7江南大学发酵
江南大学科技成果——果蔬发酵及生物加工产品开发
江南大学科技成果——果蔬发酵及生物加工产品开发项目简介我国果蔬加工比重远低于发达国家，人民日益增长的消费需求需要果蔬加工进行创新。
生物加工技术是一种基于生物技术的新型、生态的加工技术体系和加工理念，可以增强产品的营养、改善产品的风味，延长货价期，而且适合多种果蔬原料，有成熟的工艺和成套设备，容易进行规模化生产。
农产品加工能够显著提高产品的附加值，较好解决果蔬类农产品就地消化和货价期问题，更为重要的是顺应了目前市场的消费导向，发酵果蔬以健康、低糖、低脂的特点，符合市场的消费潮流。
项目产品强化了肠道调理、功能因子等健康属性，并通过个性化的菌种定制和联合发酵技术，提升了产品的风味属性，使其滋味丰富，香气浓郁，必将受到消费者的青睐。
创新要点（1）课题组具备十分完善的发酵微生物菌种库，可以针对不同原料筛选出适宜的酿造微生物，改善发酵风味、提高发酵产品的营养价值。
以各类水果、蔬菜等农产品为原料，利用具有自主知识产权的菌种、现代科学发酵工艺，获得兼具风味和营养的果蔬汁发酵产品。
（2）课题组有完善的风味物质分析、功能物质评价技术平台，能够开展与风味物质与功能因子相关的有机酸、短链脂肪酸、多酚、多肽、多糖、生物酶等功能成分的精确分析以及与肠道调理、免疫提升、抗自由基氧化、护肝等动物模型评价或细胞学评价研究。
（3）课题组具有长期从事农产品高效开发的实践经验，能够针对具体的原理属性，采用多菌协同加工方式，建立复杂的生物加工体系，科学调节原料中各类营养组分，优化产品功能。
（4）课题组能够承担产业化生产线的方案设计，提供全套的设备选型方案，参与产业化技术优化。
同时，可以结合市场需求，进行产品类型设计和人群定位，开发特色果蔬或中药材的复合发酵制品。
关键指标（1）个性化工艺课题组已从传统酿造食品中分离筛选得到具有自主知识产权、发酵性能优良的上百株菌种，包括乳酸菌、醋酸菌、酵母菌、米曲霉等，这些微生物有着良好的发酵性能和安全性。
江南大学发酵历年真题试题
江南⼤学发酵历年真题试题1995年硕⼠学位研究⽣⼊学考试试题第⼀部分⼀、填空1、微⽣物的分类⽅法有（）（）（）三种，⽬前常⽤的是（）2、荚膜是指（）据其在细胞表⾯的状况可以分为（）（）（）（）四类3、耐⾼温微⽣物之所以能在较⾼的温度下⽣存和繁殖，主要是因为（）4、防⽌菌种衰退的主要措施有（）（）（）（）5、空⽓中的微⽣物主要来源于（）（）（）（）6、制备固体培养基常⽤的凝固剂主要有（）（）（）⼆、判断1、原噬菌体是指蛋⽩质外壳尚未包装完成的噬菌体（）2、营养琼脂培养基可以⽤于培养E.coli, Lys- Met -,Str-菌株（）3、在对数⽣长期中，细菌的⽣长速度是不变的（）4、微⽣物在其⽣长温度范围之外的湿度下即停⽌⽣长并快速死亡（）5、细菌的抗药性的产⽣是基因突变的结果（）6、为避免细胞对DNA的损伤的修复，经过紫外线诱变的细胞要在红光下做避光培养（）7、兼性厌氧微⽣物在氧化还原电位⼤于或⼩于＋0.1v的环境中均可以⽣长，只是获取能量的⽅式不同（）8、构成细胞壁⽹状⾻架结构的主要物质在细菌和放线菌中是肽聚糖，在酵母菌和霉菌中是葡聚糖（）三、单选1、⽤单细胞微⽣物进⾏发酵时，应该选⽤（）的种⼦进⾏菌种扩培对数前期对数中期对数后期稳定期2、能造成碱基烷化的诱变剂是（）NTG HNO2 5-BU ICR-1003、供受体菌细胞间不接触即可进⾏基因重组的⽅式为（）接合转导转化原⽣质体融合4、察式培养基⽤于培养（）细菌放线菌酵母菌霉菌5、对staphylococcus aureus 进⾏⾰兰式染⾊后镜检时发现有少量细胞成红⾊，其原因是（）脱⾊过度培养时间过长细胞衰⽼活化不好有死细胞存在三种情况都有可能6、由菌株A+B-和A-B+形成的异核体菌落上所长出的分⽣孢⼦⼀般情况下在（）培养基上不能萌发MM MM+A MM+B MM+A+B7、对于Bacillus subtilis⽽⾔。
简便⽽⼜较长期的保藏⽅法是（）斜⾯冰箱保藏法⽯蜡油封藏法砂⼟保藏法冷冻⼲燥保藏法8、能形成芽孢的细菌是（）E.coli Bacillus subtilis Acetobacter pasteurianus四、名词解释异宗配合⼦囊孢⼦芽裂 E.coli k12(λ) 分批培养 BOD世5代时间五、问题1、试述真核微⽣物与原核微⽣物的主要区别2、微⽣物的营养物质有哪⼏类？微⽣物将营养物质输送⾄细胞内的各种⽅式的特点如何？3、试画出典型的根霉和曲霉的⽆性繁殖结构图并简要说明各部位的名称第⼆部分⼀．填空1、发酵⼯业上，微⽣物以三⾓瓶（或茄⼦瓶）⽅式实验室规模培养完成后，继续扩⼤⾄⽣产上使⽤可经过（）（）（）（）等不同的形式，根据⼯艺和威慑国内外不同，扩培的⽬的可以试获得（）或（）2、我国⽬前⼯业上所⽤的产酶菌的种主要有产a－淀粉酶的（）；产纤维素酶的（）；产糖化酶的（）；产蛋⽩酶的（）（）（）3、环境污染物⼀般可以归纳成（）（）（）（）四⼤类，微⽣物在环境⽣物技术上起的主要作⽤为（）（）（）⼆．判断1、啤酒酿造时酵母扩培过程中必须防⽌霉菌和细菌的污染（）2、柠檬酸⽣产中⼤多使⽤⿊曲霉，这是因为该菌种产酸率⾼且能利⽤多样化炭源（）3、⼯业上发酵法⽣产酶制剂要求酶是外泻型的，从⽽可以通过盐析，超滤等⽅法由上清夜中制趣酶（）4、⼟壤中的细菌主要是异养型种类，⾃养型较少，细菌适宜在潮湿的⼟壤中⽣长，⼤部分许军的最适酸碱度接近中性（）5、现代发酵是⼀种纯种发酵，在发酵环境中只允许⼀种微⽣物存在，其它微⽣物称为杂菌（）三．单选1、在啤酒发酵罐中，酵母细胞进⾏（）增殖发酵增殖和发酵有性繁殖2、淀粉是发酵⼯业的主要原料，（）能将其转化为有⽤的产物卡式酵母钝齿帮杆菌酿酒酵母⿊曲霉3、耐⾼渗酵母可⽤于发酵⽣产（）抗⽣素氨基酸⽢油有机酸四．