ε-聚赖氨酸是由 25-35 个 L-赖氨酸通过其 α-羧基与 ε-氨基缩合形成的一种同型氨基酸聚合物，分子量在 2500-4500 Da。目前，ε-聚赖氨酸主要作为一种食品防腐剂被广泛应用于日本、韩国、美国和欧盟。2014 年 4 月，我国卫计委也正式批准其在我国食品加工业中的使用。本项目通过 10 多年的技术攻关，聚焦于产生菌筛选、高产菌选育、发酵过程优化与调控、产物的分离提取与精制等研究内容，获得了具有完全自主知识产权的系列高产菌，实现了实验室（5 L）-中试（1 m3）-试生产（10 m3）不同规模的 ε-聚赖氨酸发酵生产，并建立了与发酵规模相匹配的 ε-聚赖氨酸高效提取和精制工艺。

选育高产菌种和发展赖氨酸生产对于提高食品中蛋白质 利用率,增强人民体质以及发展家禽饲养业等具有十分重要的意义,对于以谷物为主要食物的我国尤为重要。本实验室通过诱变选育和基因工程手段对大肠杆菌进行改造，获得一株高产赖氨酸生产菌株，发酵培养 36 h，赖氨酸盐酸盐产量高达 193 g/L，葡萄 糖得率为 74%左右。 关键技术 (1)本研究以玉米浆为氮源，有效的降低了发酵成本； (2)以葡萄糖为原料生产 L-脯氨酸的高转化率发酵，该法绿色、环保、可持续，具有经济竞争力，有很好的产业应用前景； (3)以大肠杆菌为宿主，不仅缩短了发酵周期，而且也降低了染菌几率。 

L-缬氨酸是生命有机体的重要组成部分，在生命体内物质代谢调控和信息传递等许多方面扮演着重要角色。L-缬氨酸属于八种必需氨基酸之一，也是三种支链氨基酸之一。L-缬氨酸发酵是典型的代谢控制发酵。国内虽有天然蛋白质水解液分离提取 L-缬氨酸的产品，但由于其产量很低，质量不佳，纯度不高，所以无法实现大规模工业化生产。利用微生物发酵法生产 L-缬氨酸具有原料成本低，反应条件温和及易实现大规模生产等优点，是一种非常经济的生产方法。但是， 以微生物发酵法生产 L-缬氨酸，国内大多数菌株的产酸水平不高，特别是 L-缬氨酸的生产水平和产量远不能满足国内市场的需求。因此，开展发酵法生产 L-缬氨酸的研究具有极其重要的意义。本研究室通过高通量筛选策略，获得一株高产缬氨酸的黄色短杆菌。 

番茄红素具有强抗氧化作用，有卓越的防癌、抗癌、预防心血管疾病等功效，在食品、保健品、化妆品以及医药领域具有重要用途。目前，国外已将这一产品广泛用于食品添加剂、功能性食品、医药原料等方面。2003 年，美国《时代》杂志把番茄红素列在“对人类健康贡献最大的食品”之首，番茄红素由于其优越的功能和防癌、抗癌作用，被誉为“植物黄金”，成为“二十一世纪医药保健制品 新宠”。 本项目采用生物发酵法生产番茄红素，具备了工业化开发的条件，生产工艺成熟，产品质量稳定，番茄红素产量可达 1.5-2.5g/L，处于国内领先水平。 创新要点 采用三孢布拉酶菌发酵生产番茄红素，其合成水平高于多种生物体，而且具有生产原料易获得，不受自然条件限制，周期短和适用工业生产等优点。 

