第一章 绪论 1
第一节 微生物发酵生产代谢产物的发展历史 1
一、生物技术的定义 1
二、微生物发酵技术的发展历史 1
第二节 微生物发酵生产代谢产物的研究与应用现状 2
一、新型酶制剂 3
二、环境友好材料 8
三、微生物多糖 9
四、生物活性产品 11
第二章 发酵技术在微生物生产代谢产物中的发展与应用 14
第一节 分批发酵技术 14
一、概述 14
二、分批发酵过程培养条件的优化 15
三、分批发酵过程的模型化研究 23
第二节 流加发酵技术 27
一、概述 27
二、流加培养原理 30
三、发酵过程中常用的流加策略 31
四、流加发酵过程的优化技术 36
第三节 高细胞密度发酵技术 46
一、概述 46
二、高细胞密度培养生长环境的优化策略 48
三、高细胞密度培养的培养模式 49
四、最大细胞密度的理论计算 52
一、代谢工程概述 55
第四节 代谢工程 55
二、代谢流量分析 59
三、代谢控制分析技术 64
四、代谢工程技术在发酵工程中的应用 68
参考文献 70
第三章 产朊假丝酵母发酵生产谷胱甘肽 71
第一节 谷胱甘肽发酵概述 71
一、谷胱甘肽性质、功能及应用 71
二、国内外生物法合成谷胱甘肽研究动态 73
三、发酵法生产谷胱甘肽研究中存在的问题 80
第二节 产朊假丝酵母发酵生产谷胱甘肽的营养及环境条件 81
一、反向传播人工神经网络基本理论 82
二、碳源种类对谷胱甘肽发酵的影响 83
三、氮源种类对谷胱甘肽发酵的影响 84
四、混合无机氮源对谷胱甘肽发酵的影响 84
五、磷酸二氢钾和硫酸镁对谷胱甘肽发酵的影响 85
六、谷胱甘肽发酵的营养条件正交优化试验 85
七、环境条件对谷胱甘肽发酵的影响 87
八、C.utilis WSH 02-08生产谷胱甘肽的摇瓶发酵过程 87
九、摇瓶分批补糖方式对谷胱甘肽发酵的影响 88
第三节 谷胱甘肽分批发酵生产及其动力学 89
一、分批发酵动力学原理 89
二、溶解氧对谷胱甘肽分批发酵的影响 90
三、pH对谷胱甘肽分批发酵的影响 92
四、温度对谷胱甘肽分批发酵的影响 95
一、流加发酵方式及原理 100
第四节 流加发酵法生产谷胱甘肽 100
二、初糖浓度对谷胱甘肽分批发酵的影响 101
三、分批补料培养生产谷胱甘肽的发酵过程 103
四、恒速流加发酵对谷胱甘肽生产的影响 103
五、指数流加发酵对谷胱甘肽生产的影响 103
六、不同培养方式下谷胱甘肽生产情况比较 105
第五节 前体氨基酸在谷胱甘肽过量合成中的作用 105
一、L-谷氨酸添加对谷胱甘肽发酵的影响 106
二、甘氨酸添加对谷胱甘肽发酵的影响 107
三、L-半胱氨酸在谷胱甘肽过量合成中的作用 108
第六节 谷胱甘肽分批发酵过程代谢网络分析 111
一、C.utilis WSH 02-08分批生产谷胱甘肽的代谢网络及计算 113
二、谷胱甘肽分批发酵不同阶段的代谢流量分布 116
三、分阶段温度控制策略下的代谢流量分布 119
四、L-半胱氨酸的添加对代谢流量分布的影响 119
第七节 表面活性剂对谷胱甘肽胞外积累的影响 120
一、表面活性剂对细胞生长的影响 121
二、低浓度离子型表面活性剂对谷胱甘肽合成的影响 122
三、高浓度离子型表面活性剂对谷胱甘肽胞外积累的影响 123
四、非离子型表面活性剂对谷胱甘肽合成的影响 124
参考文献 126
第四章 放射型根瘤菌发酵生产辅酶Q10 128
第一节 辅酶Q10发酵概述 128
一、辅酶Q10的研究背景 128
二、辅酶Q10的发酵生产 132
第二节 辅酶Q10高产菌株的选育 136
一、筛选模型的建立 136
三、不同诱变方式诱变效果的比较 137
二、不同诱变剂致死率比较 137
四、辅酶Q10高产菌的选育谱系 138
五、突变株遗传稳定性试验 140
第三节 培养条件对辅酶Q10发酵生产的影响 140
一、碳氮源对放射型根瘤菌辅酶Q10发酵的影响 141
二、初始葡萄糖、蔗糖以及氮源浓度对辅酶Q10发酵的影响 141
三、添加物及添加方式对辅酶Q10发酵的影响 143
