微生物重要代謝產(chǎn)物：發(fā)酵生產(chǎn)與過程解析

第一章緒論1

第一節(jié)微生物發(fā)酵生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的發(fā)展歷史1

一.生物技術(shù)的定義1

二.微生物發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展歷史1

第二節(jié)微生物發(fā)酵生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀2

一.新型酶制劑3

二.環(huán)境友好材料8

三.微生物多糖9

四.生物活性產(chǎn)品11



第二章發(fā)酵技術(shù)在微生物生產(chǎn)代謝產(chǎn)物中的發(fā)展與應(yīng)用14

第一節(jié)分批發(fā)酵技術(shù)14

一.概述14

二.分批發(fā)酵過程培養(yǎng)條件的優(yōu)化15

三.分批發(fā)酵過程的模型化研究23

第二節(jié)流加發(fā)酵技術(shù)27

一.概述27

二.流加培養(yǎng)原理30

三.發(fā)酵過程中常用的流加策略31

四.流加發(fā)酵過程的優(yōu)化技術(shù)36

第三節(jié)高細(xì)胞密度發(fā)酵技術(shù)46

一.概述46

二.高細(xì)胞密度培養(yǎng)生長(zhǎng)環(huán)境的優(yōu)化策略48

三.高細(xì)胞密度培養(yǎng)的培養(yǎng)模式49

四.最大細(xì)胞密度的理論計(jì)算52

第四節(jié)代謝工程55

一.代謝工程概述55

二.代謝流量分析59

三.代謝控制分析技術(shù)64

四.代謝工程技術(shù)在發(fā)酵工程中的應(yīng)用68

參考文獻(xiàn)70



第三章產(chǎn)朊假絲酵母發(fā)酵生產(chǎn)谷胱甘肽71

第一節(jié)谷胱甘肽發(fā)酵概述71

一.谷胱甘肽性質(zhì).功能及應(yīng)用71

二.國內(nèi)外生物法合成谷胱甘肽研究動(dòng)態(tài)73

三.發(fā)酵法生產(chǎn)谷胱甘肽研究中存在的問題80

第二節(jié)產(chǎn)朊假絲酵母發(fā)酵生產(chǎn)谷胱甘肽的營養(yǎng)及環(huán)境條件81

一.反向傳播人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本理論82

二.碳源種類對(duì)谷胱甘肽發(fā)酵的影響83

三.氮源種類對(duì)谷胱甘肽發(fā)酵的影響84

四.混合無機(jī)氮源對(duì)谷胱甘肽發(fā)酵的影響84

五.磷酸二氫鉀和硫酸鎂對(duì)谷胱甘肽發(fā)酵的影響85

六.谷胱甘肽發(fā)酵的營養(yǎng)條件正交優(yōu)化試驗(yàn)85

七.環(huán)境條件對(duì)谷胱甘肽發(fā)酵的影響87

八.CutilisWSH0208生產(chǎn)谷胱甘肽的搖瓶發(fā)酵過程87

九.搖瓶分批補(bǔ)糖方式對(duì)谷胱甘肽發(fā)酵的影響88

第三節(jié)谷胱甘肽分批發(fā)酵生產(chǎn)及其動(dòng)力學(xué)89

一.分批發(fā)酵動(dòng)力學(xué)原理89

二.溶解氧對(duì)谷胱甘肽分批發(fā)酵的影響90

三.pH對(duì)谷胱甘肽分批發(fā)酵的影響92

四.溫度對(duì)谷胱甘肽分批發(fā)酵的影響95

第四節(jié)流加發(fā)酵法生產(chǎn)谷胱甘肽100

一.流加發(fā)酵方式及原理100

二.初糖濃度對(duì)谷胱甘肽分批發(fā)酵的影響101

三.分批補(bǔ)料培養(yǎng)生產(chǎn)谷胱甘肽的發(fā)酵過程103

四.恒速流加發(fā)酵對(duì)谷胱甘肽生產(chǎn)的影響103

五.指數(shù)流加發(fā)酵對(duì)谷胱甘肽生產(chǎn)的影響103

六.不同培養(yǎng)方式下谷胱甘肽生產(chǎn)情況比較105

第五節(jié)前體氨基酸在谷胱甘肽過量合成中的作用105

一.L谷氨酸添加對(duì)谷胱甘肽發(fā)酵的影響106

二.甘氨酸添加對(duì)谷胱甘肽發(fā)酵的影響107

三.L半胱氨酸在谷胱甘肽過量合成中的作用108

第六節(jié)谷胱甘肽分批發(fā)酵過程代謝網(wǎng)絡(luò)分析111

