發酵過程最佳化原理與技術

《發酵過程最佳化原理與技術》是2009年化學工業出版社出版的圖書，作者是陳堅。本書結合作者自身完成的和同行完成的研究實例，詳盡闡明了這些最佳化控制技術的基本原理和套用策略，為讀者開展相關研究提供分析問題和解決問題的思路與方法。

基本介紹

• 書名：發酵過程最佳化原理與技術
• 作者：陳堅
• ISBN：9787122057853
• 定價：68.00元
• 出版社：化學工業出版社
• 出版時間：2009-8-1
• 開本：16開

內容簡介

以獲得高產量、高底物轉化率和高生產強度相對統一為目標的發酵過程最佳化技術，是工業生物技術的關鍵核心。本書是作者在完成10多項國家科研項目的基礎上，選擇工業生物技術中具有代表性的微生物（細菌、放線菌、黴菌和酵母），代謝特徵、營養要求、培養條件和產品特性大相逕庭的工業生物技術產品為研究對象，綜合運用微生物反應計量學、生化反應和傳遞動力學、生物反應器工程以及代謝工程理論，從最佳化微生物自身基因型、調節胞內微環境和最佳化巨觀環境這三方面，針對發酵過程中微生物表現出的特殊生理狀態進行最佳化，發展了綜合考慮生物學、動力學和物理學現象的7種發酵過程最佳化技術。

