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第1章 多级生物加工系统的原理和技术进展1

1.1概述1

1.2一级生物加工过程优化的原理与技术3

1.2.1一级生物加工过程优化的基本特征4

1.2.2一级生物加工过程优化与控制的主要内容及步骤4

1.3二级生物加工过程优化的原理与技术7

1.3.1生物转化的基本特征7

1.3.2生物转化过程的主要内容及步骤8

1.4三级生物加工过程优化的原理与技术11

1.4.1三级生物加工的基本特征12

1.4.2三级生物加工优化与控制实例12

参考文献20

第2章 兽疫链球菌发酵生产透明质酸过程优化与控制22

2.1概述22

2.2 HA发酵过程的混合与传质特性24

2.2.1 HA分批发酵过程代谢动力学25

2.2.2 HA分批发酵混合与传质动力学25

2.2.3添加氧载体正十二烷对S.zooepidemicus发酵生产HA的影响27

2.2.4 HA发酵系统传质特性的模型化研究31

2.3降解透明质酸提高发酵系统的混合与传质效率33

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34

2.3.2添加透明质酸酶对HA发酵代谢动力学的影响34

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36

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36

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37

2.4转变产能途径、提高产能效率优化透明质酸发酵38

2.4.1恒化培养体系中H2O2流加浓度对HA发酵的影响39

2.4.2分批培养中H2O2流加浓度对HA发酵的影响41

2.4.3间歇性pH胁迫策略对HA发酵的影响42

2.5基于细胞生理代谢特性的透明质酸发酵优化与控制43

2.5.1 HA发酵过程中氨基酸代谢动力学44

2.5.2添加核苷酸碱基对HA发酵过程的影响45

2.5.3添加关键营养因子对HA发酵过程的影响46

2.6透明质酸发酵过程培养模式优化研究47

2.6.1分批培养代谢动力学47

2.6.2补料分批培养对HA发酵的影响49

2.6.3两阶段培养模式对HA发酵的影响50

参考文献51

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53

3.1概述53

3.2大肠杆菌腺苷脱氨酶缺失对耦合系统ATP再生的影响55

3.2.1腺苷脱氨酶缺失对大肠杆菌利用腺苷的影响56

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57

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57

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57

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58

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59

3.3.1构建腺苷脱氨酶和腺嘌呤脱氨酶双基因缺失菌株60

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61

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61

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62

3.3.5外加ATP条件下重组大肠杆菌E.coli△add/ade合成谷胱甘肽过程中腺嘌呤核苷（酸）分析62

3.3.6 E.coli△add/ade（pBV03）和S.cerevisiae WSH2组成的耦合系统合成GSH62

3.4大肠杆菌生物合成谷胱甘肽过程中的关键降解酶63

3.4.1大肠杆菌合成谷胱甘肽过程中的降解分析63

3.4.2大肠杆菌中降解谷胱甘肽的关键酶64

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64

3.4.4大肠杆菌三肽酶缺失突变株合成GSH的研究65

3.4.5重组大肠杆菌△add/ade/pep T的构建过程66

3.4.6重组大肠杆菌△add/ade/pep T对腺苷的代谢66

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66

3.4.8耦合系统合成GSH67

3.5用于生物合成谷胱甘肽的大肠杆菌细胞通透性处理方式68

3.5.1重组大肠杆菌JW1667（pBV03）的构建过程68

3.5.2大肠杆菌lpp基因敲除对细胞生长代谢的影响69

3.5.3大肠杆菌lpp基因敲除对其合成GSH能力的影响69

3.5.4 lpp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70

