酿酒酵母异源合成柠檬烯的研究进展

植物萜类化合物是以异戊二烯为结构单位的一大类植物天然的次生代谢产物。柠檬烯属于单萜类化合物,具有抑菌、增香、抗癌、止咳、平喘等多种功能,因此在食品、药品、化妆品、医疗等领域具有广泛的应用前景。目前柠檬烯的生产主要是从植物中提取,受到季节性原材料、产物分离纯化复杂、产率低等因素的限制,而化学合成又存在能耗高、污染严重等缺点。随着合成生物学技术的兴起,诞生了以微生物生物合成法生产柠檬烯的新方法,该方法具有能耗低、绿色环保、可持续等优势。然而微生物法合成柠檬烯也存在低产量、低效率等问题,这就限制了其商业化,因此构建高效的异源合成柠檬烯微生物细胞工厂,实现微生物发酵法替换传统的植物提取法,具有重要的经济与社会效益。本文主要回顾了近几年利用代谢工程改造酿酒酵母异源合成柠檬烯取得的成就,阐述了以酿酒酵母作为底盘微生物,利用代谢工程和合成生物学的手段构建高产柠檬烯的合成策略,还讨论了如何减轻柠檬烯对宿主细胞的毒性和提高宿主对柠檬烯的耐受性。     

柠檬烯微生物转化及其相关酶的研究进展

柠檬烯是一种重要的功能性单萜,被广泛应用于医药、化妆品、农业和食品等行业中。但柠檬烯的化学性质不稳定,香气值较低,所以其应用受到一定的局限性。而具有与柠檬烯相同骨架的含氧单萜芳香化合物,如α-松油醇、紫苏醇、香芹醇等,不仅具有独特的芳香气味,是高级香精香料的原料,而且还具有较高的经济价值和药理作用。利用微生物法制备的含氧单萜可以被认为是"天然的"。微生物转化法拥有反应条件温和、高效、环保及立体选择性强等优势,已经成为生产天然香料的重要方法。本文对柠檬烯的微生物转化产物作了简要概述,重点介绍了近年来柠檬烯微生物转化的相关研究,进一步总结了柠檬烯微生物转化涉及到的相关酶,尤其是细胞色素P450酶、羟化酶等。最后概述了微生物转化实现工业化的研究方向。     

谷氨酸棒杆菌细胞工厂构建与应用的研究进展

谷氨酸棒杆菌作为工业生产氨基酸的一种核心菌株,已被开发成为能利用可再生原料生产多种有价值的天然或非天然化学品的多功能微生物细胞工厂。该文针对近年来谷氨酸棒杆菌细胞工厂的构建新技术与应用领域,首先综述了构建谷氨酸棒杆菌细胞工厂的新型诱变、高通量筛选及基因编辑技术,其次介绍了工程改造后的微生物细胞工厂高效合成有机酸、生物燃料和萜类化合物的应用,最后列举了高效的微生物细胞工厂利用可再生原料生产高附加值产品的经典实例,以期为扩展谷氨酸棒杆菌产物谱和底物谱的研究提供参考。     

微生物利用无机氮生产有机氮

在追求美好生活的新时代,全社会对食用蛋白的需求日益多元化、差异化和个性化。人口持续增长和生活水平的不断提升,迫切需要开发大规模、低成本、可持续、高质量的蛋白生产方式。随着合成生物学、代谢工程等新兴生物技术的发展,工程化改造微生物细胞,构建微生物细胞工厂,以可再生资源为原料,绿色高效合成氨基酸和微生物蛋白,为高品质蛋白可持续供给提供一条有前景的绿色发展路线。本文综述向自然界要铵,向微生物要氨基酸,向微生物要蛋白的研究进展,为将来更好地利用微生物细胞工厂生产氨基酸与蛋白质提供参考。     

大肠杆菌代谢工程生产芳香族化合物研究进展

芳香族化合物广泛应用于化工、食品及医药等领域,多来自于化工合成或天然产物提取。天然微生物也具有合成芳香族化合物的能力,以维持自身生命活动代谢需求,但其积累能力较低。近几年利用代谢工程的方法对微生物特别是大肠杆菌进行途径优化、设计、改造等方法在提高其芳香族化合物的发酵产量方面取得了显著成效,并且创新地生产出多种有价值的芳香族衍生物。这些研究成果对于未来以合成生物学和细胞工厂为基础利用可再生资源进行工业生物制造,解决化石能源危机和天然产物提取等问题具有重要意义。     