圖書目錄

第一章　緒論 第一節　發酵工程在工業生物技術系統中的地位及其研究內容

一、發酵工程處於工業生物技術體系的核心地位

二、發酵工程的研究內容

三、發酵過程最佳化的研究內容

第二節　發酵過程最佳化技術的研究與套用現狀

一、發酵過程最佳化是生物反應工程的研究前沿之一

二、基於微生物功能理解的發酵過程最佳化技術

三、高生產率和高細胞密度發酵

四、發酵過程建模與控制策略

參考文獻

第二章　基於微生物反應計量學的培養環境最佳化技術

第一節　微生物的營養與生理特性

一、微生物的營養需求與營養類型

二、營養物質進入細胞的方式

三、微生物代謝

第二節　微生物代謝體系與營養環境條件之間的關係

一、微生物對環境的適應

二、常用的培養環境最佳化方法

三、遺傳算法與人工神經網路用於培養環境的最佳化

第三節　營養與環境條件對光滑球擬酵母過量合成丙酮酸的影響

一、酵母粉質量濃度對丙酮酸發酵的影響

二、蛋白腖質量濃度對丙酮酸發酵的影響

三、豆餅水解液和無機氮源對丙酮酸發酵的影響

四、分批培養中供氧方式和培養基碳氮比對丙酮酸發酵的影響

五、葡萄糖流加培養中氮的供給對丙酮酸發酵的影響

六、關於培養基對丙酮酸發酵的影響需要考慮的問題

第四節　產朊假絲酵母發酵生產谷胱甘肽的營養及環境條件

一、碳源種類對谷胱甘肽發酵的影響

二、氮源種類對谷胱甘肽發酵的影響

三、混合無機氮源對谷胱甘肽發酵的影響

四、磷酸二氫鉀和硫酸鎂對谷胱甘肽發酵的影響

五、谷胱甘肽發酵的營養條件正交最佳化實驗

六、環境條件對谷胱甘肽發酵的影響

七、Cutilis WSH 02-08生產谷胱甘肽的搖瓶發酵過程

八、搖瓶分批補糖方式對谷胱甘肽發酵的影響

第五節　胺基酸與表面活性劑在谷胱甘肽過量合成中的作用

一、L-谷氨酸添加對谷胱甘肽發酵的影響

二、甘氨酸添加對谷胱甘肽發酵的影響

三、L-半胱氨酸在谷胱甘肽過量合成中的作用

四、表面活性劑對細胞生長的影響

五、低濃度離子型表面活性劑對谷胱甘肽合成的影響

六、高濃度離子型表面活性劑對谷胱甘肽胞外積累的影響

七、非離子型表面活性劑對谷胱甘肽合成的影響

第六節　調配維生素供給方式強化丙酮酸生產的過程功能

一、補加維生素對細胞生長和丙酮酸合成的影響

二、維生素濃度對細胞生長和丙酮酸合成的影響

三、維生素指數流加對細胞生長和丙酮酸合成的影響

四、分步指數流加維生素策略的提出

參考文獻

第三章　基於微生物代謝特性的分階段培養技術

第一節　發酵過程中微生物的代謝特性

一、微生物細胞的主要代謝途徑

二、微生物代謝調節的特性

三、基於微生物代謝特性的發酵過程控制與最佳化

第二節　透明質酸高效生產的攪拌與溶氧濃度控制策略

一、發酵體系的流變學特性與傳質性能

二、攪拌轉速對透明質酸發酵過程的影響

三、溶氧濃度對發酵生產透明質酸的影響

四、透明質酸發酵的攪拌與溶氧濃度控制策略

五、氧代謝途徑及其影響透明質酸合成的作用機制

第三節　谷氨醯胺轉胺酶分批發酵的pH及溫度控制策略

一、控制不同pH對發酵過程的影響

二、pH對細胞比生長速率及MTG比合成速率的影響

三、MTG發酵過程中pH值最佳化控制策略

四、不同溫度下的MTG分批發酵過程

五、溫度對細胞生長及產酶的影響

六、MTG分批發酵過程分階段溫度控制策略

第四節　丙酮酸分批發酵的供氧控制模式

一、丙酮酸分批發酵過程的溶氧變化情況

二、不同kLa下WSH?IP303發酵生產丙酮酸的動力學特徵

三、分階段供氧控制模式的提出和實驗驗證

參考文獻

第四章　基於反應動力學模型的最佳化技術

第一節　發酵過程中動力學模型概述

一、微生物生長的非結構動力學模型

二、微生物產物形成動力學模型

三、多底物動力學

第二節聚羥基丁酸分批發酵過程動力學模型及最佳化102

一、不同供氧水平對PHB發酵過程的影響103

二、不同初糖濃度對PHB發酵過程的影響104

三、PHB分批發酵過程分析和控制107

四、PHB分批發酵動力學108

五、PHB分批發酵過程動力學的分析111

第三節透明質酸分批發酵動力學及過程模型化112

一、理論與模型建立113

二、乳酸對透明質酸發酵的影響115

三、動力學模型參數的求解116

四、動力學模型的適用性117

五、功能單元的酶學一致性117

第四節基於動力學模型強化丙酮酸生產的過程功能120

一、基於葡萄糖濃度的丙酮酸分批發酵動力學模型120

二、基於動力學模型調控溫度強化丙酮酸發酵的過程功能126

第五節賴氨酸流加發酵與連續培養的最優控制132

一、初糖濃度對發酵的影響133

二、溶氧對發酵的影響133

三、pH對發酵的影響135

四、發酵過程的溶氧與pH控制136

五、賴氨酸分批發酵動力學138

六、分批發酵動力學模型的評價141

七、分批發酵的模型分析142

參考文獻143

第五章基於代謝通量分析的最佳化技術144

第一節代謝物及其通量分析在發酵過程中的套用144

一、微生物代謝物及代謝組學144

二、微生物代謝物分析實驗的注意事項145

三、工業微生物代謝物分析平台147

四、代謝物分析在工業微生物學中的套用148

五、代謝物分析在發酵過程最佳化中的套用151

第二節丙酮酸發酵過程的代謝網路分析152

一、代謝網路構建和代謝通量計算152

二、不同硫胺素濃度和不同DOT下的分批發酵結果156

三、不同硫胺素濃度和不同DOT下NADPH的產生與消耗159

四、不同硫胺素濃度和不同DOT下NADH的產生與消耗159

五、不同硫胺素濃度和不同DOT下ATP的產生與消耗160

六、幾個其他問題161

第三節谷胱甘肽分批發酵過程代謝網路分析164

一、Cutilis WSH 0208分批生產谷胱甘肽的代謝網路164

二、代謝通量的計算168

三、谷胱甘肽分批發酵不同階段的代謝通量分布168

四、分階段溫度控制策略下的代謝通量分布171

五、L半胱氨酸的添加對代謝通量分布的影響171

第四節谷氨醯胺轉胺酶分批發酵過程中胺基酸代謝流分析172

一、理論分析172

二、MTG分批發酵過程分析175

三、游離胺基酸對MTG發酵的影響177

四、銨離子的解交聯作用178

參考文獻179

第六章基於環境脅迫的最佳化技術181

第一節環境脅迫對微生物生理的影響181

一、工業微生物遇到的主要環境脅迫181

二、工業微生物抵禦非生宜環境的生理系統184

三、提高工業微生物對非生宜環境適應能力的策略186

第二節谷胱甘肽保護乳酸乳球菌抵抗氧、酸和冷凍脅迫187

一、半胱氨酸對乳酸乳球菌好氧生長的影響188

二、GSH對乳酸乳球菌NZ9000抵抗H2O2氧脅迫抗性的影響189

三、不同生長時期的乳酸乳球菌NZ9000對H2O2脅迫的抗性190

四、GSH對乳酸乳球菌NZ9000抵抗甲萘醌引發的氧脅迫抗性的影響190

五、GSH對乳酸乳球菌NZ9000抵抗高劑量甲萘醌引發的短時間氧脅迫抗性的影響191

六、GSH對乳酸乳球菌NZ9000的SodA缺失的互補作用192

七、GSH在乳酸乳球菌NZ9000SodA突變株中的生產193

八、GSH對乳酸乳球菌NZ9000SodA突變株好氧生長的影響193

九、GSH對乳酸乳球菌NZ9000SodA突變株抵抗氧脅迫抗性的影響194

十、GSH在乳酸乳球菌SK11中的生產194

十一、GSH對乳酸乳球菌SK11生長的影響195

十二、GSH對乳酸乳球菌SK11氧脅迫抗性的影響197

十三、GSH對乳酸乳球菌SK11酸脅迫抗性的影響197

十四、乳酸乳球菌SK11(pNZ9530/pNZ3203)和乳酸乳球菌SK11(pNZ9530/pNZ8148)