名词解释深层培养增殖培养基诱变原⽣质体融合琼脂块法渗漏缺陷型五．问题试回答从⾃然界中筛选⼯业微⽣物菌种的主要步骤，每⼀步的主要步骤，每⼀步的理由及注意点（举例说明）1996年硕⼠学位研究⽣⼊学考试试题没有第⼀页三．单选1、细菌细胞膜的膜蛋⽩不具有（）活性渗透酶溶菌酶呼吸酶 ATP合成酶2、放线菌不能通过形成（）⽽进⾏繁殖分⽣孢⼦⼦囊孢⼦包囊孢⼦横隔孢⼦3、⼤部分霉菌细胞壁的主要组分是（）⼏丁质纤维素肽聚糖葡聚糖4霉菌的有性孢⼦不包括（）卵孢⼦接合孢⼦担孢⼦⼦囊孢⼦5、Sacchromyces cerevisiae 是通过（）的⽅式进⾏⽆性繁殖的裂殖芽殖芽裂产⽣分⽣孢⼦6、伊红－美兰培养基属于（）加富培养基选择培养基基本培养基鉴别培养基7、青霉素是通过（）⽽杀死⾦黄⾊葡萄球菌等细菌抑制细胞壁的合成影响细胞膜的功能⼲扰蛋⽩质的合成阻碍核酸的合成8、在诱变育种⼯作中，诱变处理的作⽤是（）引起定向变异提⾼⽬的物产量汰弱留强增加选择机会四、名词解释天然培养基甲基红反应厌氧呼吸碱基对置换原⽣质体融合基因⼯程冷冻⼲燥保藏法五．问题1、简述平⽫菌落计数法操作过程2、什么是微⽣物之间的共⽣拮抗寄⽣互⽣关系，请各举⼀例第⼆部分⼀．填空1．炭源是微⽣物培养基或发酵原料中很重要的组分，根据微⽣物及培养⽬的的不同，炭源可以不同，如⾕氨酸棒杆菌在⼯业发酵⽣产⾕氨酸时炭源可以是（）（）（）；⽶曲霉在⽣产酱油时炭源可以是（）（）；脂肪酶菌种筛选时可以⽤（）作为炭源；氧化亚铁硫杆菌进⾏细菌冶⾦时可以以（）为炭源2．微⽣物的典型的⽣长曲线可以分为（）（）（）（）四个时期。
江南大学科技成果——发酵法生产乙偶姻的关键技术
江南大学科技成果——发酵法生产乙偶姻的关键技术
成果简介
作为一种具有令人愉快的香味物质，乙偶姻广泛应用于食品、制药、化工等领域。
微生物发酵法因具有生产效率高、原料来源广泛、生产成本低、环境污染较小，产品纯度可视为纯天然等优点，引起研究者的关注，具有广大的应用前景。
本研究利用高通量筛选策略，从土壤中筛选获得一株Bacillus amyloliquefaciens FMME044，在分析该菌株生理特性的基础上，提出了有效地发酵过程优化策略，并通过基于连续培养的适应性进化工程，获得一株耐受高浓度乙偶姻的突变菌株。
技术指标发酵44h，产量71.5g/L，转化率为0.40g/g。
产品性能副产物少，高光学纯度。
创新点该技术生产乙偶姻具有菌株的安全性、培养基成分简单、成本低，且乙偶姻产量是目前报道安全菌株产量最高的。
效益分析
根据目前技术水平，初步估算乙偶姻的生产综合成本约8万元/吨，目前市场定价约为15万元/吨。
以100吨生产规模计算，毛利润可达700万元/年。
应用情况作为一种具有令人愉快的香味物质，乙偶姻广泛应用于食品、制药、化工等领域。
授权专利一种产乙偶姻菌株的筛选方法及用该菌株发酵法生产乙偶姻，201210014603.8；乙偶姻高耐受性菌株的选育和用该菌株发酵生产乙偶姻，201310658954.7。
江南大学代谢控制发酵育种的基本技术 - 副本
Citrate -KG
选育自身不能合成维生素的酵母(维生素缺陷型)
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美国科学院院士Lonnie O. Ingram在PNAS （2004 ，IF=10.452) 上年 发表的“Engineering Escherichia coli for efficient conversion of glucose to pyruvate”11次引用了两篇论文，并对国际上有关丙酮酸发 酵水平进行了列表比较，表明该产量获得了国际最高发酵水平。
①分离性延迟： 突变的基因经DNA复制和细胞分裂后
变成纯状态，表型才能表现出来。 分离性延迟的原因： 对数生长期中，单核细胞常出现 双核现象，多核细胞的核也成倍增加，诱变对数期的细 胞时，突变通常发生在一个核上，故其变异或非变异的 细胞必须经过一代或几代繁殖才能分离。
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②生理性延迟： 由杂合状态变为纯合状态，突变表型 仍不能表现出来。 生理性延迟的原因: 当变异细胞由杂合状态变为 纯合状态时,由于杂合期所合成的非变异的蛋白或酶仍 然发挥作用,必须经过细胞多代分离后,才能将这些非变 异的酶稀释掉,最终达到变异后应该表现的形态,如营养 缺陷型突变株的筛选过程。
第三章 代谢控制发酵育 种的基本技术
3.1 序言 3.2 诱变育种的原理和诱 变剂 3.3 诱变育种中的几个问 题
3.4 突变型菌株的分离与
生命科学学院 胡庆森
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鉴定 3.5 突变株的应用 3.6 其他育种技术简介
3.1 序言
• 发酵的环境条件控制近年来由于应用生物化
学和遗传学原理，深入研究了生物合成代谢途径
A
G
同义突变 错义突变 T C TAC → TAT TAC→ TCC 转换 ↓ ↓ ↓ ↓ 颠换 UAC UAU UAC UCC ↓ ↓ ↓ ↓ 图 21-1 转换与颠换 Tyr Tyr Tyr Ser
江南大学科技成果——传统发酵食品工艺机理解析与优化
江南大学科技成果——传统发酵食品工艺机理解析与优化成果简介
通过国家“十一五”科技支撑计划、863计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金及镇江市科技支撑计划的资助，解析我国优势传统发酵食品，如镇江香醋的功能性组份及其成因，探寻我国传统多菌种混合发酵过程中微生物群落结构与功能之间的关系，进而进行其功能优化调控。
