食品生物制造团队构建双模块共培养系统实现农业副产物直接转化香兰素

近日，中国农业科学院农产品加工研究所食品生物制造创新团队成功构建了一种基于毕赤酵母（Komagataella phaffii）底盘的双模块共培养系统，实现了农业副产物向食品级香兰素的直接生物转化。相关研究成果发表于《生物燃料与生物产品技术（Biotechnology for Biofuels and Bioproducts）》（JCR一区，IF: 4.6）。加工所2023级博士研究生周狄霏为论文第一作者，辛凤姣研究员与李真副研究员为共同通讯作者。

木质纤维素类农业副产物年产量巨大，传统处置方式易造成资源浪费与环境污染。香兰素作为全球用量最大的食用香料，其绿色生物合成已成为行业主流发展方向。然而，能够同步完成木聚糖水解与香兰素生物转化的直接转化体系此前尚未见报道。为此，研究团队设计并构建了一套双模块共培养系统：上游水解模块菌株（XF）异源表达新型双功能木聚糖酶/阿魏酸酯酶（rXyn10A/Fae1A），可直接降解玉米芯木聚糖结构并释放阿魏酸；下游合成模块菌株（EF）引入阿魏酰辅酶A合成酶（FCS）与烯酰辅酶A水合酶/醛缩酶（ECH），高效将阿魏酸转化为香兰素及其衍生物。其中，上游XF菌株能够有效破坏木质纤维素结构，释放原料中85%以上的阿魏酸；下游EF菌株对阿魏酸的摩尔转化率稳定维持在96%左右。通过系统优化菌株接种比例及培养基碳源组成，实现了上下游模块间的代谢匹配与底物高效利用。结果表明，在菌株接种比为1:1、碳源为甲醇与甘油组合的最优条件下，以超微粉碎玉米芯为底物，香兰素及其衍生物的产量可达2.63 mM。

该研究首次报道了用于农业副产物直接转化香兰素的双模块共培养系统，突破了传统单菌株全通路表达的限制，有效缓解了单一菌株代谢负担重、转化效率低等问题。该模块化平台拓展性良好，未来有望发展为通用型木质纤维素生物炼制平台，用于其他酚类及芳香类化合物的绿色制造。

该研究得到了国家自然科学基金、中国农业科学院青年创新专项等项目的资助。
    原文链接：https://doi.org/10.1186/s13068-026-02770-6