四、响应面分析法优化辅酶Q10发酵培养基 144
五、接种量、装液量、温度和pH对辅酶Q10发酵的影响 147
六、辅酶Q10摇瓶发酵过程曲线 148
第四节 玉米浆提高辅酶Q10发酵产量的作用机理研究 148
一、玉米浆组分的分析 149
二、生物素浓度对辅酶Q10发酵效果的影响 149
三、玉米浆中几种主要氨基酸对辅酶Q10发酵的影响 150
四、玉米浆对辅酶Q10发酵过程中氨基酸代谢的影响 150
五、生物素与酪氨酸及苯丙氨酸对辅酶Q10发酵的协同影响 152
第五节 辅酶Q10发酵的代谢特性和过程模型化的研究 154
六、玉米浆中其他成分对辅酶Q10的影响 154
一、放射型根瘤菌分批发酵生产辅酶Q10的代谢特性 155
二、辅酶Q10分批发酵过程动力学模型的研究 157
第六节 溶解氧对辅酶Q10发酵的影响 160
一、搅拌和通风与体积溶解氧系数（KLa）的相关性分析 160
二、放射型根瘤菌辅酶Q10发酵体系氧传递特性与氧传递动力学模型 161
三、溶解氧对细胞生长与辅酶Q10生物合成的影响 162
四、底物补料结合溶解氧控制模式提高辅酶Q10发酵产量 164
一、辅酶Q10发酵流加培养的依据与流加量的模型化计算 166
第七节 辅酶Q10发酵流加培养的研究 166
二、辅酶Q10发酵分批培养几种流加方式效果的实验比较 167
三、辅酶Q10发酵分批培养流加方式的确定与实施 168
四、碳源流加和碳源与玉米浆组合流加对细胞生长与辅酶Q10生物合成的影响 168
第八节 辅酶Q10生物合成代谢网络模型和代谢流分析 170
一、放射型根瘤菌发酵生产辅酶Q10的合成机理分析与代谢网络 171
二、辅酶Q10发酵过程代谢流量分析与辅酶Q10代谢途径的优化 171
参考文献 175
第五章 真养产碱杆菌利用厌氧酸化的食品废物生产聚羟基烷酸酯 177
第一节 聚羟基烷酸酯发酵概述 177
一、环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、聚羟基烷酸酯的生物合成 182
第二节 真养产碱杆菌利用单种有机酸合成聚羟基烷酸酯研究 188
一、种子对细胞生长和聚羟基烷酸酯发酵的影响 189
二、各单种有机酸对真养产碱杆菌的抑制程度 190
三、不同铵氮浓度对真养产碱杆菌生长的影响 190
四、真养产碱杆菌利用单种有机酸生物合成聚羟基烷酸酯时培养基中最佳起始碳源、氮源浓度的确定 191
五、真养产碱杆菌利用单种有机酸进行聚羟基烷酸酯合成的发酵过程 193
六、真养产碱杆菌利用单种有机酸进行聚羟基烷酸酯合成的分批发酵动力学分析 194
七、单酸分批发酵初始碳氮浓度的响应面分析 195
八、单酸分批发酵动力学研究 196
第三节 真养产碱杆菌利用混合有机酸进行聚羟基烷酸酯分批发酵研究 199
一、真养产碱杆菌在不同氮源浓度下利用混合酸进行聚羟基烷酸酯发酵 199
二、真养产碱杆菌利用不同比例的混合（四种）酸为碳源合成聚羟基烷酸酯研究 200
三、真养产碱杆菌利用不同比例的混合（两种以及三种）酸合成聚羟基烷酸酯研究 201
四、真养产碱杆菌对混合酸碳源中丁酸、乙酸、丙酸的利用 201
五、真养产碱杆菌对混合酸碳源中乳酸、乙酸、丙酸的利用 202
六、混合酸中丙酸浓度对PHA中HV组分的影响 202
七、真养产碱杆菌利用混合酸进行PHA的补料分批发酵 203
八、不同搅拌转速对细胞生长和PHA合成的影响 203
九、不同pH对细胞生长和PHA合成的影响 204
十、真养产碱杆菌利用混合酸进行PHA的分批发酵过程 204
第四节 真养产碱杆菌以混合有机酸为碳源的聚羟基烷酸酯流加发酵研究 205
一、基于pH-stat的聚羟基烷酸酯流加发酵 206
二、真养产碱杆菌利用混合酸进行聚羟基烷酸酯的流加发酵 207
三、流加发酵过程中氮源的起始浓度对聚羟基烷酸酯合成影响的研究 208
四、真养产碱杆菌利用混合酸进行聚羟基烷酸酯恒速流加发酵 208
五、变速流加过程的优化准则的研究 209