创新要点
以原位分离出的功能微生物进行“生物强化”，调控产酸、产酯、改善产品品质、提高原料利用率、缩短发酵周期。
效益分析
通过“生物强化”新技术，取得显著降低食醋发酵周期（25%以上）及提高成品产率（10%以上）的效果。
推广情况
先后与江苏恒顺集团、安徽恒裕酿造有限公司、湖北灵乡食品有限公司等多家食醋酿造企业合作。
目前与泸州老窖合作开展国窖1573窖池酿造微生物多样性研究。
授权专利
一株高产3-羟基丁酮的地衣芽孢杆菌MEL09的筛选及应用，201010166969.8。
发酵工程原理与技术_江南大学-陈坚
第四章培养基及其制备第一节原料一、原料的定义及选择（一）原料的定义从工艺角度来看，凡是能被生物细胞利用并转化成所需的代谢产物或菌体的物料，都可作为发酵工业生产的原料。
（二）选择原料的依据1，原料选择的原则选择淀粉质原料生产酒精时，从工艺的角度着眼，凡任何含有可发酵性糖或可变为发酵糖的原料，都可作为酒精生产的原料。
对于工业上大规模投入生产的原料，除了要提出工艺上的要求外，还要提出生产管理和经济上的要求，因此，在选择工业上大规模生产酒精的原料时，应考虑到下列诸条件：（1）因地制宜，就地取材，原料产地离工厂要近，便于运输，节省费用。
（2）要求原料内碳水化合物含量较多，蛋白质含量要适当，适合与微生物的需要和吸收利用。
（3）原料资源要丰富，容易收集。
由于酒精生产需要大量原料，要保证一定的库存量。
（4）原料要容易贮藏。
应考虑到新鲜原料内含水量多，不耐久藏，最好选择经，干燥后，含水极少的干原料，易与保藏，不宜霉烂。
（5）对人民的身体无寻损害，影响发酵过程的杂质含量因应当极少，或者几乎不含。
（6）原料价格低廉，可降低产品成本。
此外，还应当考虑到大力节约粮食原料，尽量少用或不用粮食原料，充分利用当地的非粮食原料，广泛利用野生植物原料，同时利用农林副产物和植物纤维原料，以及亚硫酸盐纸浆废液等，对于节约粮食原料有着重要意义。
另外，利用石油原料化学合成制造酒精，也是发展酒精的主要途径。
2，在确定原料选择原则时需注意的问题（1）所选用的培养基与所使用的发酵器的结构有关。
例如ICI公司因指定用甲醇和氨生产单细胞蛋白质而另行设计新的发酵罐。
同样的理由，在一个巳设定的发酵罐中，发酵必然会受到培养基组份改变的影响。
（2）从实验室规模放大到实验工厂规模，以至于放大到工业生产规模，都要考虑培养基的组份的变化。
（3）培养基的组成，除了考虑到菌体生长和产物的形成的需要外，还要考虑到培养基的pH变化、泡沫的形成、氧化还原电位和微生物的形态等，而且还有前体和代谢抑制剂的需要。
江南大学科技成果——红曲液态发酵生产天然红曲橙、黄色素
江南大学科技成果——红曲液态发酵生产天然红曲
橙、黄色素
项目简介
红曲色素是红、黄、橙三种色素所组成的混合色素。
目前国内外大规模生产的仅有红曲红色素。
国内外天然红曲黄及红曲橙色素发酵水平低，未实现工业化生产。
本实验室通过多年的努力，通过菌种的选育、发酵工艺条件的优化及提取条件的优化，在天然红曲黄色素及红曲橙的生产技术方面获得了重大突破。
在液态发酵方面，可分别获得天然橙色素和黄色素为主的红曲色素产品。
红曲黄色素最大吸收峰所对应的波长390-430nm，发酵液色价200U/mL以上。
红曲橙色素最大吸收峰所对应的波长值在460-470nm之间，发酵液色价达到400U/mL以上。
天然色素的提纯工艺技术也较为简化。
项目是“十二五”科技支撑计划（食品添加剂制造关键技术研究2011BAD23B00）子课题。
创新要点
创新的液态发酵法；发酵液色价高，发酵时间短。
可根据需要生产天然红曲黄色素或红曲橙色素，发酵液色素纯度高，色素提纯工艺简单。
推广情况
目前本项目正在广东省天益生物科技有限公司进行液态发酵红曲黄及红曲橙色素的中试。
江南大学发酵工程经验传授
经验传授---发酵工程初试与复试先自我介绍一下：本人，非江大本校学生，09年考上江南大学发酵专业研究生，不过通知书暂时还没有收到。
初试总分398 数学138 化工原理135 英语52 政治73；初试总分第一，最后复试总成绩排名第五。
在这里我重点介绍一下专业课的复习。
我考的是化工原理这里我就以这个为例。
初试：现在6月初，应该看第一遍专业课书了，我是暑假两个月把化工原理书（天津出版社）看了两遍，基本上都会了，9月份到10月份把江大十二年化工原理真题做了一遍，答案都写得整整齐齐。
10-11月份，再网上找了一大堆资料，自己做，把不会的都记在本子上，一般是小题不会。
11-12月份第二次做真题，做到每一题都要会，其实理科的东西做一遍基本都不会忘记的，所以再做一遍其实很简单。
12月份-1月份，再一次研读课本，并且自己预测老师会在哪里出题，1月份之后就看看记在本子上题。
有些人问江大是否有内部补习班，由于我不是本校的，不太清楚，不过不参加辅导班是仍可以拿高分的，要相信自己。
复试：复试发酵专业的考试是发酵综合知识，09年是一共10个简答题吧，没有填空没有选择，一题10分或者15分。
复试一定要问本校的学生，因为本校的都会知道自己老师可能会出什么复试题，初始只要研究10年真题，你就会知道该怎么出题了，但是江大不提供复试的卷子，所以一定要在初试结束后问问本校学生，问他们复试的情况。
我就是复试什么都没有准备，所以直接掉到了第五。
如果你初试排名40多名，完全有可能总分排名第一，今年这样的事情就发生了。
所以一定要注重复试的专业课，一定要。
初试考的不怎么好，不要紧，还有翻身的机会。
另外，初试近两年的题在江大研究生部可以买到，其他的年份可以上网找，应该都有的，网上也有卖的，自己关注一下。
