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壳聚糖增强纳米纤维素-蒙脱土复合膜的结构与性能

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复合材料学报 2024年第8期41卷 4299-4309页

作者：汪云逸邹楚文尹冉尤政通王海刚东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室哈尔滨150040

利用纤维素和无机物模仿天然贝壳中高度有序的“砖-砂浆”结构制备高强度功能复合材料,是制备绿色包装膜的优秀选择,二者的界面结合是获得理想结构与性能的关键。本文以羧基化纤维素纳米纤维(CNFMG)和蒙脱土(MTM)纳米片制备膜材料,采用... 详细信息

利用纤维素和无机物模仿天然贝壳中高度有序的“砖-砂浆”结构制备高强度功能复合材料,是制备绿色包装膜的优秀选择,二者的界面结合是获得理想结构与性能的关键。本文以羧基化纤维素纳米纤维(CNFMG)和蒙脱土(MTM)纳米片制备膜材料,采用壳聚糖(CS)通过静电作用增强界面结合。研究了CS与CNFMG和MTM之间的静电相互作用对纳米复合材料结构、力学性能和热稳定性的影响。结果表明:复合膜中MTM以纳米片状形态有序地分散于CNFMG网络间。与CNFMG-MTM二元膜相比,CS加入后的三元膜拉伸强度达到119.2 MPa,强度提升1倍;断裂能达到10.9 MJ/m^(3),韧性提升5.4倍。复合膜为半透明状,具有良好的紫外屏蔽性,CS的加入也提升了复合膜的热稳定性。本文的研究结果可为纤维素基珍珠层仿生材料的研究和应用提供思路。

关键词：纳米纤维素蒙脱土壳聚糖复合膜珍珠层结构仿生

利用光驱动的生物杂合系统实现CO_(2)转化生产化学品

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第5期60卷 294-303页

作者：干雅梅柴甜甜张健高聪宋伟吴静刘立明陈修来江南大学生物工程学院工业生物技术教育部重点实验室江苏无锡214122 江南大学生命科学与健康工程学院江苏无锡214122

太阳能作为清洁能源之一,为缓解化石燃料枯竭和温室气体排放等问题提供了一种高效、经济、可持续的解决方案.自然界中的植物和光合微生物通过自身的光合系统收集并转化太阳能,从而生产生物燃料和生物化学品.然而,由于自然光合系统存在... 详细信息

太阳能作为清洁能源之一,为缓解化石燃料枯竭和温室气体排放等问题提供了一种高效、经济、可持续的解决方案.自然界中的植物和光合微生物通过自身的光合系统收集并转化太阳能,从而生产生物燃料和生物化学品.然而,由于自然光合系统存在光吸收范围相对较窄、光生电子在传输过程中易损耗等问题,限制了太阳能到化学品的转化效率.为了解决上述难题,科研人员模仿自然光合作用中的关键部分,探索构建人工光合系统,相关研究引起了广泛关注.本文通过将碲化镉量子点(CdTe QDs)与大肠杆菌(***)相耦合,构建了一种光驱动无机-生物杂合系统(IBPHS),用于捕获太阳能并驱动CO_(2)转化合成高价值化学品.该系统主要由光催化模块和生物催化模块组成.在光催化模块中,通过生物合成CdTe QDs进行光能捕获,并将其转化为电子.通过敲除***的Cd2+外排蛋白(ZNTA)编码基因,实现了***胞内Cd2+过量积累.通过“时空耦合”方式,并借助共聚焦显微镜、高分辨率透射电镜和X射线能谱分析,确认了CdTe QDs在***胞内的组装合成.利用紫外-可见分光光度计研究了光催化模块对光子的吸收能力.结果表明,光催化模块的吸收峰位于400-420 nm.利用瞬时光电流,评估了光催化模块的光生电子能力.实验发现,该模块可以产生0.07μA光电流,表明完成了光催化模块的构建.在生物催化模块中,将光催化模块产生的电子用于还原NAD+再生NADH.采用NADH生物传感器,分析了***胞内NADH含量,结果表明,在蓝光照射下***胞内NADH含量比黑暗条件下提高了5.1倍.在此基础上,通过表达NADH依赖型乳酸脱氢酶(LDH)将丙酮酸还原为乳酸,在蓝光光照下乳酸积累量达到了0.44 g/L,而黑暗条件下无乳酸积累,从而验证了生物催化模块的有效性.基于光催化模块和生物催化模块,进一步组装构建了IBPSH,用于驱动CO_(2)还原合成甲酸和丙酮酸.在蓝光照射下,IBPHS能够合成0.65 g/L甲酸和0.18 g/L丙酮酸,其CO_(2)利用速率分别达到51.98 mg/gDCW/h和21.92 mg/gDCW/h,超过了光合细菌.综上所述,本文利用光催化模块与生物催化模块相耦合的方式,组装构建了一种新型的人工光合系统,实现了光驱动CO_(2)还原合成高附加值化学品,为理性设计材料-生物杂合系统提供了借鉴,同时也为挖掘绿色生物制造潜力、开发太阳能化学制造平台提供参考.