一.Cutilis　WSH0208分批生產(chǎn)谷胱甘肽的代謝網(wǎng)絡(luò)及計(jì)算113

二.谷胱甘肽分批發(fā)酵不同階段的代謝流量分布116

三.分階段溫度控制策略下的代謝流量分布119

四.L半胱氨酸的添加對(duì)代謝流量分布的影響119

第七節(jié)表面活性劑對(duì)谷胱甘肽胞外積累的影響120

一.表面活性劑對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的影響121

二.低濃度離子型表面活性劑對(duì)谷胱甘肽合成的影響122

三.高濃度離子型表面活性劑對(duì)谷胱甘肽胞外積累的影響123

四.非離子型表面活性劑對(duì)谷胱甘肽合成的影響124

參考文獻(xiàn)126



第四章放射型根瘤菌發(fā)酵生產(chǎn)輔酶Ｑ10128

第一節(jié)輔酶Ｑ10發(fā)酵概述128

一.輔酶Q10的研究背景128

二.輔酶Q10的發(fā)酵生產(chǎn)132

第二節(jié)輔酶Q10高產(chǎn)菌株的選育136

一.篩選模型的建立136

二.不同誘變劑致死率比較137

三.不同誘變方式誘變效果的比較137

四.輔酶Q10高產(chǎn)菌的選育譜系138

五.突變株遺傳穩(wěn)定性試驗(yàn)140

第三節(jié)培養(yǎng)條件對(duì)輔酶Q10發(fā)酵生產(chǎn)的影響140

一.碳氮源對(duì)放射型根瘤菌輔酶Q10發(fā)酵的影響141

二.初始葡萄糖.蔗糖以及氮源濃度對(duì)輔酶Q10發(fā)酵的影響141

三.添加物及添加方式對(duì)輔酶Q10發(fā)酵的影響143

四.響應(yīng)面分析法優(yōu)化輔酶Q10發(fā)酵培養(yǎng)基144

五.接種量.裝液量.溫度和pH對(duì)輔酶Q10發(fā)酵的影響147

六.輔酶Q10搖瓶發(fā)酵過程曲線148

第四節(jié)玉米漿提高輔酶Q10發(fā)酵產(chǎn)量的作用機(jī)理研究148

一.玉米漿組分的分析149

二.生物素濃度對(duì)輔酶Q10發(fā)酵效果的影響149

三.玉米漿中幾種主要氨基酸對(duì)輔酶Q10發(fā)酵的影響150

四.玉米漿對(duì)輔酶Q10發(fā)酵過程中氨基酸代謝的影響150

五.生物素與酪氨酸及苯丙氨酸對(duì)輔酶Q10發(fā)酵的協(xié)同影響152

六.玉米漿中其他成分對(duì)輔酶Q10的影響154

第五節(jié)輔酶Q10發(fā)酵的代謝特性和過程模型化的研究154

一.放射型根瘤菌分批發(fā)酵生產(chǎn)輔酶Q10的代謝特性155

二.輔酶Q10分批發(fā)酵過程動(dòng)力學(xué)模型的研究157

第六節(jié)溶解氧對(duì)輔酶Q10發(fā)酵的影響160

一.攪拌和通風(fēng)與體積溶解氧系數(shù)(KLa)的相關(guān)性分析160

二.放射型根瘤菌輔酶Q10發(fā)酵體系氧傳遞特性與氧傳遞動(dòng)力學(xué)模型161

三.溶解氧對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)與輔酶Q10生物合成的影響162

四.底物補(bǔ)料結(jié)合溶解氧控制模式提高輔酶Q10發(fā)酵產(chǎn)量164

第七節(jié)輔酶Q10發(fā)酵流加培養(yǎng)的研究166

一.輔酶Q10發(fā)酵流加培養(yǎng)的依據(jù)與流加量的模型化計(jì)算166

二.輔酶Q10發(fā)酵分批培養(yǎng)幾種流加方式效果的實(shí)驗(yàn)比較167

三.輔酶Q10發(fā)酵分批培養(yǎng)流加方式的確定與實(shí)施168

四.碳源流加和碳源與玉米漿組合流加對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)與輔酶Q10生物合成的影響168

第八節(jié)輔酶Q10生物合成代謝網(wǎng)絡(luò)模型和代謝流分析170

一.放射型根瘤菌發(fā)酵生產(chǎn)輔酶Q10的合成機(jī)理分析與代謝網(wǎng)絡(luò)171

二.輔酶Q10發(fā)酵過程代謝流量分析與輔酶Q10代謝途徑的優(yōu)化171

參考文獻(xiàn)175



第五章真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌利用厭氧酸化的食品廢物生產(chǎn)聚羥基烷酸酯177

第一節(jié)聚羥基烷酸酯發(fā)酵概述177

一.環(huán)境友好材料的研究背景177