3.6用于生物合成谷胱甘肽的ATP再生系统运行机制71

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71

3.6.2酿酒酵母WSH2中腺苷和腺嘌呤代谢分析72

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73

3.6.4推迟重组大肠杆菌耦合对耦合系统合成GSH的影响74

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75

参考文献76

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78

4.1概述78

4.2维生素C生产菌株间生理依赖关系的调控80

4.2.1 B.megaterium对K.vulgare生长和产酸的影响81

4.2.2溶菌酶对K.vulgare和B.megaterium静息细胞的影响81

4.2.3溶菌酶对2-KLG生产的影响82

4.2.4适量添加溶菌酶的分批发酵实验83

4.3 K.vulgare全基因组测序与功能基因分析84

4.3.1基因组的基本特性85

4.3.2复制与修复86

4.3.3转录与翻译87

4.3.4碳水化合物的代谢与转运87

4.3.5氨基酸和辅酶的代谢88

4.3.6与2-KLG合成相关酶的编码基因88

4.3.7 K.vulgare进化关系89

4.4 B.megaterium全基因组测序与功能基因组分析90

4.4.1基因组的基本特性91

4.4.2复制与修复92

4.4.3转录与翻译93

4.4.4碳水化合物代谢与转运93

4.4.5氨基酸和辅酶的代谢93

4.4.6芽孢形成94

4.4.7蛋白质分泌94

4.4.8 B.megaterium WSH-002进化关系94

4.4.9 B.megaterium WSH-002与K.vulgare WSH-001基因组比较94

4.5基于蛋白质组学的两菌关系解析96

4.5.1 B.megaterium伴生与否时K.vulgare胞内蛋白质2-DE图谱分析96

4.5.2 K.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97

4.5.3 B.megaterium对K.vulgare代谢途径的影响98

4.6维生素C发酵菌株全合成培养基的研究100

4.6.1玉米浆批次对维生素C发酵的影响101

4.6.2生产批次对玉米浆成分的影响101

4.6.3玉米浆主要成分与2-KLG生产的线性相关性分析103

4.6.4关键因素对2-KLG生产的影响104

4.6.5关键组分亚适量供给下的分批发酵过程105

参考文献105

第5章 1，3-丙二醇生物合成过程及其优化与控制107

5.1引言107

5.2 1，3-丙二醇的生产方法108

5.2.1化学法108

5.2.2生物转化法109

5.3甘油生物歧化为1，3-丙二醇的代谢工程110

5.3.1甘油生物歧化为1，3-丙二醇的菌种110

5.3.2甘油生物歧化为1，3-丙二醇的代谢途径112

5.3.3甘油生物歧化为1，3-丙二醇代谢通量分析113

5.4甘油生物歧化为1，3-丙二醇过程的动力学与优化116

5.4.1非线性动力学和动态行为的研究116

5.4.2过量代谢动力学117

5.4.3酶催化动力学118

5.4.4单反应器、双反应器优化128

5.5 1，3-丙二醇的提取分离131

5.5.1发酵液中1，3-丙二醇分离概述131

5.5.2 1，3-丙二醇发酵液中固态物质和菌体的去除132

5.5.3 1，3-丙二醇的粗分离132

5.5.4 1，3-丙二醇的纯化136

5.5.5超滤-醇沉工艺分离发酵液中的1，3-丙二醇136

5.5.6盐析萃取工艺分离发酵液中的1，3-丙二醇137

参考文献139

第6章 二羟基丙酮生物合成过程的优化与控制140

6.1概述140

6.2产二羟基丙酮微生物及其快速筛选方法142

6.3二羟基丙酮生物合成调控机制144

6.4产二羟基丙酮微生物代谢特性分析146

6.4.1氧化葡糖杆菌代谢甘油的途径分析147

6.4.2通风量对氧化葡糖杆菌代谢的影响147

6.4.3 pH值对氧化葡糖杆菌代谢的影响149

6.5二羟基丙酮生产工艺条件优化152

6.5.1微生物发酵法生产二羟基丙酮152

6.5.2整体细胞生物转化法生产二羟基丙酮155

6.6应用代谢工程方法调控二羟基丙酮生物合成156

参考文献157

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161

7.1概述161

7.2产氢产酸/同型产乙酸耦合作用提高乙酸产率162

7.2.1加热种泥与未加热种泥产酸比较163

7.2.2产氢产酸/同型产乙酸耦合作用促进乙酸产生163

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166

7.2.4耦合系统和对照系统发酵过程中pH值的变化166

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167