关键词：人工光合系统 CO_(2)利用光能转换 CdTe生物合成 NADH再生

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发酵过程优化提高毕赤酵母合成血红素

食品与发酵工业 2024年

作者：李怿韬曾伟主唐蕾江南大学生物工程学院江南大学工业生物技术教育部重点实验室

血红素(heme)是一种卟啉衍生物，是血红蛋白的重要组成部分，在氧气运输以及电子传递链中有着重要作用。该研究以一株具有血红素高生产能力的毕赤酵母(Pichia pastoris)为出发菌株，在5 L发酵罐上，从pH、亚铁离子添加量、温度和溶氧水... 详细信息

血红素(heme)是一种卟啉衍生物，是血红蛋白的重要组成部分，在氧气运输以及电子传递链中有着重要作用。该研究以一株具有血红素高生产能力的毕赤酵母(Pichia pastoris)为出发菌株，在5 L发酵罐上，从pH、亚铁离子添加量、温度和溶氧水平等方面进行发酵条件优化，提高其积累血红素的水平。最后，对发酵条件最优的一组结果进行了生长动力学和生产动力学的模拟。结果表明，当控制pH值为4时最有利于血红素的生产积累，每日添加2 mL FeSO4·7H2O溶液(100 mg/L)时即可满足毕赤酵母生产血红素时对亚铁离子的需求，血红素产量达到160.1 mg/L。应用毕赤酵母甲醇补料发酵过程常用的降低温度提高蛋白表达水平的策略在甘油补料发酵生产血红素过程并未发挥预期作用，血红素产量反而降低。另外，对比不同溶氧水平发现，提高溶氧对提高血红素的积累效果不明显，但是能有效改善菌体的生长状况。最后，通过动力学模型拟合发现，发酵过程中血红素的积累与细胞生长是耦合的。研究成果为促进发酵法生产血红素的工业化提供了一些借鉴意义。

关键词：毕赤酵母血红素发酵优化动力学模型补加甘油

环糊精葡萄糖基转移酶催化莱鲍迪苷A糖基化短链产物特异性研究

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食品与发酵工业 2024年

作者：樊朝悦倪晔刘思言韩瑞枝江南大学生物工程学院江南大学工业生物技术教育部重点实验室

莱鲍迪苷A（rebaudioside A， RA）是从甜叶菊中提取的一类低热量甜味剂，被认为是理想的蔗糖替代品，但其令人不愉快的后苦味限制了其在食品领域的应用。对RA进行适度酶法糖基化被认为是减缓其后苦味有效的方法之一。环糊精葡萄糖基转... 详细信息

莱鲍迪苷A（rebaudioside A， RA）是从甜叶菊中提取的一类低热量甜味剂，被认为是理想的蔗糖替代品，但其令人不愉快的后苦味限制了其在食品领域的应用。对RA进行适度酶法糖基化被认为是减缓其后苦味有效的方法之一。环糊精葡萄糖基转移酶（cyclodextrin glucosyltransferase， CGTase）是目前催化RA糖基化最常用的酶，其主要缺点是反应生成的产物复杂多样，尤其是长链糖基化产物的占比较高，严重影响了产物的口感和品质。该研究探索了不同来源的CGTase催化RA糖基化反应，选择转化率及短链产物特异性均较好的α-CGTase（来源于Paenibacillus macerans）进行研究。通过酶学性质研究及反应条件优化，获得最佳反应条件：以pH 6.0的磷酸盐缓冲液为反应介质，水溶性淀粉为糖基供体，底物质量比为RA:水溶性淀粉=1:1，加酶量25 μg/mL，40 ℃下反应12 h可达平衡，RA的转化率最高达到74.8%，短链产物（RA-nG， n≤2）占总产物的占比为86.5%，较优化前提高了10%。因此，在此条件下可有效提高短链糖苷化RA的特异性，在甜菊糖苷的工业应用中具有更大的潜力。