复试题必须自己想办法找。
希望我的一些经验对你有所帮助！。
发酵工程原理与技术_江南大学-陈坚-7第七章生产菌种的扩大培养与保藏
– 种子级数太少，接种量小，发酵时间延长， 降低发酵罐的生产率，增加染菌机会
– 虽然种子罐级数随产物的品种及生产规模而 定。但也与所选用工艺条件有关。如改变种 子罐的培养条件，加速了孢子发芽及菌体的 繁殖，也可相应地减少种子罐的级数。
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第二节 种子质量的控制
素含量要高
• 营养成分要尽可能与发酵培养基相近。
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2，培养条件 （1）温度 （2）通气量
在种子罐中培养的种子除保证供给易被利用的 培养基外，有足够的通气量可以提高种子质 量。例如，青霉素的生产菌种在制备过程中 将通气充足和不足两种情况下得到的种子分 别接入发酵罐内，它们的发酵单位可相差1倍 。但也有例外，例如土霉素生产菌，一级种 子罐的通气量小对发酵有利。
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(3)二级种子的质量要求 种龄 7~8h pH 7.2左右 OD值 净增0.5左右 无菌检查 (-) 噬菌体检查(-)
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二、啤酒酵母的扩大培养
• 菌种在固体培养基上可呈现多种不同代 谢类型的菌落，氮源品种越多，出现的 菌落类型也越多，不利于生产的稳定。
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• 措施
– 培养基所用原料要经过发酵试验合格才可使 用
– 严格控制灭菌后培养基的质量 – 斜面培养基使用前，需在适当温度下放置一
定时间 – 供生产用的孢子培养基要用比较单一的氮源
，作为选种或分离用的培养基则采用较复杂 的有机氮源
• 通常接种量，细菌1~5%，酵母 菌5~10%，霉菌7~15%，有时
20~25%
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三、种子质量的控制措施
• 种子质量的最终指标是考察其在发酵罐 中所表现出来的生产能力。因此首先必 须保证生产菌种的稳定性，其次是提供 种子培养的适宜环境保证无杂菌侵入， 以获得优良种子。
江南大学发酵工程讲义
发酵工程（发酵工程第一章）发酵工程：主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。
(1) 有严格的无菌生长环境：包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵罐以及各种连接管道进行灭菌的技术；在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术；(2)在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速度的计算机控制技术；(3)种子培养和生产培养的不同的工艺技术。
(4)在进行任何大规模工业发酵前，必须在实验室规模的小发酵罐进行大量的实验，得到产物形成的动力学模型，并根据这个模型设计中试的发酵要求，最后从中试数据再设计更大规模生产的动力学模型。
(5)由于生物反应的复杂性，在从实验室到中试，从中试到大规模生产过程中会出现许多问题，这就是发酵工程工艺放大问题。
微生物发酵技术1857年法国化学家、微生物家巴斯德提出了著名的发酵理论：“一切发酵过程都是微生物作用的结果。
”巴斯德认为，酿酒是发酵，是微生物在起作用；酒变质也是发酵，是另一类微生物在作祟；随着科学技术的发展，可以用加热处理等方法来杀死有害的微生物，防止酒发生质变。
同时，也可以把发酵的微生物分离出来，通过人工培养，根据不同的要求去诱发各种类型的发酵，获得所需的发酵产品。
利用微生物的特点Use of MicroorganismsPositive（益处）BiomassProductionConversionNegative（危害）PathogensSpoilage一、发酵的定义1、传统发酵2、生化和生理学意义的发酵3、工业上的发酵1、传统发酵最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。
2、生化和生理学意义的发酵指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。
如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出CO2。
3、工业上的发酵泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程包括：1. 厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。
江南大学科技成果——微生物发酵生产L-赖氨酸
江南大学科技成果——微生物发酵生产L-赖氨酸
成果简介
选育高产菌种和发展赖氨酸生产对于提高食品中蛋白质利用率,增强人民体质以及发展家禽饲养业等具有十分重要的意义,对于以谷物为主要食物的我国尤为重要。
本实验室通过诱变选育和基因工程手段对大肠杆菌进行改造，获得一株高产赖氨酸生产菌株，发酵培养36h，赖氨酸盐酸盐产量高达193g/L，葡萄糖得率为74%左右。
关键技术
