多级生物加工系统优化原理与技术

第1章多级生物加工系统的原理和技术进展1.1概述1.2一级生物加工过程优化的原理与技术1.2.1一级生物加工过程优化的基本特征1.2.2一级生物加工过程优化与控制的主要内容及步骤1.3二级生物加工过程优化的原理与技术1.3.1生物转化的基本特征1.3.2生物转化过程的主要内容及步骤1.4三级生物加工过程优化的原理与技术1.4.1三级生物加工的基本特征1.4.2三级生物加工优化与控制实例参考文献第2章兽疫链球菌发酵生产透明质酸过程优化与控制2.1概述2.2HA发酵过程的混合与传质特性2.2.1HA分批发酵过程代谢动力学2.2.2HA分批发酵混合与传质动力学2.2.3添加氧载体正十二烷对S.zooepidemicus发酵生产HA的影响2.2.4HA发酵系统传质特性的模型化研究2.3降解透明质酸提高发酵系统的混合与传质效率2.3.1添加透明质酸酶对HA发酵系统混合与传质特性的研究2.3.2添加透明质酸酶对HA发酵代谢动力学的影响2.3.3氧化还原反应（过氧化氢/抗坏血酸）降解HA的条件研究2.3.4添加过氧化氢/抗坏血酸对HA发酵系统混合与传质特性的影响2.3.5添加过氧化氢/抗坏血酸对HA发酵代谢动力学的影响2.4转变产能途径、提高产能效率优化透明质酸发酵2.4.1恒化培养体系中H2O2流加浓度对HA发酵的影响2.4.2分批培养中H2O2流加浓度对HA发酵的影响2.4.3间歇性pH胁迫策略对HA发酵的影响2.5基于细胞生理代谢特性的透明质酸发酵优化与控制2.5.1HA发酵过程中氨基酸代谢动力学2.5.2添加核苷酸碱基对HA发酵过程的影响2.5.3添加关键营养因子对HA发酵过程的影响2.6透明质酸发酵过程培养模式优化研究2.6.1分批培养代谢动力学2.6.2补料分批培养对HA发酵的影响2.6.3两阶段培养模式对HA发酵的影响参考文献第3章重组大肠杆菌?酿酒酵母耦合系统高效合成谷胱甘肽的机制及其优化调控3.1概述3.2大肠杆菌腺苷脱氨酶缺失对耦合系统ATP再生的影响3.2.1腺苷脱氨酶缺失对大肠杆菌利用腺苷的影响3.2.2腺苷脱氨酶缺失对大肠杆菌菌体生长和谷胱甘肽合成能力的影响3.2.3外加ATP下重组大肠杆菌合成谷胱甘肽反应体系中腺嘌呤核苷（酸）分析3.2.4酿酒酵母S.cerevisiae WSH2以腺苷和腺嘌呤为底物合成ATP分析3.2.5大肠杆菌腺苷脱氨酶缺失对耦合系统中谷胱甘肽合成和ATP再生的影响3.3大肠杆菌腺苷脱氨酶和腺嘌呤脱氨酶缺失对其ATP代谢的影响3.3.1构建腺苷脱氨酶和腺嘌呤脱氨酶双基因缺失菌株3.3.2腺苷脱氨酶和腺嘌呤脱氨酶缺失对大肠杆菌利用腺苷的影响3.3.3腺苷脱氨酶和腺嘌呤脱氨酶缺失对大肠杆菌利用ATP的影响3.3.4腺苷脱氨酶和腺嘌呤脱氨酶缺失对大肠杆菌菌体生长及GSH合成的影响3.3.5外加ATP条件下重组大肠杆菌E.coli Δ add/ade合成谷胱甘肽过程中腺嘌呤核苷（酸）分析3.3.6E.coli Δ add/ade（pBV03）和S.cerevisiae WSH2组成的耦合系统合成GSH3.4大肠杆菌生物合成谷胱甘肽过程中的关键降解酶3.4.1大肠杆菌合成谷胱甘肽过程中的降解分析3.4.2大肠杆菌中降解谷胱甘肽的关键酶3.4.3培养条件对大肠杆菌γ?