《新一代發酵工程技術》是2021年科學出版社出版的圖書。
基本介紹
- 書名：新一代發酵工程技術
- 作者：周景文、陳堅
- 出版社：科學出版社
- 出版時間：2021年
- ISBN：9787030684059
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
本書主要介紹了近年來發酵工程技術的**進展和未來發展趨勢，包括發酵微生物菌種高通量篩選技術、基因快速編輯組裝與表達調控技術、微生物細胞系統改造與精準調控，以及微型反應器與組合最佳化技術、基於多參數檢測分析與組學技術的發酵過程實時動態最佳化與控制、發酵產品的聯產技術、典型發酵產品的流程重構技術等，提出了新一代發酵工程技術的概念和內涵。在此基礎上，針對新一代發酵工程技術的發展現狀，以未來食品涉及的發酵技術為例，介紹了發酵工程技術今後面臨的任務和挑戰。
圖書目錄
第1章 緒論 1
1.1 發酵工程基本內容和發展歷史 1
1.1.1 天然發酵階段—以食品作為主要目標產品的發酵（1680年以前） 2
1.1.2 純種培養發酵階段—從生活資料向生產資料的轉變（1680～1928年） 3
1.1.3 從厭氧發酵到好氧發酵—發酵工程目標產物的拓展（1929～1940年） 4
1.1.4 從自然篩選到定向選擇—發酵工程技術水平的不斷提升（1940～1980年） 4
1.2 20世紀80年代後的發酵工程技術 5
1.2.1 菌種選育—從誘變篩選到代謝工程改造與最佳化 6
1.2.2 過程控制—從離線控制到線上精準控制 7
1.2.3 分離技術—全流程綠色環保的下游技術 7
1.2.4 發酵工程對其他行業的支撐作用 8
1.3 新一代發酵工程技術 14
1.3.1 21世紀人類發展面臨的主要問題 14
1.3.2 新一代發酵工程的支撐技術 19
1.3.3 新一代發酵工程技術的主要研究內容 22
1.3.4 新一代發酵工程技術安全性與倫理問題 26
1.3.5 工業生物技術 28
參考文獻 29
第2章 發酵微生物菌種高通量篩選技術 31
2.1 發酵微生物選育技術概述 31
2.1.1 工業發酵過程的關鍵問題 31
2.1.2 高通量篩選技術 32
2.2 微生物菌種多樣性的獲得 33
2.2.1 物理誘變 33
2.2.2 化學誘變 34
2.2.3 適應性進化 34
2.2.4 基因工程改造 35
2.3 目標產物的快速定量方法 37
2.3.1 紫外-可見光光譜檢測模型 37
2.3.2 螢光光譜檢測模型 38
2.3.3 基於電化學感測器的篩選模型 39
2.3.4 基於生物感測器的螢光光譜檢測模型 40
2.3.5 基於拉曼光譜、傅立葉變換紅外光譜和近紅外光譜的檢測模型 41
2.4 基於多孔板的高通量篩選技術及套用實例 42
2.4.1 基於多孔板高通量篩選系統流程的構建 42
2.4.2 套用實例1：高產α -酮戊二酸解脂亞洛酵母菌株的篩選 43
2.4.3 套用實例2：定向進化酪氨酸酚裂解酶強化全細胞催化合成左旋多巴 54
2.5 基於流式分選和多孔板篩選的高通量篩選技術及套用實例 63
2.5.1 基於流式分選和多孔板篩選的高通量篩選系統流程的構建 63
2.5.2 套用實例1：高產阿維菌素的阿維鏈黴菌的篩選 65
2.5.3 套用實例2：高產紅曲色素的紫紅麴黴的篩選 75
2.5.4 套用實例3：基於梯度強度啟動子-5'-UTR及定向進化強化大腸桿菌合成柚皮素 83
2.6 基於微流控和流式分選的高通量篩選技術 95
2.6.1 基於微流控和流式分選的高通量篩選系統流程的構建 95
2.6.2 套用pH感應器篩選強化丙酮酸的生產 97
2.7 工業發酵微生物菌種高通量篩選技術展望 110
參考文獻 112
第3章 基因快速編輯組裝與表達調控技術 114
