新质蛋白作为不依赖传统畜牧或渔业生产的新型蛋白资源,是践行“大食物观”,保障国家食物供给安全的核心战略方向,对推动食品产业升级,实现全球可持续发展具有重要意义。当前新质蛋白产业虽呈现快速发展态势,但在技术产业化、产品品质优化等方面仍面临诸多瓶颈。基于行业发展现状与2025年技术趋势,本文梳理形成新质蛋白十大技术难题,系统阐述各难题的背景、挑战与解决路径,以期为相关领域的科研攻关、产业创新及政策制定提供参考,助力新质蛋白产业高质量发展。
柑橘是全球面积和产量均居第一的重要经济作物,当前加工产品仍以果汁、罐头等为主,资源综合利用率偏低。柑橘的果皮、果渣、生理落果等富含果胶、类黄酮、精油等高附加值活性成分,在食品、医药、化工等领域应用广泛。文章围绕柑橘加工产业发展现状与技术瓶颈,系统梳理柑橘资源关键功能组分特性、生物活性及传统提取技术的进展与局限,总结合成生物学在天然产物绿色制造中的技术优势,同时聚焦微生物在柑橘类黄酮生物合成方面的最新进展。结合资源循环利用和绿色低碳发展需求,提出合成生物学有望为柑橘高值活性成分的获取开辟新路径,推动全产业向高附加值、绿色可持续方向升级。
目的:通过可溶性乳酸菌蛋白酶高效制备牛乳蛋白生物活性肽。方法:筛选具备高蛋白水解活性的优势乳酸菌,通过PCR技术扩增其蛋白酶基因的Pre-H结构域,去除编码细胞壁连接区域的序列,使其转化为可溶性蛋白。构建食品级乳酸乳球菌NZ9000表达载体,诱导目的蛋白酶的分泌表达,并分析其酶学特性及酪蛋白水解产物的生物活性。结果:筛选获得的优势乳酸菌菌株被鉴定为德氏乳杆菌乳酸亚种,其蛋白酶基因经改造后得到prtB3基因,成功构建重组表达载体pNZ8048-prtB3,实现了蛋白酶PrtB3在乳酸乳球菌NZ9000中的高效分泌表达。与野生型蛋白酶相比,重组蛋白酶PrtB3的底物特异性显著拓宽,可有效降解α-、β-和κ-酪蛋白;PrtB3水解物对血管紧张素转化酶(ACE)抑制率最高可达78%,为野生型水解产物的2倍,半抑制浓度(IC50)为1.69 mg/mL,且ACE抑制活性在8周内保持稳定;同时,水解产物对金黄色葡萄球菌ATCC 25923和大肠杆菌K14 IBC 4004的生长有明显的抑制作用。结论:成功克隆、表达了可溶性的乳酸菌蛋白酶PrtB3,该酶可高效降解酪蛋白并显著提升水解产物的生物活性与稳定性,在降解酪蛋白制备生物活性肽方面具有潜力,为生物活性肽的高效制备提供了新的技术路径。
研究抗菌肽LFcin(17-30)对耐甲氧西林金葡菌(MRSA)生物膜的抑制作用。方法:采用PCR及头孢西丁药敏纸片扩散法筛选24株乳源金黄色葡萄球菌中的MRSA;采用刚果红平板法和结晶紫染色法鉴定生物被膜阳性菌株,并评估其产膜能力及生物膜生长曲线;采用纸片扩散法药敏试验验证MRSA生物膜与耐药性间的关系;采用微量稀释法测定LFcin(17-30)对MRSA的最小抑菌浓度(MIC);采用结晶紫染色和扫描电子显微镜(SEM)测定LFcin(17-30)对MRSA生物膜的抑制作用;测定LFcin(17-30)对MRSA生物膜成分的影响。结果显示:在24株乳源金黄色葡萄球菌中,筛选出4株MRSA,分别为DQ05、DQ07、DQ09、DQ23,生物膜定性均为阳性菌株。结晶紫染色结果显示4株MRSA中DQ05的产膜能力最强,DQ09的产膜能力最弱,且DQ05的耐药性强于DQ09。生物膜生长曲线测定结果表明,在24 h时生物膜量最高。LFcin(17-30)对MRSA的MIC为150 μmol/L。LFcin(17-30)浓度为75 μmol/L时,即可明显抑制生物形成,破坏形成的生物膜。LFcin(17-30)抑制胞外聚合物中胞外多糖和胞外蛋白质的合成和分泌,对胞外DNA的影响随LFcin(17-30)浓度的升高而增强。结论:LFcin(17-30)可广谱抑制食源MRSA流行株及其生物膜形成,有望用于食源MRSA的辅助治疗。