谷氨酰转肽酶酶活性的影响3.4.4大肠杆菌三肽酶缺失突变株合成GSH的研究3.4.5重组大肠杆菌Δ add/ade/pep T的构建过程3.4.6重组大肠杆菌Δ add/ade/pep T对腺苷的代谢3.4.7腺苷脱氨酶、腺嘌呤脱氨酶及三肽酶缺失对菌体生长及GSH合成的影响3.4.8耦合系统合成GSH3.5用于生物合成谷胱甘肽的大肠杆菌细胞通透性处理方式3.5.1重组大肠杆菌JW1667（pBV03）的构建过程3.5.2大肠杆菌lpp基因敲除对细胞生长代谢的影响3.5.3大肠杆菌lpp基因敲除对其合成GSH能力的影响3.5.4lpp基因敲除和甲苯直接处理对重复利用大肠杆菌细胞生物合成GSH的影响3.6用于生物合成谷胱甘肽的ATP再生系统运行机制3.6.1用于生物合成GSH的耦合系统中腺苷类物质代谢分析3.6.2酿酒酵母WSH2中腺苷和腺嘌呤代谢分析3.6.3酿酒酵母中腺嘌呤脱氨酶酶活性对耦合系统ATP代谢和GSH合成能力的影响3.6.4推迟重组大肠杆菌耦合对耦合系统合成GSH的影响3.6.5重组大肠杆菌和酿酒酵母构建的生物合成GSH的耦合系统运转机制参考文献第4章基于生化策略与组学技术的维生素C生产菌株间生理关系解析4.1概述4.2维生素C生产菌株间生理依赖关系的调控4.2.1B.megaterium对K.vulgare生长和产酸的影响4.2.2溶菌酶对K.vulgare和B.megaterium静息细胞的影响4.2.3溶菌酶对2?KLG生产的影响4.2.4适量添加溶菌酶的分批发酵实验4.3K.vulgare全基因组测序与功能基因分析4.3.1基因组的基本特性4.3.2复制与修复4.3.3转录与翻译4.3.4碳水化合物的代谢与转运4.3.5氨基酸和辅酶的代谢4.3.6与2?KLG合成相关酶的编码基因4.3.7K.vulgare进化关系4.4B.megaterium全基因组测序与功能基因组分析4.4.1基因组的基本特性4.4.2复制与修复4.4.3转录与翻译4.4.4碳水化合物代谢与转运4.4.5氨基酸和辅酶的代谢4.4.6芽孢形成4.4.7蛋白质分泌4.4.8B.megaterium WSH?002进化关系4.4.9B.megaterium WSH?002与K.vulgare WSH?001基因组比较4.5基于蛋白质组学的两菌关系解析4.5.1B.megaterium伴生与否时K.vulgare胞内蛋白质2?DE图谱分析4.5.2K.vulgare在B.megaterium伴生与否时产酸稳定期的胞内蛋白质组2?DE差异表达谱分析4.5.3B.megaterium对K.vulgare代谢途径的影响4.6维生素C发酵菌株全合成培养基的研究4.6.1玉米浆批次对维生素C发酵的影响4.6.2生产批次对玉米浆成分的影响4.6.3玉米浆主要成分与2?KLG生产的线性相关性分析4.6.4关键因素对2?KLG生产的影响4.6.5关键组分亚适量供给下的分批发酵过程参考文献第5章1，3?丙二醇生物合成过程及其优化与控制5.1引言5.21,3?丙二醇的生产方法5.2.1化学法5.2.2生物转化法5.3甘油生物歧化为1,3?丙二醇的代谢工程5.3.1甘油生物歧化为1,3?丙二醇的菌种5.3.2甘油生物歧化为1,3?