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大肠杆菌全细胞催化产α-熊果苷的研究

食品与发酵工业 2024年

作者：吴涵毛银周胜虎邓禹江南大学粮食发酵与食品生物制造国家工程研究中心江南大学生物工程学院

α-熊果苷是二十一世纪理想的皮肤美白祛斑活性剂。当前，α-熊果苷的合成主要依赖酶催化或微生物发酵，由于产品价格昂贵，市场供不应求。因此，进一步提高α-熊果苷的产量有望降低生产成本和产品价格。该研究通过在大肠杆菌中异源表... 详细信息

α-熊果苷是二十一世纪理想的皮肤美白祛斑活性剂。当前，α-熊果苷的合成主要依赖酶催化或微生物发酵，由于产品价格昂贵，市场供不应求。因此，进一步提高α-熊果苷的产量有望降低生产成本和产品价格。该研究通过在大肠杆菌中异源表达肠膜明串珠菌的蔗糖磷酸化酶(SPase)，实现了全细胞催化产α-熊果苷的目标。随后，系统地分析了诱导温度、培养基类型、异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(isopropyl-beta-D-thiogalactopyranoside，IPTG)浓度、诱导OD600、接种量及诱导后培养时间对SPase的酶活性和表达水平的影响。在最佳产酶条件下全细胞催化显著提高了α-熊果苷的产量，总产量达到158.8 g/L，转化率为86.8%。为进一步提高全细胞催化次数，建立了固定化细胞技术并优化了催化过程参数，最终在14次循环催化后累计产量达到323.9 g/L，为α-熊果苷的工业化生产提供了技术参考。

关键词： α-熊果苷蔗糖磷酸化酶大肠杆菌固定化细胞技术对苯二酚

基于张量化微结构表征的筏化镍基单晶高温合金疲劳寿命评估

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力学学报 2024年第7期56卷 2029-2050页

作者：罗诚袁荒清华大学航天航空学院北京100084 清华大学航空发动机研究院北京100084

镍基单晶高温合金的微观组织在长时高温服役下会发生粗化和筏化等微结构演化,导致力学性能衰减,影响航空发动机的服役寿命.文章研究了粗化和筏化镍基单晶DD6合金的低周疲劳行为,通过高温热暴露和预蠕变处理分别制备了粗化和筏化合金,针... 详细信息

镍基单晶高温合金的微观组织在长时高温服役下会发生粗化和筏化等微结构演化,导致力学性能衰减,影响航空发动机的服役寿命.文章研究了粗化和筏化镍基单晶DD6合金的低周疲劳行为,通过高温热暴露和预蠕变处理分别制备了粗化和筏化合金,针对具有不同微结构状态的合金开展了980℃下的等温低周疲劳试验,发现粗化和筏化合金的疲劳寿命相比初态合金显著下降.基于电子扫描显微镜和光学显微镜对试件断口表面进行了微观表征,揭示了筏化组织对低周疲劳损伤机理的影响.裂纹扩展路径受微结构状态影响,相比初态合金,粗化和筏化合金中I型微裂纹会更早发生偏折,沿晶体学面扩展而导致更早的疲劳失效.基于组构张量及其张量分解方案对合金的微结构进行了量化表征,提取了微结构的特征参数,进一步提出了一种新的微结构敏感的等温疲劳寿命预测模型.通过分别关联γ-基体相和γ′-强化相组构张量的独立分量,解耦了粗化和筏化对寿命的影响.在新模型中,γ/γ′微结构形态对低周疲劳的影响得到了较好描述,预测结果的准确性和保守性得到了显著提高.研究结果可为工程中镍基单晶涡轮叶片的强度设计和寿命评估提供理论指导.