关键词：莱鲍迪苷A 甜菊糖苷糖基化环糊精葡萄糖基转移酶短链产物特异性

球参酶解物馏分对秀丽隐杆线虫抗衰老和抗氧化的作用

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食品科学 2024年第11期45卷 144-151页

作者：陈可欣石林凡任中阳翁武银集美大学海洋食品与生物工程学院鳗鲡现代产业技术教育部工程研究中心厦门市海洋功能食品重点实验室福建厦门361021

为探究球参酶解物馏分(Phyllophorus proteus hydrolysate fraction,PPHF)对秀丽隐杆线虫(线虫)的抗衰老和抗氧化作用,分别利用0.5、2.0 mg/mL和8.0 mg/mL PPHF喂食线虫,考察线虫生理生化指标的变化规律。结果表明,制备的PPHF呈米黄色,... 详细信息

为探究球参酶解物馏分(Phyllophorus proteus hydrolysate fraction,PPHF)对秀丽隐杆线虫(线虫)的抗衰老和抗氧化作用,分别利用0.5、2.0 mg/mL和8.0 mg/mL PPHF喂食线虫,考察线虫生理生化指标的变化规律。结果表明,制备的PPHF呈米黄色,其L*值和b*值分别81.28和15.88。PPHF中分子质量为180~1 000 Da的寡肽占比达到63.76%,谷氨酸和甘氨酸的占比分别为19.50%和15.34%。喂食0.5、2.0 mg/mL和8.0 mg/mL PPHF后,线虫的寿命在正常条件下分别延长22.43%、54.60%和78.89%,在热应激和氧化应激条件下也得到延长。喂食0.5 mg/mL PPHF可以显著提高线虫的身体长度,而喂食2.0 mg/mL PPHF才能显著提高线虫的吞咽频率。喂食0.5 mg/mL和8.0 mg/mL PPHF的线虫身体弯曲频率在培养第2天时比空白组分别提高了7.75%和43.71%。PPHF能够显著降低线虫体内活性氧含量并提高抗氧化酶活力、还原型谷胱甘肽含量和总抗氧化能力,且呈剂量依赖性。综上,PPHF可以通过提高线虫体内抗氧化能力,进而改善生理功能并延长寿命。

关键词：球参酶解秀丽隐杆线虫抗衰老抗氧化

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乙醇酸高产菌株的筛选及发酵

生物工程学报 2024年第8期40卷 2418-2431页

作者：鲍青青杨光陈菲菲李国辉邓禹江南大学工业生物技术教育部重点实验室江苏无锡214122 江南大学生物工程学院江苏无锡214122

乙醇酸是一种重要的化工产品,广泛应用于化妆品、清洁剂及纺织品等各个领域。目前,微生物法生产乙醇酸存在菌株遗传稳定性差、产率低、成本高的缺点,而全细胞催化生产乙醇酸大多需要添加价格相对昂贵的山梨醇作为碳源,限制了其工业化生... 详细信息

乙醇酸是一种重要的化工产品,广泛应用于化妆品、清洁剂及纺织品等各个领域。目前,微生物法生产乙醇酸存在菌株遗传稳定性差、产率低、成本高的缺点,而全细胞催化生产乙醇酸大多需要添加价格相对昂贵的山梨醇作为碳源,限制了其工业化生产。为了开发一种适用于工业化应用的乙醇酸生产方法,本研究以乙二醇为底物进行全细胞催化筛选乙醇酸生产菌株,获得了一株产乙醇酸的红酵母。随后对该菌株进行了紫外诱变,并通过高通量筛选得到了正突变株RMGly-20,摇瓶优化后该菌株的乙醇酸产量为17.8 g/L,比原始菌株提高了10.1倍。以葡萄糖为碳源,经5 L发酵罐补料分批培养,菌株RMGly-20可生产61.1 g/L乙醇酸,初步实现了可利用廉价碳源且遗传稳定的乙醇酸菌株的选育,为生物法合成乙醇酸提供了新宿主,有利于进一步推进乙醇酸的工业化生产。

关键词：乙醇酸红酵母乙二醇紫外诱变高通量筛选

臭氧氧化在乙醇SBR出水资源化中的应用研究

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食品与发酵工业 2024年第3期50卷 126-131页

作者：李子奇王靓陈旭升张宏建张建华江南大学生物工程学院江苏无锡214122 江南大学工业生物技术教育部重点实验室江苏无锡214122

为节约水资源,降低生产成本,该研究提出将序批式活性污泥法(sequencing batch reactor activated sludge process,SBR)出水回用于乙醇生产拌料工序。实验结果表明,SBR出水直接回用将导致乙醇发酵被抑制,对SBR出水进行臭氧氧化处理20 min... 详细信息