二.微生物合成型生物降解材料179

三.聚羥基烷酸酯的生物合成182

第二節(jié)真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌利用單種有機(jī)酸合成聚羥基烷酸酯研究188

一.種子對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和聚羥基烷酸酯發(fā)酵的影響189

二.各單種有機(jī)酸對(duì)真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌的抑制程度190

三.不同銨氮濃度對(duì)真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌生長(zhǎng)的影響190

四.真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌利用單種有機(jī)酸生物合成聚羥基烷酸酯時(shí)培養(yǎng)基中最佳起始

碳源.氮源濃度的確定191

五.真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌利用單種有機(jī)酸進(jìn)行聚羥基烷酸酯合成的發(fā)酵過程193

六.真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌利用單種有機(jī)酸進(jìn)行聚羥基烷酸酯合成的分批發(fā)酵動(dòng)力學(xué)

分析194

七.單酸分批發(fā)酵初始碳氮濃度的響應(yīng)面分析195

八.單酸分批發(fā)酵動(dòng)力學(xué)研究196

第三節(jié)真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌利用混合有機(jī)酸進(jìn)行聚羥基烷酸酯分批發(fā)酵研究199

一.真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌在不同氮源濃度下利用混合酸進(jìn)行聚羥基烷酸酯發(fā)酵199

二.真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌利用不同比例的混合（四種）酸為碳源合成聚羥基烷酸酯

研究200

三.真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌利用不同比例的混合（兩種以及三種）酸合成聚羥基烷酸酯

研究201

四.真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌對(duì)混合酸碳源中丁酸.乙酸.丙酸的利用201

五.真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌對(duì)混合酸碳源中乳酸.乙酸.丙酸的利用202

六.混合酸中丙酸濃度對(duì)PHA中HV組分的影響202

七.真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌利用混合酸進(jìn)行PHA的補(bǔ)料分批發(fā)酵203

八.不同攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和PHA合成的影響203

九.不同pH對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和PHA合成的影響204

十.真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌利用混合酸進(jìn)行PHA的分批發(fā)酵過程204

第四節(jié)真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌以混合有機(jī)酸為碳源的聚羥基烷酸酯流加發(fā)酵研究205

一.基于pHstat的聚羥基烷酸酯流加發(fā)酵206

二.真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌利用混合酸進(jìn)行聚羥基烷酸酯的流加發(fā)酵207

三.流加發(fā)酵過程中氮源的起始濃度對(duì)聚羥基烷酸酯合成影響的研究208

四.真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌利用混合酸進(jìn)行聚羥基烷酸酯恒速流加發(fā)酵208