目的:探究肠道内环境的Na+/K+对大豆种皮多糖(SHP)与肠道黏液相互作用的影响及其对肠道菌群多样性的影响。方法:通过分子对接和分子动力学模拟分析Na+/K+处理后靶标蛋白与大豆种皮多糖结合的主要作用力及复合体稳定性。借助16S rDNA基因组学检测Na+处理后SHP和黏蛋白对肠道菌群OTU与物种丰度的影响。结果:Na+/K+处理后SHP与黏蛋白结合的主要作用力为氢键。二者结合100 ns内,复合物结构的RMSD值、RSMF值、Rg值和氢键数量波动均较小。Na+处理后黏蛋白二级结构β-折叠主要以反平行式存在,而K+处理后黏蛋白二级结构β-折叠主要以平行式存在。Na+处理后SHP与黏蛋白的结合自由能【(196.7±26.7)kJ/mol】和氨基酸残基贡献数量(18.18 kJ/mol)均大于K+处理【分别为(158.5±26.7)kJ/mol和10.63 kJ/mol】。在Na+存在的情况下,肠道菌群利用SHP作为底物增殖8 h时,多样性最高达284个OTU,增加了多种纤维素降解菌丰度,降低了大肠埃氏菌属-志贺氏菌属的丰度,同时双歧杆菌属和乳杆菌属的丰度也降低。结论:Na+处理后SHP和黏蛋白结合能力和稳定性较高,影响肠道菌群的多样性与丰度,对膳食纤维的肠道调节功能有潜在影响。
目的:研究碱处理工艺与卡拉胶凝胶品质关联性规律及其预测模型。方法:采用碱提取法从麒麟菜中提取卡拉胶,利用人工神经网络(ANN)模型建立可靠的可测量模型,预测不同碱处理工艺条件下卡拉胶凝胶品质和分子特征结构。结果:人工神经网络模型对总集的拟合度R2 = 0.991高于多元线性模型(MLR),平均绝对百分比误差(MAPE凝胶强度 = 1.71%,MAPE分子质量 = 18.84%,MAPE硫酸基 = 1.91%,MAPE3,6-内醚半乳糖 = 3.68%)均比MLR模型低。此外,在实际生产中,当碱处理关键工艺参数(温度、时间、质量分数)分别为65 ℃,6 h,10%时,测得卡拉胶的凝胶强度为614.32 g/cm2,而通过构建卡拉胶加工碱处理工艺与其凝胶品质关联性预测模型,预测该卡拉胶的凝胶强度为617.13 g/cm2。由此表明构建的凝胶品质关联性预测模型的预测值与实际生产中测得的结果相近。结论:人工神经网络模型的预测性能优于多元线性模型,ANN模型在预测卡拉胶凝胶特性和分子特征结构方面比MLR模型更准确。本研究为卡拉胶高品质产品的智能化精准制造提供了技术参考,以扩大卡拉胶在生物医药等领域的应用。
为探究宰后成熟过程中NRF2对铁死亡及肉色稳定性的影响,以牛背最长肌为研究对象,采用0.9%生理盐水、0.5 mmol/L ML385、1 mmol/L tBHQ注射处理,4 ℃条件下分别成熟0,24,72,168 h,分析成熟期间NRF2表达量、铁稳态变化、铁死亡相关蛋白表达、脂质氧化、线粒体膜电位、肉色等相关指标。结果表明,在成熟期间,ML385处理组的NRF2表达量及mRNA水平显著低于对照组,而tBHQ组结果相反,表明ML385与tBHQ对NRF2有明显的抑制和激活作用。与对照组相比,ML385组的铁沉积水平显著升高(P<0.05),FPN1、SLC7A11、PRDX6蛋白表达水平均显著下调(P<0.05)。