低聚果糖是由果糖基连接生成的多糖，微生物来源的果聚糖是含 有β (2→6) 糖苷键及少量β (2→1)侧链的果聚糖，低聚果糖具有改善肠道菌群平衡的作用。低聚果糖特有的理化特性和生理功效如水溶 性膳食纤维、双歧杆菌增殖因子等是以高纯度低聚果糖为原料作实验 而得结论。除了具有天然多糖共同的特点如生物相容性、生物降解性、 安全无毒，还具有抗肿瘤、抗糖尿病、免疫增强、降血脂等多种重要 的生物学功能，而且可用于制备纳米材料，在生物医药和功能食品等 方面具有巨大的应用潜能，体现出巨大的潜在市场价值。 国内目前 以酶转化法生产的低聚果糖执行国家低聚果糖标准 GB/T 23528- 2009，产品是蔗糖-果糖或果糖-果糖聚合度为 2-9 的功能性低聚糖， 分子量为 342-1476。 新一代低聚果糖采用菌体发酵法合成生产，美 国市售产品分子量约 5000。是很好的益生元产品。 项目特色和创新之处： 南开大学环境微生物与微生物制造研究室从发酵食品中分离得 到一株解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens LL3），它能够利用 蔗糖合成低聚果糖。为了提高低聚果糖的产量和纯度，项目组采用温 敏质粒结合反向筛选标记-------无痕基因敲除法对菌株的其他胞外产 物和六个胞外蛋白基因以及 3 个细菌胞外多糖基因（簇）进行了敲除； 5 L 罐分批发酵低聚果糖的产量（42 h）达到 43.34 g/L。为了进一步 提高蔗糖酶的分泌表达，项目组整合强启动子和信号肽对菌种进行改 造，在 5 L 发酵罐采用补料分批发酵工艺，菌株低聚果糖产量达 101.7 g/L。分子量约 5000 Dal，纯度 95%以上。 项目特色： 1. 菌种（Bacillus amyloliquefaciens）LL3 是分离自传统发酵食品，生 产主要原料为蔗糖；菌种改造采用无痕基因编辑技术，具有安全性 2. 补料分批发酵产量为：101.7 g/L;分子量约为 5000；纯度大于95.0%; 3. 授权专利号为：ZL201410405975.2 市场应用前景： 目前,低聚果糖的应用领域逐步扩大，除了生产人类保健品口服 制剂之外，在中老年营养品、中老年专用奶粉、婴儿奶粉、部分营养 饮料等中实施添加；某些化妆品中也需要加入低聚果糖。还是替代抗 生素在饲料中添加的主要成分之一。随着肠道菌群影响人类健康研究 新成果的不断报道，低聚果糖----益生元/膳食纤维越来越受到人们 的青睐。开展该产品的生产将会获得巨大的经济效益和社会效益。另 外，生产中实施废菌体回用技术工艺，可使发酵做到近零排放，具有 绿色生态效益.

原理：以蜜蜂为活体生物转化器，利用体内酶系进行生物转化，将果汁转化为果蜜创新点：世界上首次提出“以饲代采”生物酿蜜概念，以大宗水果为原料，经前处理，饲喂蜜蜂，实现定场养蜂，实现蜂蜜工业化生产应用案例：2023年，在沈阳建立200群的生物酿蜜示范基地，辐射东北地区成果获奖：第十五届“挑战杯”全国大学生课外科技活动大赛，三等奖成果评价：完全颠覆国内外几千年的蜂蜜生产模式，实现0→1的突破，为蜂蜜生产打开一扇全新的大门，规避了传统蜂蜜生产的限制因素以及不利因素，实现蜂蜜生产工业化、标准化、机械化、智能化，蜂蜜生产效率比传统提高3-4倍，解决了水果滞销、储运损失的问题。

通过微生物育种和基因工程手段相结合，获得了一株脯氨酸高产菌株黄色短杆菌。发酵培养 65~68 h， L-脯氨酸产量高达 100 g/L，葡萄糖得率为 45%左右。 关键技术 (1)本研究以玉米浆为氮源，有效的降低了发酵成本； (2)以葡萄糖和味精为原料生产 L-脯氨酸的高转化率发酵，该法绿色、环保、可持续，具有经济竞争力，有很好的产业应用前景。