微生物合成乳酸的细胞工厂构建研究进展

乳酸目前广泛应用于食品、医疗和化妆品行业,并因其作为可生物降解塑料聚乳酸的原料而备受关注。微生物发酵合成乳酸具有光学纯度高和底物成本低等优点,因此,研究人员利用合成生物学和代谢工程技术构建了新型微生物细胞工厂,以实现乳酸的高效合成。在此过程中,代谢通路的构建与优化、氧化还原平衡的调节、底物谱的拓宽以及细胞工厂鲁棒性的提高等方面是需要考虑的关键问题。文章详细介绍了微生物合成乳酸的细胞工厂构建研究进展,并对当前面临的挑战和未来的研究方向进行了探讨,旨在为工业微生物高效合成乳酸提供借鉴。     

乳酸克鲁维酵母作为微生物细胞工厂的应用研究进展

乳酸克鲁维酵母（Kluyveromyces lactis）是一种典型的非常规酵母,在微生物基础研究和应用研究方面都有着非常重要的用途。该酵母具有食品安全级别高、蛋白分泌能力强、整合表达能力高效及大规模发酵能力优异等特点,因此,工业应用前景较为广阔。目前,乳酸克鲁维酵母作为蛋白表达系统已在食品和医药等行业中得到了广泛应用。近年来,国内外生物技术领域的科研人员以乳酸克鲁维酵母作为底盘细胞,利用合成生物学技术已经成功构建出了能够生产各种生化产品的微生物细胞工厂,该技术展示出了极大的发展潜力。本文主要对乳酸克鲁维酵母的菌种特点、合成生物学元件、遗传操作工具、基因编辑策略进行介绍,并综述乳酸克鲁维酵母作为细胞工厂的应用研究进展,可以为今后利用合成生物学方法在乳酸克鲁维酵母底盘中构建生产各种高附加值产品的高效微生物细胞工厂提供理论指导。     

微生物代谢工程在花色苷生产过程中的应用现状和前景

随着微生物代谢工程技术在合成生物学等领域的广泛应用,该技术已被用于提取多种植物天然产物。花色苷是一种水溶性天然色素,能使花和果实着色,已被广泛应用于食品和化妆品行业。目前,花色苷主要从植物材料中提取,但是提取的花色苷具有纯度低和性质不稳定等缺点,因此利用微生物代谢工程技术替代传统方法提取花色苷具有重要意义。本文阐述了工程菌合成花色苷的研究进展,对酶的选择、运输调节、尿嘧啶核苷-5’-二磷酸葡萄糖供应量的调控以及工艺优化等方面进行综述。对花色苷合成代谢途径的了解将为实现微生物生产花色苷的产业化提供重要信息。     

解脂耶氏酵母作为微生物细胞工厂的应用研究进展

解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）是一种重要的工业微生物菌种，被公认为食品级安全微生物。近年来，随着合成生物学和基因编辑技术的快速发展，科学家们利用合成生物学及基因编辑技术已经成功构建出了能够生产生物化学品、生物燃料、香料、药物、工业酶和药用蛋白等多种高附加值工业产品的解脂耶氏酵母细胞工厂，使得该酵母在食品、药品和生化能源等领域均具有巨大的应用潜力。本文将重点介绍解脂耶氏酵母表达系统、合成生物学元件和基因编辑方法的最新研究进展和应用情况，并对近年来以解脂耶氏酵母作为微生物细胞工厂生产高附加值产品的应用实例进行总结，希望为研究人员进一步利用解脂耶氏酵母进行底盘细胞设计、构建和优化相关合成途径并最终实现目的产物的高效合成提供有用的信息。     

虾青素的功能及其微生物工程菌构建研究进展

虾青素是一种抗氧化能力超强的类胡萝卜素,在保健品、食品添加剂、化妆品、医药等方面具有广阔的市场需求。微生物生长速度快,生长需要的营养物质相对于虾青素来说非常便宜,因此科研工作者采用代谢工程手段构建工程菌来生产虾青素。该文综述虾青素的功能及其应用、虾青素来源、虾青素合成途径及利用合成生物学提高微生物积累虾青素的方法,以期为相关科研人员进一步高效合成虾青素提供思路。     