3.1 微生物細胞基因工程改造技術概述 114
3.1.1 基因工程技術 115
3.1.2 基因工程的發展歷程 115
3.1.3 基因工程技術的開發 116
3.2 DNA體外快速編輯技術 118
3.2.1 易錯PCR 118
3.2.2 DNA改組 120
3.2.3 RECODE 122
3.3 高效DNA無縫組裝技術 127
3.3.1 Golden Gate組裝 127
3.3.2 Gibson組裝 128
3.3.3 DATEL組裝 130
3.4 基於質粒系統的基因表達技術 133
3.4.1 質粒簡介與分類 133
3.4.2 質粒的資料庫與繪製軟體 133
3.4.3 質粒表達系統在生物技術領域的套用 134
3.4.4 新型質粒表達系統 135
3.4.5 未來質粒表達系統的展望 139
3.5 基因敲除與基因整合技術 140
3.5.1 基因組改造 140
3.5.2 基因重組方式 140
3.5.3 基因敲除與整合技術 141
3.6 基因的表達調控技術 146
3.6.1 乳糖操縱子調控模型 147
3.6.2 細菌sRNA在表達調控中的套用 148
3.6.3 MS-DOS調控系統 151
3.6.4 CRISPR/dCas9調控系統 155
3.7 基因組精簡與基因組人工合成技術 157
3.7.1 基因組精簡策略 158
3.7.2 人工合成基因組 160
3.8 本章小結 163
參考文獻 164
第4章 微生物細胞系統改造與精準調控 166
4.1 微生物細胞代謝過程及其調控機制 166
4.1.1 微生物細胞代謝過程概述 166
4.1.2 碳吸收與分解代謝的調控 167
4.1.3 中心碳代謝途徑及其調控 167
4.1.4 能量代謝的調控 170
4.1.5 氮吸收與代謝的調控 171
4.1.6 胺基酸的攝取與代謝的調控 172
4.1.7 蛋白質合成的調控 173
4.2 微生物代謝過程的經典調控策略 174
4.2.1 微生物代謝經典調控策略概述 174
4.2.2 理性代謝工程 174
4.2.3 反向代謝工程 177
4.2.4 進化工程 178
4.3 微生物代謝過程的靜態精準調控 179
4.3.1 代謝過程靜態調控策略簡介 179
4.3.2 基於啟動子工程的精準靜態調控 180
4.3.3 基於核糖體結合序列文庫的精準靜態調控 181
4.3.4 基於蛋白支架自組裝的精準靜態調控 182
4.3.5 模組化工程 183
4.4 微生物代謝過程的動態調控 185
4.4.1 代謝過程動態調控策略簡介 185
4.4.2 基於回響外源添加誘導物的動態調控策略 186
4.4.3 基於回響細胞自身中間代謝物濃度的動態調控策略 186
4.4.4 基於特殊元件或回響特殊條件的動態調控策略 187
4.4.5 基於打開-關閉邏輯的兩段式以及基於雙向回響元件往復式邏輯的動態調控策略 189
4.5 微生物代謝過程的能量代謝與輔因子調控策略 190
4.5.1 能量代謝與輔因子調控的重要性 190
4.5.2 調整碳源種類及改造碳源吸收途徑以調控ATP的供給 191
4.5.3 控制pH以調控ATP的供給 191
4.5.4 調控呼吸鏈反應強度調節ATP的供給 192
4.5.5 代謝工程改造調節ATP的合成或消耗途徑 192
4.5.6 調控消耗ATP的無效循環提高化學品合成效率 192
4.5.7 使用NADP(H)非依賴性反應維持細胞內輔因子平衡 193
4.5.8 合理的途徑設計維持輔因子平衡 194
4.6 基於亞細胞結構的微生物細胞精準調控 195
4.6.1 基於亞細胞結構的微生物代謝調控概述 195
4.6.2 線粒體工程 196
4.6.3 過氧化物酶體工程 198
4.6.4 內質網和高爾基體工程 200