威兰胶是一种性能优良的微生物多糖，性质与黄原胶相似，同时存在同类多糖不可比拟的优势：1、在更大的范围内具有热稳定性，可以耐受150℃的高温；2、pH耐受范围广，在pH2.0-13.0的范围内性质稳定；3、耐盐性好。威兰胶的耐温特性在深层采油中十分重要，目前油井深度已达3000米以上，对采油驱动剂耐温要求大于140℃，因此威兰胶的耐温优势以及它的一些独特性能，使它有望成为一种性能更为优良的驱油制剂。威兰胶是一种不可多得的混凝土外加剂，可以增加水泥的可塑性，悬浮量，空气含量，抗下陷能力以及抗失水性。威兰胶是制备自密实混凝土和自流平混凝土不可缺少的添加剂。按每吨混凝土中添加0.01%的威兰胶，则成本仅增加10块钱左右。我国在这一领域的应用全部依赖进口。本课题组拥有一株自主知识产权的生产菌株，并率先在国内开展了发酵法生产威兰胶的研究。本项目的成功开发将具有我国自主知识产权，对石油、混凝土等相关行业的发展具有积极的意义。威兰胶的生产基本可以利用黄原胶的生产资源，因此实验室中试成熟后，厂家无需太多的前期投入就可以实现工业化。

γ-聚谷氨酸（Poly-γ-glutamic acid）是一种重要的天然聚合物，由 于其具有良好的性质已被广泛应用于食品，化妆品，医药，材料等领 域。解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）LL3 是一株谷氨酸 非依赖型 γ-PGA 合成菌。为了提高其 γ-PGA 产量，项目组采用无痕 基因编辑技术对菌株进行了代谢工程改造。包括三部分：模块化代谢 通路改造；蔗糖代谢途径改造；谷氨酸合成途径改造。 B. amyloliquefaciens LL3 是项目组从发酵食品中分离得到，它能 够从蔗糖出发合成 γ-PGA。利用模块化通路改造策略对 γ-PGA 合成 相关的八个代谢通路进行改造包括：γ-PGA 降解相关途径；细胞呼吸 链；胞外蛋白及胞外蛋白酶合成途径；细菌多糖合成途径；次级小分 子代谢产物合成途径；细胞自诱导因子合成途径；谷氨酸合成途径以 及 γ-PGA 合成途径。最终整合获得的最优基因工程菌株 NK-anti-rocG （敲除了 epsA-O 操纵子（负责胞外多糖合成），sac 操纵子（负责果 聚糖合成），lps（脂多糖合成相关），pta（乙酸合成相关），pgdS（γ-PGA 降解酶），cwlO（细胞壁水解酶），luxS（AI-2 合成）以及表达 anti-rocG sRNA（抑制谷氨酸脱氢酶表达））γ-PGA 摇瓶发酵产量从 3.8 g/L 提高到 11.04 g/L，较对照菌株提高了 2.91 倍。γ-PGA 产物纯度也 从 78.6%提高到 95.2%。5-L 罐补料分批发酵实验得到 NK-anti-rocG 菌株产量可达 20.3 g/L。分子量 450,000 Dal，纯度 95%以上。 项目特色： 1. 菌种（Bacillus amyloliquefaciens）LL3 是谷氨酸非依赖型 γ-聚谷 氨酸合成菌株；发酵生产主要原料为蔗糖； 2. 补料分批发酵产量为：20.3 g/L。 3. 授权专利号为：ZL200810053900.7 市场应用前景： γ-聚谷氨酸（Poly-γ-glutamic acid）是一种重要的天然聚合物，由 于其具有良好的性质已被广泛应用于食品，化妆品，医药，材料等领 域。本项目采用谷氨酸非依赖型 γ-聚谷氨酸合成菌做为发酵菌种，以 蔗糖为原料发酵法生产 γ-聚谷氨酸，可产生巨大的经济效益和社会效 益。

该研究集中于探索发酵肉制品中生物胺的检测、主要来源以及控制措施。研究建立了用液相色谱检测常见生物胺的方法。研究还发现，在肉制品发酵成熟阶段存在于其中的生物胺产生菌是生物胺的“主要贡献者”，通过添加发酵剂可以有效控制发酵肉质品种生物胺的产生。研究结果为肉制品生产者控制生物胺的产生提供了有效的方法。