五.變速流加過程的優(yōu)化準(zhǔn)則的研究209

六.真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌利用混合酸進(jìn)行聚羥基烷酸酯變速流加發(fā)酵210

七.在流加發(fā)酵過程中加入丙酸對(duì)聚羥基烷酸酯中HV組分合成的影響211

八.雙營養(yǎng)限制區(qū)的確定及對(duì)聚羥基烷酸酯的生物合成的影響212

第五節(jié)食品廢物厭氧酸化的研究214

一.不同pH對(duì)食品廢物厭氧酸化過程的影響215

二.不同溫度對(duì)食品廢物厭氧酸化過程的影響216

三.不同稀釋倍數(shù)對(duì)食品廢物的厭氧酸化過程的影響217

四.NaCl濃度對(duì)食品廢物厭氧酸化的影響218

五.有機(jī)氮源對(duì)食品廢物厭氧酸化過程中丙酸產(chǎn)量的影響219

六.添加丁酸梭菌制劑對(duì)食品廢物厭氧酸化的影響219

七.食品廢物厭氧酸化過程動(dòng)力學(xué)研究220

第六節(jié)食品廢物厭氧酸化與PHA發(fā)酵的耦合221

一.不同流速和有機(jī)酸濃度對(duì)有機(jī)酸的滲透速率的影響221

二.食品廢物厭氧酸化液的滲透性能研究222

三.真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌利用食品廢物厭氧酸化液中分離出的有機(jī)酸合成PHA研究223

四.料液恒定流速時(shí)食品廢物厭氧酸化與PHA合成的耦合224

五.料液流速變化時(shí)食品廢物厭氧酸化與PHA合成的耦合224

六.添加乳酸對(duì)耦合系統(tǒng)合成PHA的影響225

第七節(jié)Reutropha利用有機(jī)酸合成PHA代謝網(wǎng)絡(luò)分析226

一.真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌利用有機(jī)酸合成PHA的代謝網(wǎng)絡(luò)以及代謝流量計(jì)算226