本研究以玉米浆为氮源，有效的降低了发酵成本；以葡萄糖为原料生产L-脯氨酸的高转化率发酵，该法绿色、环保、可持续，具有经济竞争力，有很好的产业应用前景；以大肠杆菌为宿主，不仅缩短了发酵周期，而且也降低了染菌几率。
知识产权
一株产L-赖氨酸的大肠杆菌及其应用，CN201911370748.X。
项目成熟度
试生产阶段
投资期望及应用情况
投资期望：根据目前技术水平，初步估算生产综合成本约6.6万元/吨，目前市场定价约为12万元/吨。
以1000吨生产规模计算，毛利润可达5400万元/年。
应用情况：L-赖氨酸是人体和动物所不能合成的8种必需氨基酸中最重要的一种，应用于食品强化剂和饲料添加剂，也用于医药。
江南大学科技成果——微生物发酵生产L-缬氨酸
江南大学科技成果——微生物发酵生产L-缬氨酸
成果简介
L-缬氨酸是生命有机体的重要组成部分，在生命体内物质代谢调控和信息传递等许多方面扮演着重要角色。
L-缬氨酸属于八种必需氨基酸之一，也是三种支链氨基酸之一。
L-缬氨酸发酵是典型的代谢控制发酵。
国内虽有天然蛋白质水解液分离提取L-缬氨酸的产品，但由于其产量很低，质量不佳，纯度不高，所以无法实现大规模工业化生产。
利用微生物发酵法生产L-缬氨酸具有原料成本低，反应条件温和及易实现大规模生产等优点，是一种非常经济的生产方法。
但是，以微生物发酵法生产L-缬氨酸，国内大多数菌株的产酸水平不高，特别是L-缬氨酸的生产水平和产量远不能满足国内市场的需求。
因此，开展发酵法生产L-缬氨酸的研究具有极其重要的意义。
本研究室通过高通量筛选策略，获得一株高产缬氨酸的黄色短杆菌。
技术指标发酵60h，产量60g/L，糖酸转化率为25%。
产品性能：产量高，质量优，纯度高。
创新点：生产成本低、副产物少。
效益分析经初步核算，预计项目L-缬氨酸的综合成本为8万元/吨。
按11万元/吨的价格销售，以300吨级L-缬氨酸生产线为例，年毛利润约900万元。
应用情况
广泛应用于食品、医药、饲料、农业和日化工等方面，尤其随着抗癌药物制剂、氨基酸输液制剂的飞速发展，对原料氨基酸的需求量日益增长，市场需求量不断增加。
江南大学发酵工程讲义
发酵工程（发酵工程第一章）发酵工程：主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。
(1) 有严格的无菌生长环境：包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵罐以及各种连接管道进行灭菌的技术；在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术；(2)在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速度的计算机控制技术；(3)种子培养和生产培养的不同的工艺技术。
(4)在进行任何大规模工业发酵前，必须在实验室规模的小发酵罐进行大量的实验，得到产物形成的动力学模型，并根据这个模型设计中试的发酵要求，最后从中试数据再设计更大规模生产的动力学模型。
(5)由于生物反应的复杂性，在从实验室到中试，从中试到大规模生产过程中会出现许多问题，这就是发酵工程工艺放大问题。
微生物发酵技术1857年法国化学家、微生物家巴斯德提出了著名的发酵理论：“一切发酵过程都是微生物作用的结果。
”巴斯德认为，酿酒是发酵，是微生物在起作用；酒变质也是发酵，是另一类微生物在作祟；随着科学技术的发展，可以用加热处理等方法来杀死有害的微生物，防止酒发生质变。
同时，也可以把发酵的微生物分离出来，通过人工培养，根据不同的要求去诱发各种类型的发酵，获得所需的发酵产品。
利用微生物的特点Use of MicroorganismsPositive（益处）BiomassProductionConversionNegative（危害）PathogensSpoilage一、发酵的定义1、传统发酵2、生化和生理学意义的发酵3、工业上的发酵1、传统发酵最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。
2、生化和生理学意义的发酵指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。
如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出CO2。
3、工业上的发酵泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程包括：1. 厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。
江南大学微生物(发酵)笔记
江南大学微生物(发酵)笔记本科笔记绪论第一节：微生物学的研究对象与任务一、“微生物”的含义（什么是微生物）非分类学上名词，来自法语“Microbe”一词。
是形体微小、单细胞或个体结构简单的多细胞、甚或无细胞结构的低等生物的通称。
（插入）二、生物分界（微生物在生物界的位置）1、两界系统（亚里斯多德）动物界 Animalia：不具细胞壁，可运动，不行光合作用。
植物界 Plantae：具有细胞壁，不运动，可行光合作用。
三界：原生生物界 Protista：（E. H. Haeckel, 1866年提出）2、五界系统R. H. Whitakker, Science, 163: 150-160, 1969原核生物界 Monera：细菌、放线菌等原生生物界 Protista：藻类、原生动物、粘菌等真菌界 Fungi：酵母、霉菌动物界 Animalia：植物界 Plantae：五界系统是以细胞结构分化的等级以及和光合、吸收、摄食这三种主要营养方式有关的组织类型为基础的。