7.2.6氢抑制的解除促进中间产物向乙酸的转化168

7.3产氢产酸/同型产乙酸耦合系统产酸条件优化169

7.3.1底物浓度对耦合系统生产乙酸的影响169

7.3.2初始pH值对产酸过程的影响170

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173

7.3.4耦合系统乙酸生产优化条件的确定175

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176

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177

7.4.2耦合系统的传质模型及动力学分析179

7.4.3基于耦合系统乙酸直接来源的分析182

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183

7.5.1基于分批补料的耦合系统运行稳定性分析184

7.5.2基于T-RFLP分析的产酸微生物群落结构185

7.5.3同型产乙酸菌群的定量PCR分析187

7.5.4耦合系统生产乙酸关键酶活性及代谢机理分析188

参考文献189

第8章 有机废物厌氧消化过程中的乙酸累积机理191

8.1概述191

8.2厌氧生境中同型乙酸菌的定量方法193

8.2.1 FTHFS基因定量可行性193

8.2.2 FTHFS引物特异性193

8.2.3新引物设计及验证194

8.2.4 Real-time PCR条件优化196

8.2.5 Real-time PCR的灵敏度和检测限197

8.2.6环境样品的FT HFS基因的定量198

8.2.7富集培养与温度对同型乙酸菌生长的影响199

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200

8.3.1抑制剂浓度对产甲烷过程的影响201

8.3.2产甲烷抑制剂对发酵产酸过程的影响202

8.3.3产甲烷抑制剂对产氢产乙酸过程的影响202

8.4产甲烷抑制剂对古细菌群落及同型产乙酸的影响205

8.4.1不同抑制模型下酸气累积状况205

8.4.2热力学分析206

8.4.3厌氧污泥古细菌群落结构207

8.4.4产甲烷抑制剂作用下的产甲烷种群动力学209

8.4.5产甲烷抑制状态下的同型乙酸菌群动力学210

8.5产甲烷抑制状态下发酵产酸菌群生态学212

8.5.1不同抑制模型下丙酸和丁酸累积状况212

8.5.2 T-RFLP网络比对212

8.5.3厌氧污泥细菌群落结构214

8.5.4非产甲烷菌群动力学215

8.5.5产氢产乙酸过程220

8.6产甲烷抑制状态下有机物的碳流分析221

8.6.1稳定性同位素13C比例判断产甲烷途径222

8.6.2有机碳平衡分析223

8.6.3产甲烷抑制状态下[U-14C]葡萄糖和[2-14C]乙酸的转化224

8.6.4产甲烷抑制状态下乙酸累积的微生物机理模型224

参考文献226

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228

9.1概述228

9.2厌氧发酵产酸的有机废物预处理技术230

9.2.1污泥浓度对挥发性短链脂肪酸产率的影响231

9.2.2预处理技术对污泥有机质融出率的影响235

9.2.3预处理后固相和液相成分的变化235

9.2.4预处理技术对污泥颗粒粒径的影响236

9.2.5预处理技术对污泥颗粒表观结构的影响237

9.2.6预处理技术对总挥发性脂肪酸产率的影响238

9.2.7预处理技术对挥发性短链脂肪酸分布特征的影响238

9.2.8预处理技术对酸化过程固相和液相成分的影响239

9.2.9热-碱预处理污泥产酸动力学分析241

9.3碱性条件强化有机废物蛋白质厌氧发酵产酸243

9.3.1 pH对总挥发性短链脂肪酸产率的影响243

9.3.2 pH对发酵初始可溶性蛋白质和碳水化合物浓度的影响244

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244

9.3.4 pH对发酵过程蛋白质浓度的影响248

9.4酸碱调控有机废物厌氧发酵产酸的微生物学机理249

9.4.1 pH对发酵过程挥发性短链脂肪酸分布特征和产率的影响249

9.4.2 pH对发酵气相产物的影响251

9.4.3 pH对微生物种群结构的影响252

9.4.4不同pH值条件下乙酸累积的微生物学机理分析254

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255

9.5 C/N调控有机废物厌氧发酵产酸类型及其代谢机理257

9.5.1 C/N对发酵产酸类型的影响258

9.5.2 C/N对产酸过程气相组分变化的影响259

9.5.3不同C/N条件下产酸微生物群落分析260

9.5.4不同发酵产酸类型代谢机理分析263

9.6嗜热子囊菌利用短链有机酸发酵生产角质酶264

9.6.1嗜热放线菌利用单种有机酸发酵生产角质酶265

9.6.2嗜热放线菌利用丁酸生产角质酶的环境条件优化271

9.6.3嗜热放线菌利用混合有机酸发酵生产角质酶277

参考文献281