發(fā)酵過程優(yōu)化原理與技術(shù)

前言

　　以發(fā)酵工程為核心的工業(yè)生物技術(shù)是以可再生生物質(zhì)資源為原料，采用工業(yè)微生物細(xì)胞或酶的生物催化功能，開發(fā)新產(chǎn)品的制造路線，進(jìn)行大規(guī)模的物質(zhì)加工與轉(zhuǎn)化，生產(chǎn)人類生活所需的食品、能源、紡織、醫(yī)藥、化學(xué)品等的生物過程。工業(yè)生物技術(shù)通過闡明生物加工過程中微生物細(xì)胞的生理機(jī)制，構(gòu)建高產(chǎn)工業(yè)菌株，發(fā)展高效低耗加工工藝，實(shí)現(xiàn)生物技術(shù)產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)。以獲得高產(chǎn)量、高底物轉(zhuǎn)化率和高生產(chǎn)強(qiáng)度相對(duì)統(tǒng)一為目標(biāo)的發(fā)酵過程優(yōu)化技術(shù)，是工業(yè)生物技術(shù)的核心。其研究不僅關(guān)系到能否發(fā)揮菌種的最大生產(chǎn)性能，而且會(huì)影響下游處理的難易程度，因而在整個(gè)生物產(chǎn)品的研發(fā)過程中具有特別重要的作用?！　‰m然國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊每年都發(fā)表大量關(guān)于發(fā)酵過程優(yōu)化的研究報(bào)告，但對(duì)發(fā)酵過程優(yōu)化原理和技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)介紹的專著尚不多見。在借鑒了國(guó)外過程優(yōu)化理論最新研究成果的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用微生物生理學(xué)、生物反應(yīng)工程學(xué)和代謝工程的最新理論，從優(yōu)化微生物自身基因型、調(diào)節(jié)胞內(nèi)微環(huán)境和優(yōu)化宏觀環(huán)境三方面發(fā)展了七種發(fā)酵過程優(yōu)化技術(shù)，并結(jié)合作者自身完成的和同行完成的研究實(shí)例，詳盡闡述了發(fā)酵過程中進(jìn)行優(yōu)化的基本原理和技術(shù)，為讀者開展類似研究提供了分析問題和解決問題的思路與方法。盡管工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)品種類繁多，但優(yōu)化的思路和方法是通用或相互借鑒的。因此，作者相信本書會(huì)對(duì)讀者產(chǎn)生積極的影響。　　作者撰寫此書，一方面得益于作者所工作的學(xué)院為國(guó)家發(fā)酵工程重點(diǎn)學(xué)科點(diǎn)，從1952年開始積累的發(fā)酵過程優(yōu)化科學(xué)研究與工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，是作者從學(xué)生時(shí)代到留校工作一直能夠生存和生長(zhǎng)的學(xué)術(shù)土壤；另一方面受助于作者所在研究室許多年輕的博士和碩士，他們和作者一起完成了與本書內(nèi)容相關(guān)的6項(xiàng)國(guó)家級(jí)和部省級(jí)科研項(xiàng)目，包括國(guó)家“863計(jì)劃”、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目、教育部?jī)?yōu)秀青年教師基金項(xiàng)目、霍英東教育基金會(huì)青年教師科研基金項(xiàng)目、江蘇省“九五”工業(yè)重大科技攻關(guān)項(xiàng)目，并撰寫了9篇博士學(xué)位論文和4篇碩士學(xué)位論文，而這些學(xué)位論文正是本書資料和實(shí)例來源的主體?！　∝?fù)責(zé)本書中部分章節(jié)寫作的還有：衛(wèi)功元(第二章)、許慶龍（第四章）、周景文(第五章)、傅瑞燕（第六章）、秦義(第七章)。作者特別感謝中國(guó)工程院院士、江南大學(xué)(原無錫輕工大學(xué))生物工程學(xué)院倫世儀教授的鼓勵(lì)和指導(dǎo)，感謝所在研究室的博士、碩士研究生給予的幫助?！　∽髡吡D在本書中注重結(jié)合理論性和實(shí)踐性，突出系統(tǒng)性和科學(xué)性，體現(xiàn)前沿性和創(chuàng)新性，但限于作者的學(xué)術(shù)功底、研究經(jīng)驗(yàn)和寫作能力，書中存有疏漏和不足。若蒙賜教，不勝感激!　　作者　　2009年4月