六界：加上病毒界。
3、三界（域）系统Woese用寡核苷酸序列编目分析法对60多株细菌的16SrRNA序列进行比较后，惊奇地发现：产甲烷细菌完全没有作为细菌特征的那些序列，于是提出了生命的第三种形式--古细菌(archaebacteria)。
随后他又对包括某些真核生物在内的大量菌株进行了16Sr RNA(18SrRNA)序列的分析比较，又发现极端嗜盐菌和极端嗜酸嗜热菌也和产甲烷细菌一样，具有既不同其他细菌也不同于其核生物的序列特征，而它们之间则具有许多共同的序列特征。
于是提出将生物分成为三界(Kingdom)(后来改称三个域)：古细菌、真细菌( Eubacteria)和真核生物(Eukaryotes)。
1990年，他为了避免把古细菌也看作是细菌的一类，他又把三界(域)改称为：Bacteria(细菌)、Archaea(古生菌)和Eukarya(真核生物)。
江南大学科技成果——酱油发酵过程微生物代谢危害物控制技术
江南大学科技成果——酱油发酵过程微生物代谢危
害物控制技术
成果简介
传统发酵食品加工过程中生成的胺（氨）类物质，如氨基甲酸乙酯（EC）、生物胺类等是影响发酵食品安全的重要因素。
本成果在国内外率先进行了微生物干预减少发酵食品中EC及其前体的系统研发。
本项目获中国轻工联合会技术发明二等奖、广东省科学技术奖二等奖。
主要技术内容
（1）揭示了酱油发酵过程EC前体形成的微生物物质代谢机制；
（2）采用高通量筛选方法获得可在酱油发酵过程中显著减少EC 前体积累的菌株；
（3）采用非基因工程手段在工业规模将酱油中EC含量降至低于20ppb，且对酱油主要理化指标和风味物质未产生影响。
技术水平
本成果已获授权核心发明专利11项，形成了包括利用EC或其前体菌株的筛选与选育、微生物干预控制酱油中氨（胺）类有害物的专利群，发表论文29篇。
市场前景
本技术对于解决基于混菌发酵过程的传统发酵食品安全性的提升，具有普适性意义和推广前景；对于引领生物技术在传统发酵食品中的应用、提升传统发酵食品生产企业的技术水平、实现传统发酵食品工业产业升级和可持续发展，具有重大的科学意义和工业应用价值。
江南大学科技成果——微生物发酵法生产番茄红素
江南大学科技成果——微生物发酵法生产番茄红素项目简介
番茄红素具有强抗氧化作用，有卓越的防癌、抗癌、预防心血管疾病等功效，在食品、保健品、化妆品以及医药领域具有重要用途。
目前，国外已将这一产品广泛用于食品添加剂、功能性食品、医药原料等方面。
2003年，美国《时代》杂志把番茄红素列在“对人类健康贡献最大的食品”之首，番茄红素由于其优越的功能和防癌、抗癌作用，被誉为“植物黄金”，成为“二十一世纪医药保健制品新宠”。
本项目采用生物发酵法生产番茄红素，具备了工业化开发的条件，生产工艺成熟，产品质量稳定，番茄红素产量可达 1.5-2.5g/L，处于国内领先水平。
项目获国家863计划资助。
创新要点
采用三孢布拉酶菌发酵生产番茄红素，其合成水平高于多种生物体，而且具有生产原料易获得，不受自然条件限制，周期短和适用工业生产等优点。
效益分析
番茄红素广泛应用于各种食品、饲料添加剂、保健食品、医药，也可直接开发成保健食品。
产品所有原料、辅助材料、资源充足、易于购买，原、辅材料供应有可靠保障。
该项目的产品有较为广阔的销售市场。
该技术已取得一定经济效益。
推广情况已转让相关企业。
江南大学科技成果——双温双控发酵系统
江南大学科技成果——双温双控发酵系统成果简介在生物工程，特别是发酵工程及其研究、试验中，发酵罐是所需的主要设备，而发酵罐又经常需要对温度进行控制。
虽然在多数情况下，之类发酵罐的温度可允许有一定范围波动，但超过一定限度就会破坏正常发酵所需生化条件，导致发酵速度降低甚至发酵过程终止而工艺失败。
另外有些发酵过程需要对温度上、下限分别进行控制，或者对同一种物料同时施以不同温度，这时，现行的发酵工艺或发酵罐系统就不再适用。
特别是在一些实验研究中，合适的发酵温度不一定已知，这就需要进行实验摸索，这就需要一种可以高效支持这类发酵温度摸索的设备。
这种设备应该使得发酵罐内温度在较宽的范围可调节，在高温临界点及时降温，并能在多给定值下保持稳定，这对于具有单向（温度升高方向）性特点的温度控制而言，是个难以通过的瓶颈。
另外固态基质上微生物的发酵涉及控温、传质、空气等多个方面，由于基质的不可动性，在常规的发酵罐中，给实际操作带来许多困难，尤其是难于实现连续发酵中产物的分离。
为了解决这一问题，可以设计组合发酵系统，借助发酵体系中溶液的流动使固定生物体系中的温度、传质和通气得到控制，并可连续补料、和实现产物的在线分离。
这就需要研发一种多温度多路控制的组合发酵系统。
本项目的有益效果是：一种可以高效支持发酵温度摸索的设备。
它使得发酵罐内温度在较宽的范围可调节，并能在多给定值下保持稳定，并克服了温度控制单向性的特点。
当高温罐温度达到高温限时，能快速降温；当低温罐达到低温限时，能快速升温。
系统以紧凑、简洁的结构实现了双温双控，其控制系统结构简单，易于调整。
整体易于批量生产；系统维护、维修简便易行。
授权专利双温双控组合发酵系统，2014105989037；双温双控组合发酵系统，2014205989307。
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谷氨酸棒杆菌中赖氨酸的合成 是研究得最为广泛的。图 2 列出了 谷氨酸棒杆菌中天冬族氨基酸生物 合成相关的途径及重要步骤的代谢 调节情况。
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张星元：发酵原理（讲座）
