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第一节 发酵过程优化在生物工业中的地位及其研究内容1

一、发酵过程优化在生物工业中的地位1

二、发酵过程优化的研究内容1

第一章 绪论1

第二节 发酵过程优化的研究进展3

一、发酵过程优化是生物反应工程的研究前沿之一3

二、流加发酵4

三、高生产率和高细胞密度发酵7

参考文献11

第二章 发酵过程优化原理12

第一节 发酵过程优化的微生物反应原理12

一、概述12

二、微生物生长反应12

一、数量化方法的基础20

第二节 发酵过程数量化方法20

二、发酵过程的速度22

三、化学计量学和热力学24

第三节 微生物反应动力学28

一、微生物生长的非结构动力学模型29

二、微生物产物形成动力学模型32

三、多底物动力学34

第四节 微生物反应优化的一般原理35

一、发酵过程优化的一般步骤35

二、分批微生物反应过程的优化36

参考文献39

二、系统的形态40

一、系统的定义40

第一节 系统优化技术概述40

第三章 生物反应过程的系统优化技术40

三、系统的特征41

四、系统优化方法的基本原则42

第二节 ATP再生系统及其在谷胱甘肽生物合成中的应用43

一、ATP再生系统43

二、ATP再生和谷胱甘肽生物合成的耦合系统48

三、生物合成谷胱甘肽种间耦合ATP再生系统的构建53

第三节 有机废水处理和聚羟基烷酸生产的耦合系统57

一、实验装置59

二、有机废水生产PHAs的初步研究59

三、R.eutrophus利用不同有机酸生产PHAs的比较研究60

四、有机废水生产PHAs的机理62

五、有机废水厌氧酸化的最佳工艺条件64

六、PHAs分批发酵66

七、以有机废水酸化产物为底物进行PHAs流加发酵69

第四节 生物反应与产物分离的组合系统70

一、随程溶剂萃取71

二、渗透萃取72

三、渗透蒸发73

四、其它生物反应与产物分离技术73

五、生物反应与产物分离组合系统的发展趋势76

参考文献76

第四章 赖氨酸发酵过程优化77

第一节 赖氨酸发酵概述77

一、发酵法生产赖氨酸技术的发展77

二、赖氨酸发酵研究的目的和主要内容79

一、出发菌株FB21的遗传特性81

第二节 赖氨酸生产菌FB42的获得81

二、FB31菌株摇瓶发酵性能的初步研究82

三、赖氨酸产生菌FB42的获得84

四、环境因子对FB42分泌赖氨酸的影响86

五、响应面分析法优化FB42菌株发酵培养基88

第三节 连续培养中FB42菌株的动力学特性及其代谢流分析90

一、连续培养中的操作特性91

二、连续培养中赖氨酸发酵的动力学特性93

三、FB42的真实转化率94

四、赖氨酸发酵的最大理论转化率95

五、黄色短杆菌FB42的代谢流分析99

第四节 分批发酵过程的控制及分批发酵动力学100

一、初糖浓度对发酵的影响100

二、溶氧对发酵的影响101

三、pH对发酵的影响102

四、发酵过程的溶氧与pH控制103

五、赖氨酸分批发酵动力学106

六、分批发酵动力学模型的评价110

七、分批发酵的模型分析111

第五节 赖氨酸流加发酵的最优控制112

一、最小值原理简介113

二、连续系统的最小值原理114

三、流加发酵系统的最优化问题115

四、流加发酵最优控制的算法116

五、赖氨酸流加发酵的优化控制120

参考文献128

一、国外研究水平和发展趋势129

第一节 丙酮酸发酵概述129

第五章 丙酮酸发酵过程优化129

二、发酵法生产丙酮酸研究中存在的问题133

第二节 营养条件对光滑球拟酵母WSH-IP12生产丙酮酸的影响135