二.單酸分批發(fā)酵代謝流量分布229

三.混合酸作碳源時(shí)PHA發(fā)酵代謝流量分布231

參考文獻(xiàn)232



第六章地衣芽孢桿菌發(fā)酵生產(chǎn)聚γ谷氨酸234

第一節(jié)聚γ谷氨酸發(fā)酵概述234

一.新型水溶性高分子材料與聚γ谷氨酸234

二.聚γ谷氨酸研究進(jìn)展235

三.生物大分子分泌機(jī)理的研究241

四.氨基酸聚合物的應(yīng)用前景242

第二節(jié)產(chǎn)聚γ谷氨酸菌株選育及搖瓶發(fā)酵條件的研究243

一.HeNe激光輻射對(duì)地衣芽孢桿菌ATCC9945A的誘變243

二.培養(yǎng)條件對(duì)聚γ谷氨酸發(fā)酵的影響246

三.聚γ谷氨酸發(fā)酵條件優(yōu)化253

四.聚γ谷氨酸搖瓶發(fā)酵過程曲線253

第三節(jié)地衣芽孢桿菌分批發(fā)酵生產(chǎn)聚γ谷氨酸條件的研究254

一.pH對(duì)聚γ谷氨酸發(fā)酵的影響254

二.溫度對(duì)聚γ谷氨酸發(fā)酵的影響256

三.攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)聚γ谷氨酸發(fā)酵的影響257

四.通氣量對(duì)聚γ谷氨酸發(fā)酵的影響258

五.分批發(fā)酵培養(yǎng)條件的優(yōu)化與控制258

第四節(jié)細(xì)菌聚γ谷氨酸合成及分泌機(jī)制的研究259

一.菌株的形態(tài)及聚γ谷氨酸分泌的電鏡分析259

二.地衣芽孢桿菌無細(xì)胞體系的初步研究260

三.地衣芽孢桿菌聚γ谷氨酸的合成機(jī)制分析262

四.地衣芽孢桿菌聚γ谷氨酸的分泌機(jī)制研究263

五.地衣芽孢桿菌聚γ谷氨酸的分泌機(jī)制分析266

第五節(jié)地衣芽孢桿菌生產(chǎn)聚γ谷氨酸多相體系中流變性能的研究267

一.剪切應(yīng)力與剪切速率的擬合關(guān)系267

二.黏度與剪切速率的關(guān)系268

三.黏度與溫度的關(guān)系268

四.聚γ谷氨酸的動(dòng)態(tài)黏彈性268

五.聚γ谷氨酸溶液的觸變性研究270

第六節(jié)地衣芽孢桿菌產(chǎn)生的聚γ谷氨酸的純化及性質(zhì)272

一.聚γ谷氨酸的純化272

二.硅膠薄層層析272

三.聚γ谷氨酸的性質(zhì)272

四.聚γ谷氨酸的抑菌活性274

五.聚γ谷氨酸高聚物的熱行為分析274

六.聚γ谷氨酸高聚物的力學(xué)松弛——黏彈性研究275

第七節(jié)地衣芽孢桿菌產(chǎn)生的聚γ谷氨酸高聚物的分析與表征276

一.聚γ谷氨酸的FTIR分析276

二.聚γ谷氨酸的13C.1HNMR結(jié)構(gòu)分析276

三.聚γ谷氨酸的圓二色性與溶液二級(jí)結(jié)構(gòu)277

四.聚γ谷氨酸的X射線衍射分析279

五.聚γ谷氨酸的織態(tài)結(jié)構(gòu)及其交聯(lián)觀察279

參考文獻(xiàn)280



第七章谷氨酸棒桿菌發(fā)酵生產(chǎn)新型蛋白聚糖類生物絮凝劑281

第一節(jié)生物絮凝劑發(fā)酵生產(chǎn)概述281

一.絮凝劑的應(yīng)用現(xiàn)狀281

二.生物絮凝劑的基礎(chǔ)研究282

三.國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)和存在的問題287

第二節(jié)絮凝劑高產(chǎn)菌的篩選及菌種鑒定288

一.絮凝劑高產(chǎn)菌菌種分離289

二.絮凝劑高產(chǎn)菌A11菌種鑒定290

第三節(jié)生物絮凝劑REA11的分離純化及其組成分析291

一.生物絮凝劑產(chǎn)生菌生長(zhǎng)與代謝基本特性292

二.生物絮凝劑REA11的分離純化293

三.生物絮凝劑REA11的純度鑒定295

四.生物絮凝劑REA11的分子組成鑒定295

第四節(jié)營養(yǎng)條件對(duì)生物絮凝劑REA11合成的影響298

一.碳氮源對(duì)谷氨酸棒桿菌合成絮凝劑的影響298

二.營養(yǎng)物濃度對(duì)絮凝劑合成的影響300

三.搖瓶發(fā)酵補(bǔ)料實(shí)驗(yàn)302

四.無機(jī)離子對(duì)絮凝劑合成的影響302

五.環(huán)境條件對(duì)谷氨酸棒桿菌合成生物絮凝劑的影響303

第五節(jié)谷氨酸棒桿菌合成生物絮凝劑REA11的機(jī)理研究303