內(nèi)容概要

　　以獲得高產(chǎn)量、高底物轉(zhuǎn)化率和高生產(chǎn)強(qiáng)度相對(duì)統(tǒng)一為目標(biāo)的發(fā)酵過程優(yōu)化技術(shù)，是工業(yè)生物技術(shù)的關(guān)鍵核心。《發(fā)酵過程優(yōu)化原理與技術(shù)》是作者在完成10多項(xiàng)國(guó)家科研項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，選擇工業(yè)生物技術(shù)中具有代表性的微生物（細(xì)菌、放線菌、霉菌和酵母），代謝特征、營(yíng)養(yǎng)要求、培養(yǎng)條件和產(chǎn)品特性大相徑庭的工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)品為研究對(duì)象，綜合運(yùn)用微生物反應(yīng)計(jì)量學(xué)、生化反應(yīng)和傳遞動(dòng)力學(xué)、生物反應(yīng)器工程以及代謝工程理論，從優(yōu)化微生物自身基因型、調(diào)節(jié)胞內(nèi)微環(huán)境和優(yōu)化宏觀環(huán)境三方面，針對(duì)發(fā)酵過程中微生物表現(xiàn)出的特殊生理狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)展了綜合考慮生物學(xué)、動(dòng)力學(xué)和物理學(xué)現(xiàn)象的7種發(fā)酵過程優(yōu)化技術(shù)。《發(fā)酵過程優(yōu)化原理與技術(shù)》結(jié)合作者自身完成的和同行完成的研究實(shí)例，詳盡闡明了這些優(yōu)化控制技術(shù)的基本原理和應(yīng)用策略，為讀者開展相關(guān)研究提供分析問題和解決問題的思路與方法。

書籍目錄

第一章 緒論1第一節(jié) 發(fā)酵工程在工業(yè)生物技術(shù)系統(tǒng)中的地位及其研究?jī)?nèi)容1一、發(fā)酵工程處于工業(yè)生物技術(shù)體系的核心地位1二、發(fā)酵工程的研究?jī)?nèi)容2三、發(fā)酵過程優(yōu)化的研究?jī)?nèi)容4第二節(jié) 發(fā)酵過程優(yōu)化技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀5一、發(fā)酵過程優(yōu)化是生物反應(yīng)工程的研究前沿之一5二、基于微生物功能理解的發(fā)酵過程優(yōu)化技術(shù)6三、高生產(chǎn)率和高細(xì)胞密度發(fā)酵7四、發(fā)酵過程建模與控制策略11參考文獻(xiàn)14第二章 基于微生物反應(yīng)計(jì)量學(xué)的培養(yǎng)環(huán)境優(yōu)化技術(shù)15第一節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)與生理特性15一、微生物的營(yíng)養(yǎng)需求與營(yíng)養(yǎng)類型15二、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式17三、微生物代謝20第二節(jié) 微生物代謝體系與營(yíng)養(yǎng)環(huán)境條件之間的關(guān)系22一、微生物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)22二、常用的培養(yǎng)環(huán)境優(yōu)化方法25三、遺傳算法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于培養(yǎng)環(huán)境的優(yōu)化30第三節(jié) 營(yíng)養(yǎng)與環(huán)境條件對(duì)光滑球擬酵母過量合成丙酮酸的影響32一、酵母粉質(zhì)量濃度對(duì)丙酮酸發(fā)酵的影響33二、蛋白胨質(zhì)量濃度對(duì)丙酮酸發(fā)酵的影響33三、豆餅水解液和無機(jī)氮源對(duì)丙酮酸發(fā)酵的影響33四、分批培養(yǎng)中供氧方式和培養(yǎng)基碳氮比對(duì)丙酮酸發(fā)酵的影響34五、葡萄糖流加培養(yǎng)中氮的供給對(duì)丙酮酸發(fā)酵的影響35六、關(guān)于培養(yǎng)基對(duì)丙酮酸發(fā)酵的影響需要考慮的問題37第四節(jié) 