六、真养产碱杆菌利用混合酸进行聚羟基烷酸酯变速流加发酵 210
七、在流加发酵过程中加入丙酸对聚羟基烷酸酯中HV组分合成的影响 211
八、双营养限制区的确定及对聚羟基烷酸酯的生物合成的影响 212
第五节 食品废物厌氧酸化的研究 214
一、不同pH对食品废物厌氧酸化过程的影响 215
二、不同温度对食品废物厌氧酸化过程的影响 216
三、不同稀释倍数对食品废物的厌氧酸化过程的影响 217
四、NaCl浓度对食品废物厌氧酸化的影响 218
五、有机氮源对食品废物厌氧酸化过程中丙酸产量的影响 219
六、添加丁酸梭菌制剂对食品废物厌氧酸化的影响 219
七、食品废物厌氧酸化过程动力学研究 220
一、不同流速和有机酸浓度对有机酸的渗透速率的影响 221
第六节 食品废物厌氧酸化与PHA发酵的耦合 221
二、食品废物厌氧酸化液的渗透性能研究 222
三、真养产碱杆菌利用食品废物厌氧酸化液中分离出的有机酸合成PHA研究 223
四、料液恒定流速时食品废物厌氧酸化与PHA合成的耦合 224
五、料液流速变化时食品废物厌氧酸化与PHA合成的耦合 224
六、添加乳酸对耦合系统合成PHA的影响 225
第七节 R.eutropha利用有机酸合成PHA代谢网络分析 226
一、真养产碱杆菌利用有机酸合成PHA的代谢网络以及代谢流量计算 226
二、单酸分批发酵代谢流量分布 229
三、混合酸作碳源时PHA发酵代谢流量分布 231
参考文献 232
第六章 地衣芽孢杆菌发酵生产聚γ-谷氨酸 234
第一节 聚γ-谷氨酸发酵概述 234
一、新型水溶性高分子材料与聚γ-谷氨酸 234
二、聚γ-谷氨酸研究进展 235
三、生物大分子分泌机理的研究 241
四、氨基酸聚合物的应用前景 242
一、He-Ne激光辐射对地衣芽孢杆菌ATCC9945A的诱变 243
第二节 产聚γ-谷氨酸菌株选育及摇瓶发酵条件的研究 243
二、培养条件对聚γ-谷氨酸发酵的影响 246
三、聚γ-谷氨酸发酵条件优化 253
四、聚γ-谷氨酸摇瓶发酵过程曲线 253
第三节 地衣芽孢杆菌分批发酵生产聚γ-谷氨酸条件的研究 254
一、pH对聚γ-谷氨酸发酵的影响 254
二、温度对聚γ-谷氨酸发酵的影响 256
三、搅拌转速对聚γ-谷氨酸发酵的影响 257
四、通气量对聚γ-谷氨酸发酵的影响 258
五、分批发酵培养条件的优化与控制 258
第四节 细菌聚γ-谷氨酸合成及分泌机制的研究 259
一、菌株的形态及聚γ-谷氨酸分泌的电镜分析 259
二、地衣芽孢杆菌无细胞体系的初步研究 260
三、地衣芽孢杆菌聚γ-谷氨酸的合成机制分析 262
四、地衣芽孢杆菌聚γ-谷氨酸的分泌机制研究 263
五、地衣芽孢杆菌聚γ-谷氨酸的分泌机制分析 266
一、剪切应力与剪切速率的拟合关系 267
第五节 地衣芽孢杆菌生产聚γ-谷氨酸多相体系中流变性能的研究 267
二、黏度与剪切速率的关系 268
三、黏度与温度的关系 268
四、聚γ-谷氨酸的动态黏弹性 268
五、聚γ-谷氨酸溶液的触变性研究 270
二、硅胶薄层层析 272
三、聚γ-谷氨酸的性质 272
一、聚γ-谷氨酸的纯化 272
第六节 地衣芽孢杆菌产生的聚γ-谷氨酸的纯化及性质 272
四、聚γ-谷氨酸的抑菌活性 274
五、聚γ-谷氨酸高聚物的热行为分析 274
六、聚γ-谷氨酸高聚物的力学松弛——黏弹性研究 275
第七节 地衣芽孢杆菌产生的聚γ-谷氨酸高聚物的分析与表征 276
一、聚γ-谷氨酸的FTIR分析 276
二、聚γ-谷氨酸的13C、1H-NMR结构分析 276
三、聚γ-谷氨酸的圆二色性与溶液二级结构 277
四、聚γ-谷氨酸的X射线衍射分析 279
五、聚γ-谷氨酸的织态结构及其交联观察 279
参考文献 280
第七章 谷氨酸棒杆菌发酵生产新型蛋白聚糖类生物絮凝剂 281
第一节 生物絮凝剂发酵生产概述 281
一、絮凝剂的应用现状 281
二、生物絮凝剂的基础研究 282
三、国内外研究动态和存在的问题 287