为节约水资源,降低生产成本,该研究提出将序批式活性污泥法(sequencing batch reactor activated sludge process,SBR)出水回用于乙醇生产拌料工序。实验结果表明,SBR出水直接回用将导致乙醇发酵被抑制,对SBR出水进行臭氧氧化处理20 min后,SBR出水回用乙醇发酵的抑制性完全解除。研究证明NO_(2)-是SBR出水中的主要抑制物,当NO_(2)-质量浓度达到5 mg/L时就会对发酵产生抑制,表现为酵母细胞数减少且死亡率升高,细胞形态被破坏,对葡萄糖的利用率降低。转录组学研究结果表明,酵母细胞经NO_(2)-胁迫处理后,三羧酸循环与磷酸戊糖途径通量减小,使细胞代谢被抑制,生命活动减弱,因而抑制乙醇发酵。

关键词：亚硝酸盐氮 SBR出水臭氧氧化乙醇发酵清洁生产

三个大豆ms3雄性不育突变体的等位突变分析

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植物遗传资源学报 2024年第6期25卷 967-977页

作者：朱玉雪黄圆圆徐研付爱根徐敏余君萍西北大学生命科学学院/西部资源与生物技术教育部重点实验室/陕西省生物技术与生化工程重点实验室西安710069

大豆雄性不育系对发挥大豆杂种优势具有重要价值,然而传统的三系杂交存在恢复系来源受限等问题,而环境敏感型细胞核雄性不育系在不同条件下育性可以改变。本文对ms3(Washington)、ms3(Flanagan)和ms3(Plainview)3个独立突变体的表型和... 详细信息

大豆雄性不育系对发挥大豆杂种优势具有重要价值,然而传统的三系杂交存在恢复系来源受限等问题,而环境敏感型细胞核雄性不育系在不同条件下育性可以改变。本文对ms3(Washington)、ms3(Flanagan)和ms3(Plainview)3个独立突变体的表型和突变位点展开了进一步研究,分别进行了不育表型鉴定、高通量测序、分子标记设计及突变位点验证、分析突变对MS3蛋白结构的影响、ms3(Plainview)花药半薄切片等实验。实验结果表明突变体花粉大量败育,只有零星被I_(2)-KI染液染成黑色的不规则花粉粒。高通量测序结果显示,ms3(Washington)和ms3(Flanagan)在MS3第3个外显子的PHD编码区域出现了大片段插入,导致MS3蛋白PHD结构域被破坏,这个等位基因命名为ms3-1;ms3(Plainview)在MS3第1个外显子缺失了一个A,导致移码突变,开放读码框仅编码40个氨基酸,蛋白功能完全丧失,这个等位基因命名为ms3-2。半薄切片结果显示,在花药发育中后期ms3(Plainview)的绒毡层和花粉发育出现异常。综上,本研究的结果为ms3的应用和MS3基因改造提供了材料和依据。

关键词：大豆细胞核雄性不育 MS3 PHD结构域

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膜分离法提高麦芽四糖糖浆纯度的研究

食品与发酵工业 2024年第9期50卷 182-187,195页

作者：李佳明张宏建王靓陈旭升张建华江南大学生物工程学院江苏无锡214122 江南大学工业生物技术教育部重点实验室江苏无锡214122

该研究拟采用膜分离法将麦芽四糖糖浆中麦芽四糖的纯度提高到80%以上。研究结果表明,麦芽四糖糖浆经截留分子质量为1000 Da的膜超滤后,大部分糊精被去除,但小分子糖含量几乎没有损失;以渗透通量、各糖截留率、分离系数为评价指标,筛选... 详细信息

该研究拟采用膜分离法将麦芽四糖糖浆中麦芽四糖的纯度提高到80%以上。研究结果表明,麦芽四糖糖浆经截留分子质量为1000 Da的膜超滤后,大部分糊精被去除,但小分子糖含量几乎没有损失;以渗透通量、各糖截留率、分离系数为评价指标,筛选出最适合用于提高麦芽四糖纯度的纳滤膜的截留分子质量为150~300 Da;实验确定的纳滤膜最优工艺参数为跨膜压差1.0 MPa,操作温度35℃,进料质量浓度15 g/L,纳滤后麦芽四糖纯度由73.40%提升至78.20%;进一步采用浓缩因子为2的五阶段间歇渗滤,截留液中麦芽四糖的纯度达到87.14%。膜分离工艺不能完成相近分子质量低聚糖的绝对分离,但利用各糖截留率的差异,可以提高产品中麦芽四糖的纯度。

关键词：麦芽四糖超滤纳滤间歇渗滤糊精分子质量分布