產(chǎn)朊假絲酵母發(fā)酵生產(chǎn)谷胱甘肽的營(yíng)養(yǎng)及環(huán)境條件38一、碳源種類對(duì)谷胱甘肽發(fā)酵的影響38二、氮源種類對(duì)谷胱甘肽發(fā)酵的影響39三、混合無機(jī)氮源對(duì)谷胱甘肽發(fā)酵的影響40四、磷酸二氫鉀和硫酸鎂對(duì)谷胱甘肽發(fā)酵的影響40五、谷胱甘肽發(fā)酵的營(yíng)養(yǎng)條件正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)41六、環(huán)境條件對(duì)谷胱甘肽發(fā)酵的影響42七、C?utilisWSH02?08生產(chǎn)谷胱甘肽的搖瓶發(fā)酵過程43八、搖瓶分批補(bǔ)糖方式對(duì)谷胱甘肽發(fā)酵的影響43第五節(jié) 氨基酸與表面活性劑在谷胱甘肽過量合成中的作用44一、L?谷氨酸添加對(duì)谷胱甘肽發(fā)酵的影響45二、甘氨酸添加對(duì)谷胱甘肽發(fā)酵的影響46三、L?半胱氨酸在谷胱甘肽過量合成中的作用46四、表面活性劑對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的影響50五、低濃度離子型表面活性劑對(duì)谷胱甘肽合成的影響51六、高濃度離子型表面活性劑對(duì)谷胱甘肽胞外積累的影響52七、非離子型表面活性劑對(duì)谷胱甘肽合成的影響53第六節(jié) 調(diào)配維生素供給方式強(qiáng)化丙酮酸生產(chǎn)的過程功能54一、補(bǔ)加維生素對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和丙酮酸合成的影響55二、維生素濃度對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和丙酮酸合成的影響56三、維生素指數(shù)流加對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和丙酮酸合成的影響57四、分步指數(shù)流加維生素策略的提出58參考文獻(xiàn)59第三章 基于微生物代謝特性的分階段培養(yǎng)技術(shù)60第一節(jié) 發(fā)酵過程中微生物的代謝特性60一、微生物細(xì)胞的主要代謝途徑60二、微生物代謝調(diào)節(jié)的特性65三、基于微生物代謝特性的發(fā)酵過程控制與優(yōu)化66第二節(jié) 透明質(zhì)酸高效生產(chǎn)的攪拌與溶氧濃度控制策略71一、發(fā)酵體系的流變學(xué)特性與傳質(zhì)性能71二、攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)透明質(zhì)酸發(fā)酵過程的影響75三、溶氧濃度對(duì)發(fā)酵生產(chǎn)透明質(zhì)酸的影響79四、透明質(zhì)酸發(fā)酵的攪拌與溶氧濃度控制策略80五、氧代謝途徑及其影響透明質(zhì)酸合成的作用機(jī)制80第三節(jié) 谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶分批發(fā)酵的pH及溫度控制策略82一、控制不同pH對(duì)發(fā)酵過程的影響82二、pH對(duì)細(xì)胞比生長(zhǎng)速率及MTG比合成速率的影響84三、MTG發(fā)酵過程中pH值優(yōu)化控制策略85四、不同溫度下的MTG分批發(fā)酵過程85五、溫度對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)及產(chǎn)酶的影響87六、MTG分批發(fā)酵過程分階段溫度控制策略88第四節(jié) 丙酮酸分批發(fā)酵的供氧控制模式89一、丙酮酸分批發(fā)酵過程的溶氧變化情況89二、不同kLa下WSH?IP303發(fā)酵生產(chǎn)丙酮酸的動(dòng)力學(xué)特征90三、分階段供氧控制模式的提出和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證91參考文獻(xiàn)94第四章 基于反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型的優(yōu)化技術(shù)96第一節(jié) 