关键词：单晶合金张量化表征筏化疲劳寿命评估

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酿酒酵母肌醇转运蛋白突变体的构建及其在葡萄糖二酸合成中的应用

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微生物学通报 2024年

作者：左方雨赵运英邓禹江南大学生物工程学院江南大学粮食发酵与食品生物制造国家工程研究中心

【背景】酿酒酵母自身具有高亲和力的肌醇转运蛋白Itr1，前期构建的酿酒酵母工程菌在合成葡萄糖二酸时可通过Itr1蛋白对外源肌醇进行转运。但肌醇会诱导Itr1蛋白的降解，因此对外源肌醇的低转运效率限制了葡萄糖二酸产量的进一步提高。... 详细信息

【背景】酿酒酵母自身具有高亲和力的肌醇转运蛋白Itr1，前期构建的酿酒酵母工程菌在合成葡萄糖二酸时可通过Itr1蛋白对外源肌醇进行转运。但肌醇会诱导Itr1蛋白的降解，因此对外源肌醇的低转运效率限制了葡萄糖二酸产量的进一步提高。【目的】研究肌醇转运蛋白Itr1的N端和C端潜在的泛素化位点-赖氨酸残基突变对该蛋白降解的影响，并进一步分析这些突变体对酿酒酵母细胞摄取胞外肌醇能力和葡萄糖二酸生物合成的影响。【方法】使用融合PCR方法将不同基因元件进行融合，得到用于基因组整合的片段。再通过同源重组在酿酒酵母基因组上整合这些片段，分别构建含Itr1突变体、含Itr1和绿色荧光蛋白(green fluorescent protein， GFP)融合蛋白的工程菌。通过荧光显微镜观察确定融合蛋白的膜定位情况，高效液相色谱(HPLC)方法检测葡萄糖二酸的合成情况，转录组测序和实时荧光定量PCR方法检测胞内基因转录水平的变化。【结果】通过构建Itr1蛋白与GFP的融合蛋白进行荧光定位观察和统计分析，发现了C端突变对Itr1蛋白降解具有明显的弱化作用，在发酵条件下，N端突变菌株中Itr1蛋白膜定位完整的细胞比例在短期内也有所增加。摇瓶发酵过程中N端突变菌株的葡萄糖二酸产量和菌体生物量较对照菌株都明显提高。进一步发现N端突变菌株中基因ino1、inm1被上调，pis1的表达被下调，提高了胞内肌醇的积累并促进了肌醇流向葡萄糖二酸合成的代谢流。在此基础上，进一步进行发酵条件优化，葡萄糖二酸产量达到3.30 g/L，较对照菌株提高了95.3%。【结论】本研究确定了C端突变对肌醇转运蛋白Itr1降解的弱化作用，并发现N端突变可以促进葡萄糖二酸产量的提高，为深入研究肌醇利用以及进一步提高葡萄糖二酸产量奠定了理论基础。

关键词：酿酒酵母葡萄糖二酸肌醇肌醇转运蛋白荧光定位

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生香酵母生物转化法合成2-苯乙醇的研究

食品与发酵工业 2024年

作者：王晴毛银赵运英邓禹江南大学粮食发酵与食品生物制造国家工程研究中心江南大学生物工程学院

2-苯乙醇是一种具有玫瑰香味的芳香族醇，被广泛应用于食品、日化和医药等领域中。该研究利用从发酵酱醪中筛选出的一株野生型生香酵母-贝酵母，通过生物转化方法探索了该生香酵母合成2-苯乙醇的能力。通过优化反应体系中葡萄糖、底物L... 详细信息

2-苯乙醇是一种具有玫瑰香味的芳香族醇，被广泛应用于食品、日化和医药等领域中。该研究利用从发酵酱醪中筛选出的一株野生型生香酵母-贝酵母，通过生物转化方法探索了该生香酵母合成2-苯乙醇的能力。通过优化反应体系中葡萄糖、底物L-苯丙氨酸、无氨基酵母氮源及其他无机盐等成分构建生物转化体系，建立了适用于该生香酵母生产2-苯乙醇的转化方法。实验结果显示，该生香酵母转化48 h后2-苯乙醇的产量最高，为2.89 g/L。在此基础上，进一步优化了转化体系中碳源、氨基受体 α-酮戊二酸和离子混合营养液的浓度，2-苯乙醇的浓度提高了67%。最后，通过优化转化体系的pH、温度和溶氧等条件使得2-苯乙醇的质量浓度达到了6.05 g/L，较初始转化条件提高了109%。该方法所获2-苯乙醇不仅具有天然产物的属性和安全性，且其产量和转化率高，工艺也具有周期短和成本低的特点，具有很好的应用前景。