發酵液中NH+4濃度的比較198

第三節活性氧脅迫促進Bacillus spF26過量合成過氧化氫酶198

一、不同濃度H2O2在無細胞培養液中濃度變化曲線199

二、初始添加不同濃度H2O2對CAT合成的影響199

三、培養不同時期添加H2O2對CAT合成的影響199

四、發酵罐中不同濃度H2O2持續脅迫下Bacillus spF26的應激回響201

五、H2O2不同流加方式對細胞生長和CAT合成的影響205

六、添加甘露醇對H2O2脅迫下細胞生長和CAT合成的影響207

七、超氧陰離子自由基（O-2·）脅迫對CAT合成的影響208

八、不同濃度甲萘醌對CAT和SOD合成及細胞生長的影響210

九、不同濃度外源O-2·對CAT和SOD合成的影響210

十、發酵罐中不同濃度甲萘醌持續脅迫下Bacillus spF26的應激回響211

十一、溶氧濃度對Bacillus spF26對甲萘醌氧化脅迫回響的影響213

第四節pH脅迫作用促進產朊假絲酵母生產谷胱甘肽216

一、pH控制對谷胱甘肽發酵的影響217

二、發酵24h時施加低pH脅迫對GSH發酵過程的影響218

三、低pH對細胞活力及GSH胞外積累的影響218

四、低pH脅迫及補料策略對GSH發酵的影響219

第五節提高光滑球擬酵母耐受滲透壓能力加強丙酮酸生產221

一、耐受高濃度氯化鈉突變株的選育221

二、氯化鈉、山梨醇濃度對Tglabrata生長及發酵生產丙酮酸的影響222

三、連續培養篩選耐高滲突變株223

四、氯化鈉濃度對突變株與出發菌株的影響223

五、高葡萄糖濃度對突變株與出發菌株發酵生產丙酮酸的比較224

參考文獻225

第七章基於輔因子調控的最佳化技術226

第一節輔因子種類及其生理作用概述226

一、工業微生物中ATP調控策略與套用227

二、工業微生物中NADH的代謝調控229

三、工業微生物中乙醯輔酶A及其衍生物的代謝調控233

四、輔因子工程最佳化技術在發酵過程最佳化中的套用展望236

第二節調節ATP濃度調控糖酵解速率237

一、外源抑制劑降低電子傳遞鏈對Tglabrata能量代謝和酵解的影響237

二、F0F1ATPase活性降低突變株的獲得239

三、降低F0F1ATPase活性對Tglabrata能量代謝和酵解的影響241

四、ATP水平對糖酵解途徑的影響243

第三節調節NADH濃度調控丙酮酸生產強度246

一、煙酸對糖酵解速率的影響248

二、改變NADH氧化途徑加速葡萄糖消耗248

三、低溶氧下提高ADH活性加速葡萄糖消耗250

四、表達NADH氧化酶對光滑球擬酵母NADH代謝的影響253

第四節調控乙醯CoA庫促進α酮戊二酸過量積累258

一、過量表達acs2提高Tglabrata胞內乙醯CoA水平促進αKG合成259

二、過量表達pdc1提高Tglabrata胞內乙醯CoA水平促進α酮戊二酸合成262

第五節維生素在調控光滑球擬酵母中碳代謝流中的重要作用265

一、調節維生素水平阻斷碳流於丙酮酸節點266

二、提高硫胺素濃度增加丙酮酸脫氫酶途徑代謝通量266

三、提高生物素濃度增加丙酮酸羧化酶途徑代謝通量268

四、碳酸鈣對碳代謝流流向和通量大小的影響268

五、同時增加PDH和PC途徑代謝通量對代謝流分布的影響269

六、維生素和金屬元素調控碳代謝流的重要作用269

第六節金屬離子對γCGT酶生產的促進和細胞能量代謝的影響270

一、鎂、錳、鋅的添加對γCGT酶合成的影響271

二、鎂、錳、鋅的不同添加方式對細胞生長的影響272

三、發酵過程中鎂、錳、鋅的消耗情況272

四、鎂、錳、鋅添加對發酵過程中總糖消耗的影響273

五、不同金屬離子添加方式對胞內ATP和ADP含量的影響274

六、金屬離子對微生物的生理作用274

參考文獻275

第八章生物反應系統最佳化技術276

第一節系統最佳化技術概述276

第二節ATP再生系統及其在谷胱甘肽生物合成中的套用277

一、ATP再生系統277

二、ATP再生和谷胱甘肽生物合成的耦合系統281

三、生物合成谷胱甘肽種間耦合ATP再生系統的構建286

第三節生物反應與產物分離的組合系統289

一、隨程溶劑萃取290

二、滲透萃取291

三、滲透蒸發291

四、其他生物反應與產物分離技術292

五、生物反應與產物分離組合系統的發展趨勢294

參考文獻294