多級生物加工系統最佳化原理與技術

多級生物加工系統最佳化原理與技術

所屬類別

科技 >> 生物 >> 生物技術

作者：陳堅、劉龍 等編著

叢書名：工業生物技術過程科學叢書

出版日期：2013年12月 書號：978-7-122-18213-5

開本：16K　787×1092　1/16 裝幀：精 版次：1版1次 頁數：288頁

本書以相關項目研究成果為基礎，從原料—轉化—分離—廢物資源化等生物過程複雜系統的整體性角度出發，闡述原料利用、轉化反應、產物分離和廢物資源化的相互作用和影響，介紹將上游生物轉化與下游產物分離有機結合的最佳化策略，以及廢物流的分流處理和綜合利用。書中還結合具體的研究實例，系統介紹生物加工過程的綠色製造和無廢製造。

本書具有較強的原創性和實用性，可供生物工程、生物技術、發酵工程、環境科學、食品工程、生物能源等領域的研究生、相關研究人員與企業技術人員參考閱讀。

目錄

第1章多級生物加工系統的原理和技術進展

11概述1

12一級生物加工過程最佳化的原理與技術3

121一級生物加工過程最佳化的基本特徵4

122一級生物加工過程最佳化與控制的主要內容及步驟4

13二級生物加工過程最佳化的原理與技術7

131生物轉化的基本特徵7

132生物轉化過程的主要內容及步驟8

14三級生物加工過程最佳化的原理與技術11

141三級生物加工的基本特徵12

142三級生物加工最佳化與控制實例12

參考文獻20

第2章獸疫鏈球菌發酵生產透明質酸過程最佳化與控制

21概述22

22HA發酵過程的混合與傳質特性24

221HA分批發酵過程代謝動力學25

222HA分批發酵混合與傳質動力學25

223添加氧載體正十二烷對Szooepidemicus發酵生產HA的影響27

224HA發酵系統傳質特性的模型化研究31

23降解透明質酸提高發酵系統的混合與傳質效率33

231添加透明質酸酶對HA發酵系統混合與傳質特性的研究34

232添加透明質酸酶對HA發酵代謝動力學的影響34

233氧化還原反應（過氧化氫/抗壞血酸）降解HA的條件研究36

234添加過氧化氫/抗壞血酸對HA發酵系統混合與傳質特性的影響36

235添加過氧化氫/抗壞血酸對HA發酵代謝動力學的影響37

24轉變產能途徑、提高產能效率最佳化透明質酸發酵38

241恆化培養體系中H2O2流加濃度對HA發酵的影響39

242分批培養中H2O2流加濃度對HA發酵的影響41

243間歇性pH脅迫策略對HA發酵的影響42

25基於細胞生理代謝特性的透明質酸發酵最佳化與控制43

251HA發酵過程中胺基酸代謝動力學44

252添加核苷酸鹼基對HA發酵過程的影響45

253添加關鍵營養因子對HA發酵過程的影響46

26透明質酸發酵過程培養模式最佳化研究47

261分批培養代謝動力學47

262補料分批培養對HA發酵的影響49

263兩階段培養模式對HA發酵的影響50

參考文獻51

第3章重組大腸桿菌釀酒酵母耦合系統高效合成谷胱甘肽的機制及其最佳化調控

31概述53

32大腸桿菌腺苷脫氨酶缺失對耦合系統ATP再生的影響55

321腺苷脫氨酶缺失對大腸桿菌利用腺苷的影響56

322腺苷脫氨酶缺失對大腸桿菌菌體生長和谷胱甘肽合成能力的影響57

323外加ATP下重組大腸桿菌合成谷胱甘肽反應體系中腺嘌呤核苷（酸）分析57

324釀酒酵母Scerevisiae WSH2以腺苷和腺嘌呤為底物合成ATP分析57

325大腸桿菌腺苷脫氨酶缺失對耦合系統中谷胱甘肽合成和ATP再生的影響58

33大腸桿菌腺苷脫氨酶和腺嘌呤脫氨酶缺失對其ATP代謝的影響59

331構建腺苷脫氨酶和腺嘌呤脫氨酶雙基因缺失菌株60

332腺苷脫氨酶和腺嘌呤脫氨酶缺失對大腸桿菌利用腺苷的影響61

333腺苷脫氨酶和腺嘌呤脫氨酶缺失對大腸桿菌利用ATP的影響61

334腺苷脫氨酶和腺嘌呤脫氨酶缺失對大腸桿菌菌體生長及GSH合成的影響62

335外加ATP條件下重組大腸桿菌Ecoli Δ add/ade合成谷胱甘肽過程中腺嘌呤核苷

（酸）分析62

336Ecoli Δ add/ade（pBV03）和Scerevisiae WSH2組成的耦合系統合成GSH62

34大腸桿菌生物合成谷胱甘肽過程中的關鍵降解酶63

341大腸桿菌合成谷胱甘肽過程中的降解分析63

342大腸桿菌中降解谷胱甘肽的關鍵酶64

343培養條件對大腸桿菌γ谷氨醯轉肽酶酶活性的影響64

344大腸桿菌三肽酶缺失突變株合成GSH的研究65

345重組大腸桿菌Δ add/ade/pep T的構建過程66

346重組大腸桿菌Δ add/ade/pep T對腺苷的代謝66

347腺苷脫氨酶、腺嘌呤脫氨酶及三肽酶缺失對菌體生長及GSH合成的影響66

