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GSH 62
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GSH 67
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