發(fā)酵過程中動(dòng)力學(xué)模型概述96一、微生物生長(zhǎng)的非結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型96二、微生物產(chǎn)物形成動(dòng)力學(xué)模型100三、多底物動(dòng)力學(xué)101第二節(jié) 聚羥基丁酸分批發(fā)酵過程動(dòng)力學(xué)模型及優(yōu)化102一、不同供氧水平對(duì)PHB發(fā)酵過程的影響103二、不同初糖濃度對(duì)PHB發(fā)酵過程的影響104三、PHB分批發(fā)酵過程分析和控制107四、PHB分批發(fā)酵動(dòng)力學(xué)108五、PHB分批發(fā)酵過程動(dòng)力學(xué)的分析111第三節(jié) 透明質(zhì)酸分批發(fā)酵動(dòng)力學(xué)及過程模型化112一、理論與模型建立113二、乳酸對(duì)透明質(zhì)酸發(fā)酵的影響115三、動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)的求解116四、動(dòng)力學(xué)模型的適用性117五、功能單元的酶學(xué)一致性117第四節(jié) 基于動(dòng)力學(xué)模型強(qiáng)化丙酮酸生產(chǎn)的過程功能120一、基于葡萄糖濃度的丙酮酸分批發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型120二、基于動(dòng)力學(xué)模型調(diào)控溫度強(qiáng)化丙酮酸發(fā)酵的過程功能126第五節(jié) 賴氨酸流加發(fā)酵與連續(xù)培養(yǎng)的最優(yōu)控制132一、初糖濃度對(duì)發(fā)酵的影響133二、溶氧對(duì)發(fā)酵的影響133三、pH對(duì)發(fā)酵的影響135四、發(fā)酵過程的溶氧與pH控制136五、賴氨酸分批發(fā)酵動(dòng)力學(xué)138六、分批發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型的評(píng)價(jià)141七、分批發(fā)酵的模型分析142參考文獻(xiàn)143第五章 基于代謝通量分析的優(yōu)化技術(shù)144第一節(jié) 代謝物及其通量分析在發(fā)酵過程中的應(yīng)用144一、微生物代謝物及代謝組學(xué)144二、微生物代謝物分析實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)145三、工業(yè)微生物代謝物分析平臺(tái)147四、代謝物分析在工業(yè)微生物學(xué)中的應(yīng)用148五、代謝物分析在發(fā)酵過程優(yōu)化中的應(yīng)用151第二節(jié) 丙酮酸發(fā)酵過程的代謝網(wǎng)絡(luò)分析152一、代謝網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和代謝通量計(jì)算152二、不同硫胺素濃度和不同DOT下的分批發(fā)酵結(jié)果156三、不同硫胺素濃度和不同DOT下NADPH的產(chǎn)生與消耗159四、不同硫胺素濃度和不同DOT下NADH的產(chǎn)生與消耗159五、不同硫胺素濃度和不同DOT下ATP的產(chǎn)生與消耗160六、幾個(gè)其他問題161第三節(jié) 谷胱甘肽分批發(fā)酵過程代謝網(wǎng)絡(luò)分析164一、C?utilisWSH02?08分批生產(chǎn)谷胱甘肽的代謝網(wǎng)絡(luò)164二、代謝通量的計(jì)算168三、谷胱甘肽分批發(fā)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(duì)代謝通量分布的影響171第四節(jié) 谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶分批發(fā)酵過程中氨基酸代謝流分析172一、理論分析172二、MTG分批發(fā)酵過程分析175三、游離氨基酸對(duì)MTG發(fā)酵的影響177四、銨離子的解交聯(lián)作用178參考文獻(xiàn)179第六章 基于環(huán)境脅迫的優(yōu)化技術(shù)181第一節(jié) 