单萜烯物质检测方法建立及自选酵母KDLYS9-16对单萜烯产生的影响

采用液液萃取法结合气相色谱氢火焰离子检测器建立一种可同时检测葡萄酒中13种游离态单萜烯类物质的方法,并采用所建方法检测了商品菌SC和自选菌KDLYS9-16两种酿酒酵母发酵的河北省沙城和昌黎2个产区的赤霞珠和美乐葡萄酒中的单萜烯类物质。结果显示,方法的R2为0.996 7~0.999 3,检出限为0.580~1.073 mg/L,相对标准偏差为0.58%~3.18%,回收率为89.98%~107.34%。4种葡萄酒中的单萜烯类物质质量浓度都比发酵前的葡萄汁中高,尤以采用自选高产β-D-葡萄糖苷酶酿酒酵母KDLYS9-16发酵的昌黎产区赤霞珠干红葡萄酒中最高,达到2.855 mg/L,比葡萄汁中增加约3.1倍。赤霞珠葡萄及葡萄酒中单萜烯物质质量浓度比美乐葡萄高,沙城产区的2种葡萄汁中单萜烯类物质质量浓度比昌黎的高,选用不同菌种发酵的葡萄酒中单萜烯物质质量浓度和种类不同。综上,本研究建立方法简单、灵敏性高、重复性好,可用于葡萄及葡萄酒中单萜烯类物质的检测。     

5种不同果色苦瓜果实单萜成分分析

采用顶空固相微萃取(head space solid-phase micro-extractions,HS-SPME)结合气质联用(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)技术,定性及定量分析白色苦瓜(K1)、白绿色苦瓜(K2)、黄绿色苦瓜(K3)、浅绿色苦瓜(K4)、绿色苦瓜(K5)等5种不同果色苦瓜果实中的单萜类物质成分。结果表明:5种不同果色苦瓜果实共检测到29种单萜成分,包括11种单萜醇、9种单萜醛、4种单萜烯、3种单萜酮、1种单萜酯以及1种单萜炔类物质。白绿色苦瓜(K2)果实的单萜物质总含量最高,占挥发物总含量的75.387%;浅绿色苦瓜单萜成分总含量最低,占挥发物总含量的55.57%。检测到桃金娘烯醇在不同果色苦瓜果实挥发物中含量均为最高,超过总挥发物含量的40%,推测桃金娘烯醇为苦瓜果实的特征性香气物质。针对除桃金娘烯醇外的28种单萜成分进行主成分分析:可将单萜类物质划分为两个主成分,累积方差贡献率达到83.073%,第一主成分中贡献率高的单萜类物质为:顺式-桧萜醇、β-环柠檬醛、香叶醛、侧柏酮、香叶醇、α-紫罗兰酮;第二主成分中贡献率高的单萜类物质为:L-紫苏醇、反式-4,5-二环氧(E)-2-癸烯醛、顺式-4,5-二环氧(E)-2-癸烯醛、1α,2α,5α-2-甲基-5-(1-甲基乙烯基)环戊烷甲醛、β-紫罗兰酮。聚类分析可将5种不同果色苦瓜分为两类,第一类为:白色苦瓜(K1)、白绿色苦瓜(K2)、黄绿色苦瓜(K3);第二类为:浅绿色苦瓜(K4)和绿色苦瓜(K5),同一类苦瓜果实中的单萜类物质在组成及含量上具有较高的相似性。     

红曲黄酒传统酿造过程挥发性风味组分及微生物菌群多样性分析

为探究红曲黄酒传统酿造过程中的挥发性风味组分及菌群结构动态变化规律,采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术、主成分分析和正交偏最小二乘法判别分析模型,系统比较传统酿造初期、中期和末期3 个时期酒醅样中的挥发性风味成分,同时运用二代高通量测序技术解析传统酿造过程不同时期的微生物菌群结构。结果表明：红曲黄酒传统酿造过程挥发性风味组分及菌群结构变化显著,优势菌群-挥发性风味组分的Spearman相关性分析发现：红曲黄酒中的挥发性风味物质大多与传统酿造中、末期中的优势菌群呈正相关。研究结果阐明红曲黄酒传统酿造过程中香气组分形成与微生物菌群之间的关系,确定与关键香气组分形成密切相关的微生物类型,为红曲黄酒中功能微生物的分离筛选和发酵调控提供基础数据。     