348耦合系統合成GSH67

35用於生物合成谷胱甘肽的大腸桿菌細胞通透性處理方式68

351重組大腸桿菌JW1667（pBV03）的構建過程68

352大腸桿菌lpp基因敲除對細胞生長代謝的影響69

353大腸桿菌lpp基因敲除對其合成GSH能力的影響69

354lpp基因敲除和甲苯直接處理對重複利用大腸桿菌細胞生物合成GSH的影響70

36用於生物合成谷胱甘肽的ATP再生系統運行機制71

361用於生物合成GSH的耦合系統中腺苷類物質代謝分析71

362釀酒酵母WSH2中腺苷和腺嘌呤代謝分析72

363釀酒酵母中腺嘌呤脫氨酶酶活性對耦合系統ATP代謝和GSH合成能力的影響73

364推遲重組大腸桿菌耦合對耦合系統合成GSH的影響74

365重組大腸桿菌和釀酒酵母構建的生物合成GSH的耦合系統運轉機制75

參考文獻76

第4章基於生化策略與組學技術的維生素C生產菌株間生理關係解析

41概述78

42維生素C生產菌株間生理依賴關係的調控80

421Bmegaterium對Kvulgare生長和產酸的影響81

422溶菌酶對Kvulgare和Bmegaterium靜息細胞的影響81

423溶菌酶對2KLG生產的影響82

424適量添加溶菌酶的分批發酵實驗83

43Kvulgare全基因組測序與功能基因分析84

431基因組的基本特性85

432複製與修復86

433轉錄與翻譯87

434碳水化合物的代謝與轉運87

435胺基酸和輔酶的代謝88

436與2KLG合成相關酶的編碼基因88

437Kvulgare進化關係89

44Bmegaterium全基因組測序與功能基因組分析90

441基因組的基本特性91

442複製與修復92

443轉錄與翻譯93

444碳水化合物代謝與轉運93

445胺基酸和輔酶的代謝93

446芽孢形成94

447蛋白質分泌94

448Bmegaterium WSH002進化關係94

449Bmegaterium WSH002與Kvulgare WSH001基因組比較94

45基於蛋白質組學的兩菌關係解析96

451Bmegaterium伴生與否時Kvulgare胞內蛋白質2DE圖譜分析96

452Kvulgare在Bmegaterium伴生與否時產酸穩定期的胞內蛋白質組2DE差異表達

譜分析97

453Bmegaterium對Kvulgare代謝途徑的影響98

46維生素C發酵菌株全合成培養基的研究100

461玉米漿批次對維生素C發酵的影響101

462生產批次對玉米漿成分的影響101

463玉米漿主要成分與2KLG生產的線性相關性分析103

464關鍵因素對2KLG生產的影響104

465關鍵組分亞適量供給下的分批發酵過程105

參考文獻105

第5章1，3丙二醇生物合成過程及其最佳化與控制

51引言107

521,3丙二醇的生產方法108

521化學法108

522生物轉化法109

53甘油生物歧化為1,3丙二醇的代謝工程110

531甘油生物歧化為1,3丙二醇的菌種110

532甘油生物歧化為1,3丙二醇的代謝途徑112

533甘油生物歧化為1,3丙二醇代謝通量分析113

54甘油生物歧化為1,3丙二醇過程的動力學與最佳化116

541非線性動力學和動態行為的研究116

542過量代謝動力學117

543酶催化動力學118

544單眼應器、雙反應器最佳化128

551，3丙二醇的提取分離131

551發酵液中1，3丙二醇分離概述131

5521，3丙二醇發酵液中固態物質和菌體的去除132

5531，3丙二醇的粗分離132

5541，3丙二醇的純化136

555超濾醇沉工藝分離發酵液中的1，3丙二醇136

556鹽析萃取工藝分離發酵液中的1，3丙二醇137

參考文獻139

第6章二羥基丙酮生物合成過程的最佳化與控制

61概述140

62產二羥基丙酮微生物及其快速篩選方法142

63二羥基丙酮生物合成調控機制144

64產二羥基丙酮微生物代謝特性分析146

641氧化葡糖桿菌代謝甘油的途徑分析147

642通風量對氧化葡糖桿菌代謝的影響147

643pH值對氧化葡糖桿菌代謝的影響149

65二羥基丙酮生產工藝條件最佳化152

651微生物發酵法生產二羥基丙酮152

652整體細胞生物轉化法生產二羥基丙酮155

66套用代謝工程方法調控二羥基丙酮生物合成156

參考文獻157

第7章廢水產氫產酸/同型產乙酸耦合系統厭氧發酵產酸最佳化與控制

71概述161

72產氫產酸/同型產乙酸耦合作用提高乙酸產率162

721加熱種泥與未加熱種泥產酸比較163

722產氫產酸/同型產乙酸耦合作用促進乙酸產生163