丙二醇的代谢途径5.3.3甘油生物歧化为1,3?丙二醇代谢通量分析5.4甘油生物歧化为1,3?丙二醇过程的动力学与优化5.4.1非线性动力学和动态行为的研究5.4.2过量代谢动力学5.4.3酶催化动力学5.4.4单反应器、双反应器优化5.51，3?丙二醇的提取分离5.5.1发酵液中1，3?丙二醇分离概述5.5.21，3?丙二醇发酵液中固态物质和菌体的去除5.5.31，3?丙二醇的粗分离5.5.41，3?丙二醇的纯化5.5.5超滤?醇沉工艺分离发酵液中的1，3?丙二醇5.5.6盐析萃取工艺分离发酵液中的1，3?丙二醇参考文献第6章二羟基丙酮生物合成过程的优化与控制6.1概述6.2产二羟基丙酮微生物及其快速筛选方法6.3二羟基丙酮生物合成调控机制6.4产二羟基丙酮微生物代谢特性分析6.4.1氧化葡糖杆菌代谢甘油的途径分析6.4.2通风量对氧化葡糖杆菌代谢的影响6.4.3pH值对氧化葡糖杆菌代谢的影响6.5二羟基丙酮生产工艺条件优化6.5.1微生物发酵法生产二羟基丙酮6.5.2整体细胞生物转化法生产二羟基丙酮6.6应用代谢工程方法调控二羟基丙酮生物合成参考文献第7章废水产氢产酸/同型产乙酸耦合系统厌氧发酵产酸优化与控制7.1概述7.2产氢产酸/同型产乙酸耦合作用提高乙酸产率7.2.1加热种泥与未加热种泥产酸比较7.2.2产氢产酸/同型产乙酸耦合作用促进乙酸产生7.2.3产氢产酸/同型产乙酸耦合作用强化有机底物的降解7.2.4耦合系统和对照系统发酵过程中pH值的变化7.2.5耦合系统同型乙酸化作用及产氢产酸相连续排气效应7.2.6氢抑制的解除促进中间产物向乙酸的转化7.3产氢产酸/同型产乙酸耦合系统产酸条件优化7.3.1底物浓度对耦合系统生产乙酸的影响7.3.2初始pH值对产酸过程的影响7.3.3种泥浓度对产氢速度与耗氢速度以及乙酸生产的影响7.3.4耦合系统乙酸生产优化条件的确定7.4气体循环和分批补料提高产氢产酸/同型产乙酸耦合系统产乙酸强度和产率7.4.1气体循环和分批补料提高耦合系统产乙酸强度和乙酸产率7.4.2耦合系统的传质模型及动力学分析7.4.3基于耦合系统乙酸直接来源的分析7.5产氢产酸/同型产乙酸耦合系统产酸过程微生态种群动态及代谢机理分析7.5.1基于分批补料的耦合系统运行稳定性分析7.5.2基于T?RFLP分析的产酸微生物群落结构7.5.3同型产乙酸菌群的定量PCR分析7.5.4耦合系统生产乙酸关键酶活性及代谢机理分析参考文献第8章有机废物厌氧消化过程中的乙酸累积机理8.1概述8.2厌氧生境中同型乙酸菌的定量方法8.2.1FTHFS基因定量可行性8.2.2FTHFS引物特异性8.2.3新引物设计及验证8.2.4Real?time PCR条件优化8.2.5Real?time PCR的灵敏度和检测限8.2.6环境样品的FTHFS基因的定量8.2.7富集培养与温度对同型乙酸菌生长的影响8.3产甲烷抑制剂对有机废物厌氧发酵各阶段的毒性研究8.3.1抑制剂浓度对产甲烷过程的影响8.3.2产甲烷抑制剂对发酵产酸过程的影响8.3.3产甲烷抑制剂对产氢产乙酸过程的影响8.4产甲烷抑制剂对古细菌群落及同型产乙酸的影响8.4.1不同抑制模型下酸气累积状况8.4.2热力学分析8.4.3厌氧污泥古细菌群落结构8.4.4产甲烷抑制剂作用