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基质
其中，各相关酶及 途径水平上的代谢调节， 以及整个细胞水平上的 全局调节对于代谢流的 导向和改造是至关重要 的。对微生物整个代谢 网络进行有目的的改造 和设计涉及到大范围的 遗传改造。
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正确描述代谢网络的主要节点的 调控模式是十分必要的，但常常是十 分困难的。谷氨酸棒杆菌中丙酮酸和 磷酸烯醇式丙酮酸节点的复合模式就 是最好的例子。谷氨酸棒杆菌中PEP、 PYR和OAA所构成的 “ 奇异三角区 ” （magic triangle）是研究的热点 。
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该途径上另一值得关注的 特征是从六氢吡啶二羧酸出发 合成二氨基庚二酸的旁路途径 的出现，借助于 NMR 手段已 经得知，旁路的出现依赖于某 些代谢条件，特别是可利用的 NH4+的存在。
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另一个重要的方面是参与特定 氨基酸合成途径及与之相关的其他 代谢途径的酶的调节特性，包括酶 活力的调节和酶的表达的调节。特 别是必须详细研究中间产物或终端 产物对途径起点或分支处的关键酶 的调节。
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奇异三角区
Glc
注： ①PK, ②PC,
PEP
Glc
③PEPC, ④PEPCK,
③
④ ②
⑥ ① ⑦ G6P
⑤OAADC,
⑥PEPS, ⑦PTS
PYR
⑤
AcCoA
OAA
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PEP通过PYR和AcCoA向TCA 环提供C2单位，同时，PEP、PYR 以及 AcCoA 还通过回补反应（ 通 过乙醛酸环）为TCA环提供重要中 间产物，这些回补反应对于以TCA 环代谢中间产物 为前体的氨基酸的 生产来说是非常必要的。
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氨基酸的生产中经常用到特定 的氨基酸营养缺陷型菌株。一方面， 在分成两支的氨基酸合成途径中， 一个分支途径的终端产物氨基酸的 营养缺陷，通常对另一分支的终端 产物氨基酸的合成起促进作用。
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用遗传学与生理学相结合的方法
研究氨基酸生产
前
言
对微生物的代谢途径及代谢网络进行 有目的的改造从而提高氨基酸的产量仍然 是现代生物工程学的一个主攻目标。为了 攻克这个目标，就有必要对尚待进一步完 善的细胞生理学、生物化学、分子生物学 及生物过程工程等学科的基本状况做一番 描述，主要有如下几个话题:
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2013-7-31 张星元：发酵原理（讲号： ASA为天门冬氨酸-β-半醛， Hse 为 高 丝 氨 酸 ， SucAKPA 为 琥 珀 酰 二 氨 基庚二酸；AK为天冬氨 酸 激 酶 ， DHDPS 为 二 氢 吡 啶 二 羧 酸 合 酶 ， HDH 为高丝氨酸脱氢酶，HK 为高丝氨酸激酶，TDH为 苏氨酸脱氢酶，AHAS为 乙酰羟酸合酶； PEPS为 PEP 合 成 酶 ， PK 为 丙 酮 酸 激 酶 ， PC为 丙 酮 酸 羧 化酶，OAADC为草酰乙 酸 脱 羧 酶 ， PEPC 为 PEP 羧 化 酶 ， PEPCK 为 PEP 羧激酶。
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除了以上这些反映代谢途径基本 信息的资料外，代谢流量的相对固定 的分布以及代谢流量的动力学响应同 样是至关重要的。这既涉及到中心代 谢途径（提供碳架物质、还原力及代 谢能）的代谢流的定量分析，又涉及 到特定氨基酸专用的合成途径的代谢 流的定量分析。
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目的产物的合成途径是理解氨基酸 生产的前提和核心内容 。相关的代谢途 径不仅包括那些直接导致某特定氨基酸 的合成的专用途径，也包括提供前体碳 架物的途径、从专用途径分流最终导致 副产物生成的分支途径、相应氨基酸自 身被降解的途径、以及那些提供还原力 和代谢能量的途径。
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合成代谢途径通常受反馈抑制和 反馈阻遏的严格调控，比如 图2 中的 AK、HDH、TDH、AHAS等。 不过， 相对于大肠杆菌而言，谷氨酸棒杆菌 中的调节尤其是天冬族氨基酸合成途 径的调节还是比较简单的。
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传统的设计育种（ 随机诱变加定 向筛选），以及DNA重组技术在设计 育种中的应用已经大大提高了 微生物 对氨基酸的生产能力， 但人们对于氨 基酸产生菌的生理学与生物化学等 主 要领域的基础知识还相当匮乏。 目前可从以下几方面理解氨基酸 的代谢基础：
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①具有生物工程学重要性的微生物的 基本代谢途径及其对应的酶的性质； ②酶及其调节方式，途径及其调节方 式； ③中心代谢途径及离心途径代谢流量 的定量分析； ④对跨膜传送（基质吸收和产物分泌） 的详尽的了解。