一、酵母粉浓度对丙酮酸发酵的影响135

二、蛋白胨浓度对丙酮酸发酵的影响135

三、豆饼水解液和无机氮源对丙酮酸发酵的影响136

四、分批培养中供氧方式和培养基碳氮比对丙酮酸发酵的影响136

五、葡萄糖流加培养中氮的供给对丙酮酸发酵的影响138

第三节 维生素在丙酮酸过量合成中的重要作用141

一、突变株T.glabrata WSH-IP303的获得及其氮源同化能力141

三、维生素亚适量供给下的分批发酵过程146

二、不同kLa下WSH-IP303发酵生产丙酮酸的动力学特征149

一、丙酮酸分批发酵过程的溶氧变化情况149

第四节 丙酮酸分批发酵的供氧控制模式149

三、分阶段供氧控制模式的提出和实验验证151

二、维生素对WSH-IP303过量合成丙酮酸的影响153

第五节 丙酮酸发酵过程的代谢网络分析154

一、代谢网络构建和代谢通量计算155

二、不同硫胺素浓度和不同DOT下的分批发酵结果159

三、不同硫胺素浓度和不同DOT下NADPH的产生与消耗162

四、不同硫胺素浓度和不同DOT下NADH的产生与消耗163

五、不同硫胺素浓度和不同DOT下ATP的产生与消耗164

第六节 丙酮酸发酵的逐级放大和中间试验168

一、30L发酵罐中葡萄糖浓度对WSH-IP303菌株生产丙酮酸的影响168

二、300L规模的丙酮酸发酵试验170

三、5m3规模丙酮酸发酵中试170

参考文献170

一、透明质酸的分布、结构、性质与应用172

第一节 透明质酸发酵概述172

第六章 透明质酸发酵过程优化172

二、透明质酸的生物合成173

三、透明质酸的生产175

四、透明质酸生产中需要解决的问题177

第二节 透明质酸摇瓶的发酵条件178

一、种子培养基组成及培养条件对透明质酸发酵的影响179

二、种子生长过程曲线和种龄181

三、发酵培养基组成对透明质酸发酵的影响181

四、培养条件对透明质酸发酵的影响184

五、透明质酸摇瓶发酵过程曲线185

六、透明质酸摇瓶补料发酵实验185

第三节 分批发酵生产透明质酸的条件186

一、初糖浓度对透明质酸发酵的影响186

二、pH对透明质酸发酵的影响188

三、温度对透明质酸发酵的影响189

四、搅拌转速对透明质酸发酵的影响190

五、通气量对透明质酸发酵的影响190

六、分批发酵培养条件的优化与控制191

第四节 稼明质酸分批发酵动力学及分批发酵过程模型化191

一、理论与模型建立191

二、乳酸对透明质酸发酵的影响194

三、动力学模型参数的求解194

四、动力学模型的适用性196

五、功能单元的酶学一致性196

第五节 高效生产透明质酸的搅拌与溶氧浓度控制策略198

一、发酵体系的流变学特性与传质性能199

二、搅拌转速对透明质酸发酵过程的影响203

三、溶氧浓度对发酵生产透明质酸的影响207

四、透明质酸发酵的搅拌与溶氧浓度控制策略208

五、氧代谢途径及其影响透明质酸合成的作用机制208

第六节 不同发酵模式生产透明质酸的组合操作与优化210

一、补料分批发酵优化理论210

二、重复分批发酵213

三、非优化补料分批发酵与分批发酵的比较214

四、奇异优化控制的补料发酵215

五、重复操作与优化补料组合发酵模式生产透明质酸220

第七节 应用代谢工程方法高效生产透明质酸221

一、理论222

二、分批发酵不同阶段的代谢网络模型225

三、不同溶氧水平下透明质酸发酵的代谢网络模型227

四、代谢节点对透明质酸合成的影响228

五、透明质酸发酵过程中能量、还原力的需求与供给231

六、采用代谢工程方法高效生产透明质酸232

