanism has further developed the fermentation function of microorganisms.     

新工科背景下高校生物安全人才培养体系建设北大核心CSCD

近年来,全球生物安全形势日趋严峻,重大传染病疫情、生物技术误用和谬用、生物武器等生物安全威胁不断显现,生物安全已跃升为我国国家安全的重要组成部分;而与此同时,生物安全作为一门新兴的交叉型学科,其教育体系的建立与完善还处于起步阶段。受国内外生物安全形势、生物安全产业发展以及国家安全学学科设立的影响,凸显了我国在生物安全这一交叉领域的人才储备的短板和不足。尤其在新工科建设背景下,更加显现出生物安全人才培养的重要性。本文根据作者在实际教学中的经验,从建立交叉融合课程体系、构建创新性教学模式、探索通识教育改革方案和完善持续改进机制等几个方面,系统介绍了新工科背景下完善生物安全领域人才体系的具体措施。     

新时代背景下创新型专业人才培养模式的探索及实践

创新是推动经济发展和社会进步的重要途径。近年来,生物科学发展迅速,在国家政策支持和人才市场需求下,培育创新型生物类人才是回应社会需求及创新型国家建设的重要举措。本文以浙江师范大学针对生物科学专业实施的创新型生物科学专业人才培养模式为例,从几个方面系统地进行介绍,即以专业导师制的实施为基础,依托项目竞赛和实践平台开展课程教学改革,推进产学研的协同育人。此培养模式在实践中取得了积极的成效,促进了生物科学专业创新型拔尖人才的培养,同时对同类专业的人才培养改革发挥了示范引领作用。     

中国科学院工业生物技术发展路径

随着工程生物学、基因编辑等共性技术的快速发展,工业生物技术领域的颠覆式创新在低碳合成、未来食品、药物开发等工业生物技术领域不断取得颠覆式创新,支撑了生物产业高质量创新发展。工业生物技术正在为变革传统工业制造模式,构建碳中性工业制造路线形成重要科技支撑。本文从战略规划、创新机构、人才建设、基础研究、科技创新、产业推进等方面系统介绍了中国科学院在工业生物技术领域的整体安排、建制化研发与科技进展,并提出了加快工业生物技术发展的建议。     

基于工程教育认证的“发酵工程”课程教学设计与实践

"发酵工程"是生物工程专业的核心主干课程,实践性和应用性较强。基于工程教育认证的产出导向理念,设定了"发酵工程"合理具体的课程目标,聚焦学生的工程知识掌握及问题分析、工程设计及研究能力培养。针对不同课程内容模块,以课程目标达成为导向,对教学内容及方法、教学设计与实施过程进行整合并优化,采用了多元化、注重课程形成性评价的考核方式。构建了课程目标达成评价模式,形成了"设计—实施—考核—评价—改进"闭环运行的课程质量保障体系。课程教学改革有效提高了学生理解、分析、设计、研究发酵工程问题的能力,增强了学生的科研兴趣和创新能力。     

乳酸菌的基因组编辑技术研究进展

乳球菌(Lactococcussp.)和乳杆菌(Lactobacillussp.)是工业上常用的乳酸菌(lacticacid bacteria,LAB),长期应用于食品和饮料的发酵。近年来,随着分子操作及遗传改造技术的不断完善,推动了乳球菌和乳杆菌的基础和应用研究,其作为功能菌株和工业微生物细胞工厂的重要潜能也不断突显出来。本文综述了工业常用乳酸菌的基因组编辑技术研究进展,着重介绍了基于整合质粒的敲除、敲入,基于基因组重组工程的精细修饰和敲除、敲入,以及基于成簇的规律性间隔的短回文重复序列及其相关蛋白9[(clusteredregularlyinterspacedshortpalindromicrepeats(CRISPR)/CRISPR-associated nuclease9 (Cas9), CRISPR/Cas9]系统的基因组编辑技术。     

微生物过氧化氢酶的发酵生产及其在纺织工业的应用

微生物过氧化氢酶是一种重要的工业酶制剂,可以催化分解过氧化氢生成水和氧气。这一酶制剂在食品、纺织、医药等领域表现出广泛的应用潜力。生物工程和基因工程技术的进步推动了微生物过氧化氢酶的发酵生产。以下综述了微生物过氧化氢酶发酵生产的进展及其在纺织工业中的应用,同时讨论了微生物过氧化氢酶的发酵生产和纺织工业应用的未来趋势。     

微生物发酵生产丁二酸研究进展

丁二酸是微生物三羧酸循环中重要的代谢中间产物,广泛用于生物高分子、食品与医药等行业,市场潜在需求量巨大。文中从3个方面归纳了国内外生物基丁二酸研究进展：能够过量积累丁二酸的微生物的发现和筛选,产丁二酸工程菌构建中所采用的基因工程策略及代谢工程技术,丁二酸发酵过程控制与优化。最后,讨论了微生物法生产丁二酸今后的研究方向。     

Factors influencing productivity of fermentations employing recombinant microorganisms

Advances in molecular biology and the exploitation of recombinant DNA procedures for the expression of heterologous genes in microbial hosts offer an opportunity to develop fermentation processes more scientifically and less empirically than has been feasible previously. Nevertheless, the highly interdisciplinary nature of the task makes this a complex undertaking. The relationships between microbial physiology and plasmid copy number, plasmid stability, and gene expression are not well documented for host/vector systems and appear to be highly system specific. In an effort to account for these complex biological interactions which can exceed our intuitive capabilities, mathematical models have been designed to aid in process analysis and development activities. Fermentation strategies based on certain physiological assumptions are beginning to be reported for recombinant systems. Representative efforts in these areas indicate the broad scope of considerations involved in developing fermentation processes for recombinant microorganisms and the opportunities for further research in this field.