图1. 微生物细胞合成氨基酸的 相关途径及代谢调节示意图
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跨膜吸收
基质
全 局 调 节 系 统
异化途径
碳架、还原力、代谢能
同化途径
副产物
反馈 调节
氨基酸
降解途径
跨膜输出
氨基酸
重吸收
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张星元：发酵原理（讲座）
该同化（合成）途径通过草酰乙酸 （OAA）与中心代谢途径相接，天冬氨 酸是该族氨基酸的共同前体物。 来自回 补途径及TCA 环的草酰乙酸， 进入合 成途径并在天冬氨酸 -β- 半醛（ ASA） 处分为两条支路，一条通往赖氨酸，另 一条通往苏氨酸、蛋氨酸（ 甲硫氨酸 ） 及异亮氨酸。该途径上主要调控点是天 冬氨酸激酶（ AK ），其他重要的酶包 括高丝氨酸脱氢酶（ HDH ） 和苏氨酸 脱氢酶（TDH）。
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1. 氨基酸生产的代谢基础 2. 氨基酸生物合成的代谢流量 分析 3. 基质的跨膜吸收与氨基酸的 跨膜输出 4. 氨基酸生产的代谢设计
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1. 氨基酸生产的代谢基础
1.1 氨基酸的生物合成 1.2 代谢产物生产的生理学
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该区包含可能有多达七个酶的参与， 其中磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）、 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（ PEPCK ）、 丙酮酸激酶 （ PK ）、 草酰乙酸脱羧 酶 （OAADC ）和磷酸烯醇式丙酮酸磷 酸转移酶系统（PTS）都已得到鉴定，磷 酸烯醇式丙酮酸合成酶（ PEPS ）已被 假定存在。丙酮酸羧化酶（ PC ）的存在 已得到代谢流量分析的实验数据的支持。
①与生物工程相关的氨基酸产生 菌的相关途径的研究进展情况， 其中必须包括这些途径的代谢调 节以及细胞的整个调节网络的研 究进展情况。
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②对所有的相关途径进行详细的代谢流 量分析。这涉及到基质进入细胞的碳架 物流量，流经向心途径、中心代谢途径 和离心途径的碳架物流量，以及代谢中 间产物流出细胞的碳架物流量 （ the central and peripheral carbon fluxes）。 还原力的流量 （ redox flux ）及能量流 量（energy flux）。
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G6P
奇异三角区
PEP
PTS PEPS
PK PEPC AcCoA OAADC PEPCK PC
PYR
Asp
Thr I Lys I
OAA TCA
CTA
AK lysC
Asp-P ASA
DHDPS dapA HDH hom Thr I Met R
Hse
HK Met R thrB
Met
DDP Thr
TDH ilvA SucAKPA DAP Ile I AHAS Ile I ilv BN Ile，Leu,Val R
Lys
Ile
图2. 天冬族氨基酸的生物合成及代谢调节. (其中 I 表示反馈抑制；R 表示反馈阻遏)
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张星元：发酵原理（讲座）
要想根据细胞粗提取液的测定 结果对这些酶的调控性质做出适当 的解释是靠不住的。这一方面是因 为它们在这些条件下可能不稳定； 另一方面，对于需要什么样的辅因 子才能保持它们的活性或（和）它 们在缓冲液中的稳定性，也知之甚 少；而且特别是因为在抽提的过程 中，那些参与胞内酶活性调节的必 需因子会丢失。
此外，基质吸收和目的产物输出等 有方向性的跨膜反应对于氨基酸的生产 也是极其重要的。除大肠杆菌外，一般 工业微生物基质吸收方面的知识是相当 欠缺的。氨基酸跨膜输出的研究领域近 年才受到关注。方向性的跨膜反应的机 理、微生物能学及氨基酸分泌的调节等 方面的知识对于理解氨基酸生产过程也 是相当重要的。
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谷氨酸棒杆菌中存在 α- 酮戊二 酸脱氢酶便是一例。人们最初认为 这个酶在谷氨酸棒杆菌中并不存在。 正因为如此，才出现了这样的假设， 即：TCA 环在该处的中断引起 α酮戊二酸的 “ 溢出 ”， 最终导致 谷氨酸的分泌。后来才弄清这个酶 在谷氨酸棒杆菌中实际上是存在的， 但是它似乎很不稳定。
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再往后的流量控制点是是通往赖 氨酸 DDP合酶（见图中DHDPS） 以 及赖氨酸的需能输出。要获得令人满 意的结果，必须全面考虑这些方面， 仅仅对于个别反应（即便是最重要的 调控点）进行改造并不是理想的方法， Broer 等曾将脱敏的 AK 的基因导入 野生菌中进行表达，但并未获得很令 人满意的赖氨酸产量。