关键词：生香酵母生物转化 2-苯乙醇 L-苯丙氨酸

重组大肠杆菌透性化处理高效合成1，4-丁二胺

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食品与发酵工业 2024年

作者：丁博刘伟毛银李国辉邓禹江南大学生物工程学院江南大学粮食发酵与食品生物制造国家工程研究中心淮北矿业绿色化工新材料研究院有限公司

1，4-丁二胺主要用于耐高温尼龙PA46的制备，然而其化学合成主要利用剧毒的氢氰酸和丙烯腈为原料，技术壁垒较高，目前主要被荷兰帝斯曼公司所垄断。针对丁二胺发酵法合成产量和产率较低的问题，该研究基于精氨酸到丁二胺的生物催化路... 详细信息

1，4-丁二胺主要用于耐高温尼龙PA46的制备，然而其化学合成主要利用剧毒的氢氰酸和丙烯腈为原料，技术壁垒较高，目前主要被荷兰帝斯曼公司所垄断。针对丁二胺发酵法合成产量和产率较低的问题，该研究基于精氨酸到丁二胺的生物催化路线，通过透性化细胞处理提升物质的传输效率，并结合工程菌株培养和催化过程强化来提升丁二胺的合成能力。结果表明，乙醇透性化处理可显著解除传质限制，相比对照丁二胺产量提升50%以上达到14.92 g/L，在此基础上，确定了菌体的最优培养条件和最优催化工艺，在该条件下进行催化，丁二胺产量达到已有报道的最高水平88.67 g/L，摩尔转化率为0.81 mol/mol，生产效率为2.46 g/(L·h)，为后续丁二胺的生物法开发利用奠定基础。

关键词：丁二胺全细胞催化优化生物合成透性化细胞

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己二酸生物合成的途径改造以及发酵条件优化

食品与发酵工业 2024年第3期50卷 38-44页

作者：支睿李国辉毛银邓禹江南大学粮食发酵与食品生物制造国家工程研究中心江苏无锡214122 江南大学生物工程学院江苏无锡214122

逆己二酸降解途径因可用于己二酸合成受到了广泛的关注,但因其代谢途径较长、途径基因表达不平衡,难以对其异源的表达进行调控。因此,该研究将逆己二酸降解途径模块化,更换各模块的启动子以实现该途径在底盘细胞中表达水平的调控,从而... 详细信息

逆己二酸降解途径因可用于己二酸合成受到了广泛的关注,但因其代谢途径较长、途径基因表达不平衡,难以对其异源的表达进行调控。因此,该研究将逆己二酸降解途径模块化,更换各模块的启动子以实现该途径在底盘细胞中表达水平的调控,从而提高己二酸产量。利用己二酸生物传感器开展高通量筛选验证,获得最优组合模块菌株己二酸产量达到120.66 mg/L,提高至对照的8.35倍。通过理性分析确定了合成途径关键酶,最终实现了异源基因的有效表达调控。在此基础上,开展发酵条件优化,己二酸产量达到240.49 mg/L,较对照提高了16.65倍。该研究通过模块化改造,协调平衡异源途径基因表达,为己二酸生物合成研究提供了新思路。

关键词：己二酸组成型表达逆己二酸降解途径高通量筛选模块化改造

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生物基1，6-己二醇的全细胞催化及其过程强化

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食品与发酵工业 2024年

作者：李沂馨毛银刘伟李国辉邓禹江南大学生物工程学院江南大学粮食发酵与食品生物制造国家工程研究中心淮北矿业绿色化工新材料研究院有限公司

1，6-己二醇广泛应用于聚酯多元醇和UV固化材料等领域，然而传统化学合成主要被国外垄断，技术壁垒较高，碳中和背景下生物基己二醇的制备得到了广泛的关注。该研究旨在利用生物基己二酸为原料，通过元件适配组装在大肠杆菌中构建高效... 详细信息