纳米乳液提升植物精油的抗菌性能及其在食品表面的消毒作用研究进展

食品及其加工设备和环境中的腐败菌和致病菌污染是影响食品质量安全的重要因素, 高效防控这些有害微生物在食品工业中具有重大需求。植物精油不仅具有快速杀菌的作用, 而且不易引发有害微生物对食品加工理化因子产生抗性。然而, 植物精油具有亲脂性和易挥发性等缺点, 限制了其在食品消毒领域的应用。纳米乳液技术可以将植物精油包埋在食品级表面活性剂中, 形成稳定性良好的分散体系, 从而较好地克服植物精油在食品工业中应用的瓶颈问题。因此, 本文综述了植物精油纳米乳液的制备方法、纳米乳液提升植物精油体外和体内抗菌活性的效果、纳米乳液在食品表面的抗菌膜作用, 以期为植物精油纳米乳液用于促进食品质量安全提供不可或缺的依据。     

ADSA Foundation Scholar Award: Trends in culture-independent methods for assessing dairy food quality and safety: Emerging metagenomic tools

Enhancing the quality and safety of dairy food is critical to maintaining the competitiveness of dairy products in the food and beverage market and in reinforcing consumer confidence in the dairy industry. Raw milk quality has a significant effect on finished product quality. Several microbial groups found in raw milk have been shown to adversely affect the shelf life of pasteurized milk. Current microbiological criteria used to define milk quality are based primarily on culture-dependent methods, some of which are perceived to lack the desired sensitivity and specificity. To supplement traditional methods, culture-independent methods are increasingly being used to identify specific species or microbial groups, and to detect indicator genes or proteins in raw milk or dairy products. Some molecular subtyping techniques have been developed to track the transmission of microbes in dairy environments. The burgeoning “-omics” technologies offer new and exciting opportunities to enhance our understanding of food quality and safety in relation to microbes. Metagenomics has the potential to characterize microbial diversity, detect nonculturable microbes, and identify unique sequences or other factors associated with dairy product quality and safety. In this review, fluid milk will be used as the primary example to examine the adequacy and validity of conventional methods, the current trend of culture-independent methods, and the potential applications of metagenomics in dairy food research.     

天然香精香料与生物技术

天然香精香料是高价值的精细化工产品和食品添加剂,但原料来源有限且提取成本高。利用生物技术生产这类产品具有广阔的前景。简述了发酵工程、酶工程、细胞工程和基因工程在香精香料中的应用,并探讨了生物技术在香精香料中的应用前景。     

微生物源类胡萝卜素研究进展

类胡萝卜素对人类身体健康的重要性日益受到人们关注,越来越多的类胡萝卜素功能食品走进市场。为满足人们对类胡萝卜素日益增长的需要,成本低、纯度高、更加安全的微生物源类胡萝卜素产品有逐渐替代化学合成和植物提取产品的趋势。本文对类胡萝卜素在微生物中的分布、资源、生产技术和市场潜力进行综述,为更有效地利用微生物中的类胡萝卜素资源,研发相应的生产技术,向市场提供更安全、质量更好的类胡萝卜素产品提供参考。     

食品微生物新型快速筛查技术研究进展

随着食品微生物安全事件的频发,食品微生物的检测方法要求具有快速、灵敏且准确的特点。目前,市场上的食品微生物快速筛查产品多种多样,但产品性能参差不齐。本文从食品微生物检测的前处理、增菌、富集、分离和检测等环节对国内外已被广泛认可且商业化的微生物快速筛查技术进行综述,为相关研究和产品的开发提供全面的信息。最后对国内外新型微生物快速筛查技术进行展望。     

微生物合成3-甲硫基丙醇的研究现状

3-甲硫基丙醇是一种具有广泛用途的绿色、天然香料物质,也是许多食品的重要香气成分,市场前景良好,需求量逐年上升。该文从3-甲硫基丙醇在食品中的作用、生产方法以及微生物合成3-甲硫基丙醇的研究现状及其代谢途径中的关键酶进行简述,旨在为微生物合成高品质的3-甲硫基丙醇的进一步深入研究提供参考。