成熟完成后,Fe2+含量、MDA、b*分别增加了10.56%,16.67%,53.78%,tBHQ组比对照组分别降低了8.39%,21.76%,30.26%。,ML385组的线粒体膜电位、pH值、Mb含量、GPX4、MRA及NADH氧化酶活性与a*值比对照组分别降低了5.31%,3.62%,7.45%, 28.32%,24.10%,2.76%,12.1%,tBHQ组比对照组分别增加了15.96%,1.11%,30.73%,8.69%,3.96%,7.39%,5.68%。而对于L*值,ML385组、tBHQ组均大于对照组。综上,宰后成熟期间,NRF2通过维持肌肉组织铁稳态,抑制脂质过氧化,影响线粒体膜电位来调节铁死亡,进而影响Mb含量及MRA,改善肉色稳定性。
目的:探究3种黄酮【黄芩素(Bai)、金雀异黄酮(Gen)、异甘草素(Isl)】与阿卡波糖(Aca)联合抑制α-淀粉酶(AMY)的作用机制。方法:通过抑制率试验、联合指数(CI)分析、荧光光谱分析、紫外光谱分析、红外光谱分析及分子动力学模拟等方法,系统研究联合抑制对AMY的抑制效果及机制。结果:Bai/Gen/Isl与Aca在物质的量比为2 ∶ 1,3 ∶ 1,4 ∶ 1的条件下,均对AMY的抑制效果显著增强(P<0.05),其中Bai-Aca和Isl-Aca在物质的量比为3 ∶ 1时,表现出强协同效应(CI<1),而Gen-Aca仅在物质的量比为3 ∶ 1时,且0.3
目的:姜黄素具有良好的生物活性,然而存在溶解性、稳定性、生物可及性差等问题,限制了其在食品加工中的应用。方法:以乳清分离蛋白(WPI)和大豆分离蛋白(SPI)为固体颗粒制备负载姜黄素的Pickering乳液,对其流变特性、微观结构、二级结构等进行表征,并进行体外模拟消化分析。结果:由WPI/SPI稳定的Pickering乳液对姜黄素具有较好的包埋率,为(74.33±3.3)%,且储藏稳定性良好。流变学特性表明,在低剪切力下Pickering乳液表现出良好的凝胶特性。微观结构显示,负载姜黄素的Pickering乳液为水包油型。傅里叶红外光谱显示,包埋姜黄素后Pickering乳液中的蛋白质二级结构相对含量通过氢键作用发生了改变。体外模拟消化结果表明,WPI/SPI稳定的Pickering乳液显著提高了姜黄素的生物可及性(从12.60%到34.31%)和抗氧化活性,且姜黄素的体外释放符合零级动力学模型。结论:以复合蛋白颗粒稳定的Pickering乳液具有较好的稳定性,可作为姜黄素的递送载体,提高其生物可及性,研究结果为姜黄素等生物活性成分的稳态化及其开发应用提供参考。
探究小分子对胰脂肪酶(PL)的抑制作用,已成为体外筛选具有抗肥胖作用活性成分的重要方法。通过荧光光谱法、非辐射能量转移理论及高效液相色谱法研究金雀异黄酮(Gen)和柚皮素(Nar)与PL的结合反应机制,利用三维荧光、表面疏水性、X射线衍射、红外光谱、粒径、差示扫描量热法、扫描电镜对复合物进行结构表征,阐明它们对PL结构与性质的影响。结果显示,Gen、Nar对PL猝灭均为静态猝灭,结合常数分别为42.39 L/mg和22.57 L/mg,两者的加入使PL的α-螺旋含量降低,β-转角、β-折叠以及无规则卷曲含量增加,结晶度从25.60%分别上升到32.77%,38.00%,表面疏水性降低,热稳定性降低(变性温度从76.04 ℃降低至65.00 ℃和65.05 ℃),且PL由平滑的片状结构转变为棒状颗粒物。上述结果表明Gen和Nar显著影响PL的结构和性质,为开发新型PL抑制剂提供了新思路。