環(huán)境脅迫對(duì)微生物生理的影響181一、工業(yè)微生物遇到的主要環(huán)境脅迫181二、工業(yè)微生物抵御非生宜環(huán)境的生理系統(tǒng)184三、提高工業(yè)微生物對(duì)非生宜環(huán)境適應(yīng)能力的策略186第二節(jié) 谷胱甘肽保護(hù)乳酸乳球菌抵抗氧、酸和冷凍脅迫187一、半胱氨酸對(duì)乳酸乳球菌好氧生長(zhǎng)的影響188二、GSH對(duì)乳酸乳球菌NZ9000抵抗H2O2氧脅迫抗性的影響189三、不同生長(zhǎng)時(shí)期的乳酸乳球菌NZ9000對(duì)H2O2脅迫的抗性190四、GSH對(duì)乳酸乳球菌NZ9000抵抗甲萘醌引發(fā)的氧脅迫抗性的影響190五、GSH對(duì)乳酸乳球菌NZ9000抵抗高劑量甲萘醌引發(fā)的短時(shí)間氧脅迫抗性的影響191六、GSH對(duì)乳酸乳球菌NZ9000的SodA缺失的互補(bǔ)作用192七、GSH在乳酸乳球菌NZ9000SodA突變株中的生產(chǎn)193八、GSH對(duì)乳酸乳球菌NZ9000SodA突變株好氧生長(zhǎng)的影響193九、GSH對(duì)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(chǎn)194十一、GSH對(duì)乳酸乳球菌SK11生長(zhǎng)的影響195十二、GSH對(duì)乳酸乳球菌SK11氧脅迫抗性的影響197十三、GSH對(duì)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(fā)酵液中NH+4濃度的比較198第三節(jié) 活性氧脅迫促進(jìn)Bacillussp?F26過量合成過氧化氫酶198一、不同濃度H2O2在無細(xì)胞培養(yǎng)液中濃度變化曲線199二、初始添加不同濃度H2O2對(duì)CAT合成的影響199三、培養(yǎng)不同時(shí)期添加H2O2對(duì)CAT合成的影響199四、發(fā)酵罐中不同濃度H2O2持續(xù)脅迫下Bacillussp?F26的應(yīng)激響應(yīng)201五、H2O2不同流加方式對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和CAT合成的影響205六、添加甘露醇對(duì)H2O2脅迫下細(xì)胞生長(zhǎng)和CAT合成的影響207七、超氧陰離子自由基（O-2·）脅迫對(duì)CAT合成的影響208八、不同濃度甲萘醌對(duì)CAT和SOD合成及細(xì)胞生長(zhǎng)的影響210九、不同濃度外源O-2·對(duì)CAT和SOD合成的影響210十、發(fā)酵罐中不同濃度甲萘醌持續(xù)脅迫下Bacillussp?F26的應(yīng)激響應(yīng)211十一、溶氧濃度對(duì)Bacillussp?F26對(duì)甲萘醌氧化脅迫響應(yīng)的影響213第四節(jié) pH脅迫作用促進(jìn)產(chǎn)朊假絲酵母生產(chǎn)谷胱甘肽216一、pH控制對(duì)谷胱甘肽發(fā)酵的影響217二、發(fā)酵24h時(shí)施加低pH脅迫對(duì)GSH發(fā)酵過程的影響218三、低pH對(duì)細(xì)胞活力及GSH胞外積累的影響218四、低pH脅迫及補(bǔ)料策略對(duì)GSH發(fā)酵的影響219第五節(jié) 提高光滑球擬酵母耐受滲透壓能力加強(qiáng)丙酮酸生產(chǎn)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(duì)T?glabrata生長(zhǎng)及發(fā)酵生產(chǎn)丙酮酸的影響222三、連續(xù)培養(yǎng)篩選耐高滲突變株223四、氯化鈉濃度對(duì)突變株與出發(fā)菌株的影響223五、高葡萄糖濃度對(duì)突變株與出發(fā)菌株發(fā)酵生產(chǎn)丙酮酸的比較224參考文獻(xiàn)225第七章 基于輔因子調(diào)控的優(yōu)化技術(shù)226第一節(jié) 輔因子種類及其生理作用概述226一、工業(yè)微生物中ATP調(diào)控策略與應(yīng)用227二、工業(yè)微生物中NADH的代謝調(diào)控229三、工業(yè)微生物中乙酰輔酶A及其衍生物的代謝調(diào)控233四、輔因子工程優(yōu)化技術(shù)在發(fā)酵過程優(yōu)化中的應(yīng)用展望236第二節(jié) 