微生物重要代谢产物：发酵生产与过程解析

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

第四节代谢工程55

一.代谢工程概述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utilisWSH02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

第四节流加发酵法生产谷胱甘肽100

一.流加发酵方式及原理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　WSH02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Ｑ10128

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

二.不同诱变剂致死率比较137

三.不同诱变方式诱变效果的比较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

六.玉米浆中其他成分对辅酶Q10的影响154

第五节辅酶Q10发酵的代谢特性和过程模型化的研究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

第七节辅酶Q10发酵流加培养的研究166

一.辅酶Q10发酵流加培养的依据与流加量的模型化计算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

第六节食品废物厌氧酸化与PHA发酵的耦合221

一.不同流速和有机酸浓度对有机酸的渗透速率的影响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

第二节产聚γ谷氨酸菌株选育及摇瓶发酵条件的研究243

一.HeNe激光辐射对地衣芽孢杆菌ATCC9945A的诱变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

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

一.剪切应力与剪切速率的拟合关系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

第六节地衣芽孢杆菌产生的聚γ谷氨酸的纯化及性质272

一.聚γ谷氨酸的纯化272

二.硅胶薄层层析272

三.聚γ谷氨酸的性质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

三.摇瓶发酵补料实验302

四.无机离子对絮凝剂合成的影响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



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

一.表面活性剂与生物表面活性剂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