第二节 絮凝剂高产菌的筛选及菌种鉴定 288
一、絮凝剂高产菌菌种分离 289
二、絮凝剂高产菌A-11菌种鉴定 290
第三节 生物絮凝剂REA-11的分离纯化及其组成分析 291
一、生物絮凝剂产生菌生长与代谢基本特性 292
二、生物絮凝剂REA-11的分离纯化 293
三、生物絮凝剂REA-11的纯度鉴定 295
四、生物絮凝剂REA-11的分子组成鉴定 295
第四节 营养条件对生物絮凝剂REA-11合成的影响 298
一、碳氮源对谷氨酸棒杆菌合成絮凝剂的影响 298
二、营养物浓度对絮凝剂合成的影响 300
四、无机离子对絮凝剂合成的影响 302
三、摇瓶发酵补料实验 302
五、环境条件对谷氨酸棒杆菌合成生物絮凝剂的影响 303
第五节 谷氨酸棒杆菌合成生物絮凝剂REA-11的机理研究 303
一、谷氨酸棒杆菌合成生物絮凝剂REA-11的代谢途径的理论构建 304
二、生物絮凝剂理论代谢途径的实验验证 305
第六节 谷氨酸棒杆菌合成生物絮凝剂REA-11代谢模型建立与代谢网络分析 315
一、谷氨酸棒杆菌合成生物絮凝剂REA-11代谢网络的构建 316
二、代谢网络分析理论 318
三、分批发酵不同阶段的代谢网络模型 319
四、不同溶解氧水平下生物絮凝剂合成的代谢网络模型 322
五、代谢模型的验证 322
六、生物絮凝剂REA-11合成过程中ATP的需求与供给 323
七、代谢节点对生物絮凝剂REA-11合成的影响 324
第七节 生物絮凝剂REA-11的液体流变性质及应用条件研究 325
一、生物絮凝剂REA-11溶液的流变学行为 326
二、生物絮凝剂REA-11的应用研究 328
参考文献 330
一、表面活性剂与生物表面活性剂 332
第八章 南极假丝酵母利用不同碳源生产新型生物表面活性剂 332
第一节 生物表面活性剂生产概述 332
二、甘露糖赤藓糖醇脂的性质及微生物生产方法 334
三、生物表面活性剂的应用 335
第二节 南极假丝酵母以豆油为底物发酵生产甘露糖赤藓糖醇脂 337
一、南极假丝酵母生产甘露糖赤藓糖醇脂的摇瓶发酵条件 337
二、南极假丝酵母生产甘露糖赤藓糖醇脂的发酵培养基优化 340
三、南极假丝酵母生产甘露糖赤藓糖醇脂发酵培养基的响应面分析 341
第三节 南极假丝酵母生产甘露糖赤藓糖醇脂分批发酵动力学及代谢机理 344
一、南极假丝酵母分批发酵生产甘露糖赤藓糖醇脂 345
二、南极假丝酵母分批发酵生产甘露糖赤藓糖醇脂的菌体生长动力学 345
三、甘露糖赤藓糖醇脂的代谢机理初探 346
第四节 南极假丝酵母生产甘露糖赤藓糖醇脂的分离纯化 349
一、从发酵液中提取甘露糖赤藓糖醇脂 349
二、甘露糖赤藓糖醇脂的纯化研究 350
三、甘露糖赤藓糖醇脂的物理化学性质 352
第五节 南极假丝酵母以疏水性碳源为底物生产生物表面活性剂 353
一、南极假丝酵母在烷烃底物中产生表面活性物质的发现 354
二、不同结构烷烃对南极假丝酵母生产生物表面活性剂的影响 355
三、南极假丝酵母以正十一烷为底物的基本发酵条件 356
第六节 从南极假丝酵母的正十一烷发酵液中分离提取生物表面活性剂 359
一、正十一烷发酵液中表面活性产物的初步分离 359
二、表面活性产物的薄层层析分离 360
三、表面活性产物结构中基本官能团的确定及其命名 360
四、表面活性物质BS-UC的基本表面性质 361
第七节 新型生物表面活性剂BS-UC对南极假丝酵母代谢烷烃能力的影响 361
一、BS-UC对南极假丝酵母代谢正十一烷的影响 362
二、BS-UC对南极假丝酵母代谢其他烷烃的影响 363
三、BS-UC对南极假丝酵母细胞表面性质的作用 364
四、BS-UC增强南极假丝酵母细胞吸附作用的机制 366
第八节 南极假丝酵母摄取烷烃模式与代谢途径研究 368
一、南极假丝酵母的正十一烷发酵过程分析 368
二、正构烷烃降解及生物表面活性剂生产代谢途径的理论分析 369
三、生物表面活性剂在烷烃摄取模式中的地位 372
参考文献 376