調(diào)節(jié)ATP濃度調(diào)控糖酵解速率237一、外源抑制劑降低電子傳遞鏈對(duì)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(duì)T?glabrata能量代謝和酵解的影響241四、ATP水平對(duì)糖酵解途徑的影響243第三節(jié) 調(diào)節(jié)NADH濃度調(diào)控丙酮酸生產(chǎn)強(qiáng)度246一、煙酸對(duì)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(dá)NADH氧化酶對(duì)光滑球擬酵母NADH代謝的影響253第四節(jié) 調(diào)控乙酰CoA庫(kù)促進(jìn)α?酮戊二酸過量積累258一、過量表達(dá)acs2提高T?glabrata胞內(nèi)乙酰CoA水平促進(jìn)α?KG合成259二、過量表達(dá)pdc1提高T?glabrata胞內(nèi)乙酰CoA水平促進(jìn)α?酮戊二酸合成262第五節(jié) 維生素在調(diào)控光滑球擬酵母中碳代謝流中的重要作用265一、調(diào)節(jié)維生素水平阻斷碳流于丙酮酸節(jié)點(diǎn)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(duì)碳代謝流流向和通量大小的影響268五、同時(shí)增加PDH和PC途徑代謝通量對(duì)代謝流分布的影響269六、維生素和金屬元素調(diào)控碳代謝流的重要作用269第六節(jié) 金屬離子對(duì)γ?CGT酶生產(chǎn)的促進(jìn)和細(xì)胞能量代謝的影響270一、鎂、錳、鋅的添加對(duì)γ?CGT酶合成的影響271二、鎂、錳、鋅的不同添加方式對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的影響272三、發(fā)酵過程中鎂、錳、鋅的消耗情況272四、鎂、錳、鋅添加對(duì)發(fā)酵過程中總糖消耗的影響273五、不同金屬離子添加方式對(duì)胞內(nèi)ATP和ADP含量的影響274六、金屬離子對(duì)微生物的生理作用274參考文獻(xiàn)275第八章 生物反應(yīng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)276第一節(jié) 系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)概述276第二節(jié) ATP再生系統(tǒng)及其在谷胱甘肽生物合成中的應(yīng)用277一、ATP再生系統(tǒng)277二、ATP再生和谷胱甘肽生物合成的耦合系統(tǒng)281三、生物合成谷胱甘肽種間耦合ATP再生系統(tǒng)的構(gòu)建286第三節(jié) 生物反應(yīng)與產(chǎn)物分離的組合系統(tǒng)289一、隨程溶劑萃取290二、滲透萃取291三、滲透蒸發(fā)291四、其他生物反應(yīng)與產(chǎn)物分離技術(shù)292五、生物反應(yīng)與產(chǎn)物分離組合系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)294參考文獻(xiàn)294

章節(jié)摘錄

　　第一章　緒論　　第一節(jié)　發(fā)酵工程在工業(yè)生物技術(shù)系統(tǒng)中的地位及其研究?jī)?nèi)容　　一、發(fā)酵工程處于工業(yè)生物技術(shù)體系的核心地位　　發(fā)酵工程是指利用微生物的特定性狀，通過現(xiàn)代工程技術(shù)，在發(fā)酵罐中生產(chǎn)人類所需的物質(zhì)產(chǎn)品的一種技術(shù)系統(tǒng)。發(fā)酵工程是化學(xué)工程與生物技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是生物技術(shù)的重要分支，是生物加工和生物制造實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的核心技術(shù)。與傳統(tǒng)化學(xué)工程相比，發(fā)酵工程有突出的特點(diǎn)：①主要以可再生資源為原料；②反應(yīng)條件溫和，多為常溫、常壓、能耗低、選擇性好、效率較高的生產(chǎn)過程；③環(huán)境污染較少；④投資較少；⑤能生產(chǎn)目前不能生產(chǎn)的或用化學(xué)法生產(chǎn)較困難的性能優(yōu)異的產(chǎn)品。