参考文献237

第七章 谷氨酰胺转胺酶发酵过程优化238

第一节 谷氨酰胺转胺酶发酵概述238

一、新型蛋白食品与谷氨酰胺转胺酶238

二、谷氨酰胺转胺酶的功能性质238

三、谷氨酰胺转胺酶在食品工业中的应用239

四、谷氨酰胺转胺酶的生产240

五、谷氨酰胺转胺酶生产过程中存在的问题241

第二节 谷氨酰胺转胺酶的摇瓶发酵条件研究242

一、种子生长过程曲线及种龄243

二、环境条件对MTG摇瓶发酵过程的影响243

三、营养条件对MTG发酵过程的影响244

四、MTG合成的摇瓶发酵过程分析246

一、控制不同pH对发酵过程的影响247

第三节 谷氨酰胺转胺酶分批发酵的pH及温度控制策略247

二、pH对细胞比生长速率及MTG比合成速率的影响248

三、MTG发酵过程中pH值优化控制策略250

四、不同温度下的MTG分批发酵过程250

五、温度对细胞生长及产酶的影响252

六、MTG分批发酵过程分阶段温度控制策略253

第四节 搅拌及溶氧浓度对谷氨酰胺转胺酶发酵过程的影响254

一、搅拌转速对细胞生长及MTG酶活的影响255

二、溶氧浓度对细胞生长及MTG合成的影响257

三、搅拌及溶氧浓度控制模式258

四、MTG发酵体系的搅拌功率259

一、菌丝球形成过程的理论分析262

第五节 茂原链轮丝菌的菌丝球形态与产酶之间的关系262

二、茂原链轮丝菌摇瓶种子菌丝状及菌球体状的形态264

三、培养条件对茂原链轮丝菌增殖形态及MTG发酵的影响264

四、MTG小罐发酵过程中菌球的形成过程269

五、菌球大小与产酶之间的关系269

六、控制菌球增殖形态的策略270

第六节 谷氧酰胺转胺酶分批发酵过程中氨基酸代谢流分析271

一、理论分析271

二、MTG分批发酵过程分析275

三、游离氨基酸对MTG发酵的影响277

四、铵离子的解交联作用279

参考文献280

第一节 取羟基烷酸酯发酵概述282

一、PHAs的结构、物理化学性质和应用282

第八章 聚羟基烷酸酯发酵过程优化282

二、PHAs的生物合成283

第二节 真养产碱杆菌生产PHB摇瓶发酵条件290

一、PHB摇瓶发酵条件研究与补料优化290

二、PHB发酵过程中理论产率的计算295

第三节 真养产碱杆菌连续培养动力学及二级连续培养系统生产聚羟基丁酸298

一、真养产碱杆菌一级连续培养动力学298

二、二级连续培养生产PHB的动力学分析301

三、二级连续培养系统中PHB的生产强度和PHB对葡萄糖的产率系数305

第四节 聚羟基丁酸分批发酵过程动力学模型及优化306

一、不同供氧水平对PHB发酵过程的影响306

二、不同初糖浓度对PHB发酵过程的影响308

三、PHB分批发酵过程分析和控制312

四、PHB分批发酵动力学313

五、PHB分批发酵过程动力学的分析316

第五节 聚羟基丁酸流加发酵条件318

一、氮源的限制、缺乏和恢复氮源供应对R.eutrophus菌体生长和PHB合成的影响318

二、葡萄糖的限制、缺乏和恢复供应对R.eutrophus菌体生长和PHB合成的影响320

三、限氧和恢复氧供应对生长和PHB合成的影响322

四、培养过程中的不同停氮时间对PHB形成的影响324

五、PHB合成期不同的氮源流加速率对PHB合成的影响326

第六节 聚羟基丁酸双底物流加发酵准优化控制策略330

一、菌体生长阶段的准优化331

二、PHB合成阶段的准优化333

第七节 羟基丁酸与羟基戊酸共聚物发酵条件的优化342

一、PHBV摇瓶发酵条件342

二、2L罐中PHBV流加发酵过程的准优化控制348

参考文献352

附录 英文名称缩写中文对照354