1，6-己二醇广泛应用于聚酯多元醇和UV固化材料等领域，然而传统化学合成主要被国外垄断，技术壁垒较高，碳中和背景下生物基己二醇的制备得到了广泛的关注。该研究旨在利用生物基己二酸为原料，通过元件适配组装在大肠杆菌中构建高效的己二醇合成路径，并结合发酵强化以提高生物基1，6-己二醇产量及其转化率。通过挖掘醛酮还原酶同工酶，并与来源于Mycolicibacterium smegmatis MC2 155的羧酸还原酶进行适配组装，构建最优发酵工程菌株，相较原始菌株，1，6-己二醇的产量提高了6.4倍达到61.8 mg/L。在此基础上，开展发酵强化研究，确定了最优条件为TB培养基、底物质量浓度10 g/L、诱导时间2.5 h、初始糖质量浓度8 g/L，此时1，6-己二醇的产量达到818.16 mg/L，相较于初始菌株提高了84.7倍，转化率达到85%。该研究为1，6-己二醇的生物合成提供了新的思路。

关键词： 1,6-己二醇生物法合成羧酸还原酶醛酮还原酶发酵优化

大肠杆菌发酵低廉生物质产乙醇酸及其分离纯化研究

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食品与发酵工业 2024年第3期50卷 21-29页

作者：胡成杰毛银李国辉邓禹江南大学粮食发酵与食品生物制造国家工程研究中心江苏无锡214122 江南大学生物工程学院江苏无锡214122

碳中和背景下全生物基乙醇酸得到了广泛的关注,但其高昂发酵成本、匮乏的下游分离纯化工艺研究,限制了后续的工业生产应用。该研究以重组大肠杆菌为对象,采用统计学方法在摇瓶水平上对发酵培养基成分进行优化,并基于5 L发酵罐进行初步... 详细信息

碳中和背景下全生物基乙醇酸得到了广泛的关注,但其高昂发酵成本、匮乏的下游分离纯化工艺研究,限制了后续的工业生产应用。该研究以重组大肠杆菌为对象,采用统计学方法在摇瓶水平上对发酵培养基成分进行优化,并基于5 L发酵罐进行初步放大验证和下游分离纯化研究。最终利用低廉的玉米芯水解液等成分,摇瓶水平乙醇酸产量达到4.77 g/L,较初始培养基提高2.58倍;5 L罐乙醇酸产量达42 g/L,提高至优化前的1.4倍;通过初步的生物分离纯化,成功获得生物基乙醇酸,晶体纯度达到99.3%,符合市售标准要求。该研究通过发酵培养基优化、5 L发酵罐放大验证以及下游生物分离纯化,初步构建了生物基乙醇酸的低成本生产体系,为生物基乙醇酸的工业化生产应用奠定基础。

关键词：乙醇酸大肠杆菌发酵优化分离纯化工艺优化

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基于激光诱导击穿光谱的硅橡胶胶含量检测

高电压技术 2024年第4期50卷 1684-1693页

作者：何永琪邓禹田亮王希林贾志东清华大学深圳国际研究生院深圳复杂滨海环境电力装备可靠性工程实验室深圳518055 中国电力科学研究院有限公司北京100192 西藏羊八井高海拔电气安全与电磁环境国家野外科学观测研究站西藏851517

硅橡胶胶含量不仅能够反映复合绝缘子的老化状态,而且可以反映其产品质量。测定胶含量对于复合绝缘子运维以及入网前的质量监测具有重要意义,但目前缺乏一种高效、准确的硅橡胶复合绝缘子胶含量现场原位检测手段。为此基于激光诱导击穿... 详细信息

硅橡胶胶含量不仅能够反映复合绝缘子的老化状态,而且可以反映其产品质量。测定胶含量对于复合绝缘子运维以及入网前的质量监测具有重要意义,但目前缺乏一种高效、准确的硅橡胶复合绝缘子胶含量现场原位检测手段。为此基于激光诱导击穿光谱技术,探究了硅橡胶胶含量的光谱表征手段。以11种不同配方的高温硫化硅橡胶样品为研究对象,分别建立了Al、Si原子谱线强度,等离子体温度以及Si离子原子谱线强度比与硅橡胶胶含量之间的线性定标模型,其中等离子体温度的拟合优度最高为0.9114,SiⅠ390.55 nm谱线强度的拟合优度最低为0.4857。最终,选取了AlⅠ394.40 nm、AlⅠ396.15 nm、SiⅠ390.55 nm谱线强度作为自变量,建立了胶含量的多元线性定标模型,预测结果拟合优度可达0.9884。

关键词：硅橡胶胶含量激光诱导击穿光谱多元线性回归定量分析

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