而工業(yè)生物技術(shù)是以可再生生物資源為原料，以微生物或酶為催化劑進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化，大規(guī)模生產(chǎn)人類所需的化學(xué)品、醫(yī)藥、能源、材料等，是解決人類目前面臨的資源、能源及環(huán)境危機(jī)的有效手段。因此，發(fā)酵工程處于工業(yè)生物技術(shù)體系中的核心地位?！　∪藗兤毡檎J(rèn)為工業(yè)生物技術(shù)將是生物技術(shù)革命的第三次浪潮。世界經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)指出：“工業(yè)生物技術(shù)是工業(yè)可持續(xù)發(fā)展最有希望的技術(shù)”?？沙掷m(xù)發(fā)展工業(yè)將為人類現(xiàn)代新文明提供充裕的物質(zhì)財(cái)富，是現(xiàn)代新文明的支柱。到2020年，預(yù)計(jì)將有50％的有機(jī)化學(xué)品和材料產(chǎn)自生物質(zhì)原料。工業(yè)生物技術(shù)與現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)組合，可以迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。例如，利用生物質(zhì)資源生產(chǎn)成乙烯，所生產(chǎn)的乙烯可以直接和傳統(tǒng)化工技術(shù)結(jié)合，生產(chǎn)各種各樣的材料產(chǎn)品。工業(yè)生物技術(shù)將推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和提升，大力發(fā)展工業(yè)生物技術(shù)，推行過程工業(yè)的生物制造，可以有效提升和改造現(xiàn)有傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)，大大減少原材料和能源消耗，使產(chǎn)品精細(xì)化，提高經(jīng)濟(jì)效益，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，進(jìn)而形成新的產(chǎn)業(yè)和新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。工業(yè)生物技術(shù)將會(huì)推動(dòng)工業(yè)加工方式的一場(chǎng)重大革命。綜上所述，工業(yè)生物技術(shù)不僅能在生產(chǎn)新型食品添加劑、飼料添加劑、藥物的過程中發(fā)揮重要的作用，還能經(jīng)濟(jì)、清潔地生產(chǎn)傳統(tǒng)生物技術(shù)或一般化學(xué)方法很難生產(chǎn)的特殊化學(xué)品，在解決人類面臨的人口、糧食、健康、環(huán)境等重大問題的過程中必將發(fā)揮積極的作用。

編輯推薦

　　《發(fā)酵過程優(yōu)化原理與技術(shù)》中選擇工業(yè)生物技術(shù)中具有代表性的微生物，代謝特征、營(yíng)養(yǎng)要求、培養(yǎng)條件和產(chǎn)品特性大相徑庭的工業(yè)生的技術(shù)產(chǎn)品為研究對(duì)象，針對(duì)發(fā)酵過程中微生物表現(xiàn)出的特殊生理狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)展了綜合考慮生物學(xué)、動(dòng)力學(xué)和物理學(xué)現(xiàn)象的7種發(fā)酵過程優(yōu)化技術(shù)，包括：　　基于微生物反應(yīng)計(jì)量學(xué)的培養(yǎng)環(huán)境優(yōu)化技術(shù)，基于微生物代謝特性的分階段培養(yǎng)技術(shù)，基于反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型的優(yōu)化技術(shù)，基于代謝通量分析的優(yōu)化技術(shù)，基于環(huán)境脅迫的優(yōu)化技術(shù)，基于輔因子調(diào)控的優(yōu)化技術(shù)，基于生物反應(yīng)系統(tǒng)的優(yōu)化技術(shù)。

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