4.7 生物信息學策略指導的微生物細胞系統改造 201
4.7.1 生物信息學對微生物細胞系統改造的重要性 201
4.7.2 基於組學的微生物細胞系統改造 201
4.7.3 基因規模代謝網路模型 204
參考文獻 206
第5章 微型反應器與組合最佳化技術 209
5.1 發酵過程最佳化的複雜性與微型反應器技術 210
5.2 微型生物反應器技術 215
5.2.1 微型生物反應器的類型 215
5.2.2 微型生物反應器技術簡介 217
5.3 微型生物反應器流體力學分析方法 222
5.3.1 攪拌式微型生物反應器的流體力學特性 222
5.3.2 攪拌式微型生物反應器能量耗散速率的測量與模擬 226
5.3.3 振盪型微型生物反應器內流體力學特性 227
5.3.4 振盪型微型生物反應器內流體力學研究 230
5.4 基於微型生物反應器的發酵條件組合最佳化技術 231
5.4.1 實驗設計 232
5.4.2 實驗設計軟體與微型反應器系統整合 234
5.4.3 發酵條件組合最佳化實例 235
5.4.4 其他基於微型反應器的發酵條件最佳化方法 236
5.5 微型生物反應器支撐的發酵過程放大技術 237
5.5.1 發酵過程的放大和縮小 237
5.5.2 基於微型反應器的發酵工藝放大 239
5.5.3 微型反應器的發展方向 241
參考文獻 242
第6章 基於多參數檢測分析與組學技術的發酵過程實時動態最佳化與控制 245
6.1 發酵過程中的過程參數的檢測方法 246
6.1.1 物理參數 247
6.1.2 化學參數 247
6.1.3 生物參數 250
6.2 基於多參數過程分析技術的發酵過程實時與動態最佳化 253
6.2.1 傳統發酵過程控制與最佳化技術 253
6.2.2 發酵過程控制與最佳化技術的發展與趨勢 255
6.2.3 基於PAT平台最佳化糖基化畢赤酵母產人類干擾素α2b的發酵過程 259
6.3 基於代謝物組學分析的發酵過程最佳化技術 263
6.3.1 代謝物組學及其相關技術 264
6.3.2 基於代謝物組學分析的丙酸發酵過程最佳化 265
6.3.3 小結 272
6.4 基於過程分析技術的發酵過程自動控制 272
6.4.1 發酵過程檢測的轉變：從點源數據到面源數據 272
6.4.2 發酵過程控制：從結果控制到過程控制 275
6.4.3 發酵過程監控：從兩端化的監控到過程預警 282
6.4.4 發酵過程持續改進：從產品保證到產品提升 286
參考文獻 288
第7章 發酵產品的聯產技術 291
7.1 發酵產品聯產的必要性 291
7.2 解脂亞洛酵母聯產α-酮戊二酸和丙酮酸 293
7.2.1 α-酮戊二酸和丙酮酸的套用 293
7.2.2 α-酮戊二酸和丙酮酸的生產方法 294
7.2.3 解脂亞洛酵母聯產α-酮戊二酸和丙酮酸的必要性 295
7.2.4 解脂亞洛酵母聯產α-酮戊二酸和丙酮酸的基因工程改造 297
7.2.5 解脂亞洛酵母聯產α-酮戊二酸和丙酮酸發酵過程最佳化 302
7.2.6 α-酮戊二酸和丙酮酸聯產的耦合分離提取 311
7.3 鈍齒棒桿菌聯產L-精氨酸和聚-β-羥基丁酸酯 320
7.3.1 L-精氨酸與聚-β-羥基丁酸酯的套用 320
7.3.2 L-精氨酸與聚-β-羥基丁酸酯的生產方法 321
7.3.3 聯產L-精氨酸與聚-β-羥基丁酸酯的鈍齒棒桿菌的構建及調控 323
7.3.4 重組鈍齒棒桿菌聯產L-精氨酸與聚-β-羥基丁酸酯的過程最佳化 326
7.3.5 聯產L-精氨酸和聚-β-羥基丁酸酯的分離提取 328
7.4 丙酸桿菌聯產丙酸和維生素B12 328
7.4.1 丙酸桿菌屬細菌的表征及套用 328
7.4.2 丙酸的生物合成 330
7.4.3 丙酸桿菌中丙酸生物合成途徑的調控 332