下的产甲烷种群动力学8.4.5产甲烷抑制状态下的同型乙酸菌群动力学8.5产甲烷抑制状态下发酵产酸菌群生态学8.5.1不同抑制模型下丙酸和丁酸累积状况8.5.2T?RFLP网络比对8.5.3厌氧污泥细菌群落结构8.5.4非产甲烷菌群动力学8.5.5产氢产乙酸过程8.6产甲烷抑制状态下有机物的碳流分析8.6.1稳定性同位素13C比例判断产甲烷途径8.6.2有机碳平衡分析8.6.3产甲烷抑制状态下［U?14C］葡萄糖和［2?14C］乙酸的转化8.6.4产甲烷抑制状态下乙酸累积的微生物机理模型参考文献第9章城市有机废物厌氧发酵产酸及利用有机酸发酵生产角质酶过程优化9.1概述9.2厌氧发酵产酸的有机废物预处理技术9.2.1污泥浓度对挥发性短链脂肪酸产率的影响9.2.2预处理技术对污泥有机质融出率的影响9.2.3预处理后固相和液相成分的变化9.2.4预处理技术对污泥颗粒粒径的影响9.2.5预处理技术对污泥颗粒表观结构的影响9.2.6预处理技术对总挥发性脂肪酸产率的影响9.2.7预处理技术对挥发性短链脂肪酸分布特征的影响9.2.8预处理技术对酸化过程固相和液相成分的影响9.2.9热?碱预处理污泥产酸动力学分析9.3碱性条件强化有机废物蛋白质厌氧发酵产酸9.3.1pH对总挥发性短链脂肪酸产率的影响9.3.2pH对发酵初始可溶性蛋白质和碳水化合物浓度的影响9.3.3不同pH值条件下可溶性蛋白质和沉淀蛋白质的热分析9.3.4pH对发酵过程蛋白质浓度的影响9.4酸碱调控有机废物厌氧发酵产酸的微生物学机理9.4.1pH对发酵过程挥发性短链脂肪酸分布特征和产率的影响9.4.2pH对发酵气相产物的影响9.4.3pH对微生物种群结构的影响9.4.4不同pH值条件下乙酸累积的微生物学机理分析9.4.5强碱性条件下挥发性短链脂肪酸累积的主要代谢途径分析9.5C/N调控有机废物厌氧发酵产酸类型及其代谢机理9.5.1C/N对发酵产酸类型的影响9.5.2C/N对产酸过程气相组分变化的影响9.5.3不同C/N条件下产酸微生物群落分析9.5.4不同发酵产酸类型代谢机理分析9.6嗜热子囊菌利用短链有机酸发酵生产角质酶9.6.1嗜热放线菌利用单种有机酸发酵生产角质酶9.6.2嗜热放线菌利用丁酸生产角质酶的环境条件优化9.6.3嗜热放线菌利用混合有机酸发酵生产角质酶参考文献索引

本书由国内生物工程领域一线专家联合编撰，书中技术细节源自国家973项目成果，很多内容为第一次发表。书中阐述的三级生物加工工程是解决当前工业生物技术过程中问题的新途径。生物加工技术是利用活细胞和其产生的酶生产能源与化学品的先进技术，具有高效、清洁、低成本、低能耗等特点，是降低对化石资源依赖、增加品种和提高品质的有效途径，是实现生物技术产业化的关键。　　本书以相关项目研究成果为基础，从原料－转化－分离－废物资源化等生物过程复杂系统的整体性角度出发，介绍原料利用、转化反应、产物分离和废物资源化的相互作用和影响；阐述废物流分流处理和综合利用，体现了工业生物过程特征的系统综合优化方法。书中还结合具体的研究实例，对如何实现生物加工过程的绿色制造和无废制造进行了系统介绍。【作者简介】陈坚，江南大学，校长，教授，江南大学校长，食品科学与技术国家重点实验室主任。主要从事发酵工程和食品生物技术方面的研究。