723產氫產酸/同型產乙酸耦合作用強化有機底物的降解166

724耦合系統和對照系統發酵過程中pH值的變化166

725耦合系統同型乙酸化作用及產氫產酸相連續排氣效應167

726氫抑制的解除促進中間產物向乙酸的轉化168

73產氫產酸/同型產乙酸耦合系統產酸條件最佳化169

731底物濃度對耦合系統生產乙酸的影響169

732初始pH值對產酸過程的影響170

733種泥濃度對產氫速度與耗氫速度以及乙酸生產的影響173

734耦合系統乙酸生產最佳化條件的確定175

74氣體循環和分批補料提高產氫產酸/同型產乙酸耦合系統產乙酸強度和產率176

741氣體循環和分批補料提高耦合系統產乙酸強度和乙酸產率177

742耦合系統的傳質模型及動力學分析179

743基於耦合系統乙酸直接來源的分析182

75產氫產酸/同型產乙酸耦合系統產酸過程微生態種群動態及代謝機理分析183

751基於分批補料的耦合系統運行穩定性分析184

752基於TRFLP分析的產酸微生物群落結構185

753同型產乙酸菌群的定量PCR分析187

754耦合系統生產乙酸關鍵酶活性及代謝機理分析188

參考文獻189

第8章有機廢物厭氧消化過程中的乙酸累積機理

81概述191

82厭氧生境中同型乙酸菌的定量方法193

821FTHFS基因定量可行性193

822FTHFS引物特異性193

823新引物設計及驗證194

824Realtime PCR條件最佳化196

825Realtime PCR的靈敏度和檢測限197

826環境樣品的FTHFS基因的定量198

827富集培養與溫度對同型乙酸菌生長的影響199

83產甲烷抑制劑對有機廢物厭氧發酵各階段的毒性研究200

831抑制劑濃度對產甲烷過程的影響201

832產甲烷抑制劑對發酵產酸過程的影響202

833產甲烷抑制劑對產氫產乙酸過程的影響202

84產甲烷抑制劑對古細菌群落及同型產乙酸的影響205

841不同抑制模型下酸氣累積狀況205

842熱力學分析206

843厭氧污泥古細菌群落結構207

844產甲烷抑制劑作用下的產甲烷種群動力學209

845產甲烷抑制狀態下的同型乙酸菌群動力學210

85產甲烷抑制狀態下發酵產酸菌群生態學212

851不同抑制模型下丙酸和丁酸累積狀況212

852TRFLP網路比對212

853厭氧污泥細菌群落結構214

854非產甲烷菌群動力學215

855產氫產乙酸過程220

86產甲烷抑制狀態下有機物的碳流分析221

861穩定性同位素13C比例判斷產甲烷途徑222

862有機碳平衡分析223

863產甲烷抑制狀態下[U14C]葡萄糖和[214C]乙酸的轉化224

864產甲烷抑制狀態下乙酸累積的微生物機理模型224

參考文獻226

第9章城市有機廢物厭氧發酵產酸及利用有機酸發酵生產角質酶過程最佳化

91概述228

92厭氧發酵產酸的有機廢物預處理技術230

921污泥濃度對揮發性短鏈脂肪酸產率的影響231

922預處理技術對污泥有機質融出率的影響235

923預處理後固相和液相成分的變化235

924預處理技術對污泥顆粒粒徑的影響236

925預處理技術對污泥顆粒表觀結構的影響237

926預處理技術對總揮發性脂肪酸產率的影響238

927預處理技術對揮發性短鏈脂肪酸分布特徵的影響238

928預處理技術對酸化過程固相和液相成分的影響239

929熱鹼預處理污泥產酸動力學分析241

93鹼性條件強化有機廢物蛋白質厭氧發酵產酸243

931pH對總揮發性短鏈脂肪酸產率的影響243

932pH對發酵初始可溶性蛋白質和碳水化合物濃度的影響244

933不同pH值條件下可溶性蛋白質和沉澱蛋白質的熱分析244

934pH對發酵過程蛋白質濃度的影響248

94酸鹼調控有機廢物厭氧發酵產酸的微生物學機理249

941pH對發酵過程揮發性短鏈脂肪酸分布特徵和產率的影響249

942pH對發酵氣相產物的影響251

943pH對微生物種群結構的影響252

944不同pH值條件下乙酸累積的微生物學機理分析254

945強鹼性條件下揮發性短鏈脂肪酸累積的主要代謝途徑分析255

95C/N調控有機廢物厭氧發酵產酸類型及其代謝機理257

951C/N對發酵產酸類型的影響258

952C/N對產酸過程氣相組分變化的影響259

953不同C/N條件下產酸微生物群落分析260

954不同發酵產酸類型代謝機理分析263

96嗜熱子囊菌利用短鏈有機酸發酵生產角質酶264

961嗜熱放線菌利用單種有機酸發酵生產角質酶265

962嗜熱放線菌利用丁酸生產角質酶的環境條件最佳化271

963嗜熱放線菌利用混合有機酸發酵生產角質酶277

參考文獻281

索引