一.谷氨酸棒桿菌合成生物絮凝劑REA11的代謝途徑的理論構(gòu)建304

二.生物絮凝劑理論代謝途徑的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證305

第六節(jié)谷氨酸棒桿菌合成生物絮凝劑REA11代謝模型建立與代謝網(wǎng)絡(luò)分析315

一.谷氨酸棒桿菌合成生物絮凝劑REA11代謝網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建316

二.代謝網(wǎng)絡(luò)分析理論318

三.分批發(fā)酵不同階段的代謝網(wǎng)絡(luò)模型319

四.不同溶解氧水平下生物絮凝劑合成的代謝網(wǎng)絡(luò)模型322

五.代謝模型的驗(yàn)證322

六.生物絮凝劑REA11合成過程中ATP的需求與供給323

七.代謝節(jié)點(diǎn)對(duì)生物絮凝劑REA11合成的影響324

第七節(jié)生物絮凝劑REA11的液體流變性質(zhì)及應(yīng)用條件研究325

一.生物絮凝劑REA11溶液的流變學(xué)行為326

二.生物絮凝劑REA11的應(yīng)用研究328

參考文獻(xiàn)330



第八章南極假絲酵母利用不同碳源生產(chǎn)新型生物表面活性劑332

第一節(jié)生物表面活性劑生產(chǎn)概述332

一.表面活性劑與生物表面活性劑332

二.甘露糖赤蘚糖醇脂的性質(zhì)及微生物生產(chǎn)方法334

三.生物表面活性劑的應(yīng)用335

第二節(jié)南極假絲酵母以豆油為底物發(fā)酵生產(chǎn)甘露糖赤蘚糖醇脂337

一.南極假絲酵母生產(chǎn)甘露糖赤蘚糖醇脂的搖瓶發(fā)酵條件337

二.南極假絲酵母生產(chǎn)甘露糖赤蘚糖醇脂的發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化340

三.南極假絲酵母生產(chǎn)甘露糖赤蘚糖醇脂發(fā)酵培養(yǎng)基的響應(yīng)面分析341

第三節(jié)南極假絲酵母生產(chǎn)甘露糖赤蘚糖醇脂分批發(fā)酵動(dòng)力學(xué)及代謝機(jī)理344

一.南極假絲酵母分批發(fā)酵生產(chǎn)甘露糖赤蘚糖醇脂345

二.南極假絲酵母分批發(fā)酵生產(chǎn)甘露糖赤蘚糖醇脂的菌體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)345

三.甘露糖赤蘚糖醇脂的代謝機(jī)理初探346

第四節(jié)南極假絲酵母生產(chǎn)甘露糖赤蘚糖醇脂的分離純化349

一.從發(fā)酵液中提取甘露糖赤蘚糖醇脂349

二.甘露糖赤蘚糖醇脂的純化研究350

三.甘露糖赤蘚糖醇脂的物理化學(xué)性質(zhì)352

第五節(jié)南極假絲酵母以疏水性碳源為底物生產(chǎn)生物表面活性劑353

一.南極假絲酵母在烷烴底物中產(chǎn)生表面活性物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)354

二.不同結(jié)構(gòu)烷烴對(duì)南極假絲酵母生產(chǎn)生物表面活性劑的影響355

三.南極假絲酵母以正十一烷為底物的基本發(fā)酵條件356

第六節(jié)從南極假絲酵母的正十一烷發(fā)酵液中分離提取生物表面活性劑359

一.正十一烷發(fā)酵液中表面活性產(chǎn)物的初步分離359

二.表面活性產(chǎn)物的薄層層析分離360

三.表面活性產(chǎn)物結(jié)構(gòu)中基本官能團(tuán)的確定及其命名360

四.表面活性物質(zhì)BSUC的基本表面性質(zhì)361

第七節(jié)新型生物表面活性劑BSUC對(duì)南極假絲酵母代謝烷烴能力的影響361

一.BSＵＣ對(duì)南極假絲酵母代謝正十一烷的影響362

二.BSUC對(duì)南極假絲酵母代謝其他烷烴的影響363

三.BSUC對(duì)南極假絲酵母細(xì)胞表面性質(zhì)的作用364

四.BSUC增強(qiáng)南極假絲酵母細(xì)胞吸附作用的機(jī)制366

第八節(jié)南極假絲酵母攝取烷烴模式與代謝途徑研究368

一.南極假絲酵母的正十一烷發(fā)酵過程分析368

二.正構(gòu)烷烴降解及生物表面活性劑生產(chǎn)代謝途徑的理論分析369

三.生物表面活性劑在烷烴攝取模式中的地位372

參考文獻(xiàn)376