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本產(chǎn)品和技術(shù)依據(jù)細(xì)胞代謝流在線檢測(cè)與計(jì)算分析原理，配置上除常規(guī)的溫度、攪拌轉(zhuǎn) 速、消泡、pH、溶解氧濃度 (DO) 等測(cè)量控制以外，還增添了發(fā)酵液真實(shí)體積、高精度補(bǔ)料量 (如基質(zhì)、前體、油、酸堿物) 測(cè)量與控制，高精度通氣流量與罐壓電信號(hào)測(cè)量與控制，并與尾 氣CO2和O2分析儀或質(zhì)譜儀連接。可精確得到發(fā)酵過(guò)程計(jì)算機(jī)參數(shù)優(yōu)化與放大所必需的包括 各種代謝流特征或工程特征的間接參數(shù)，如攝氧率 (OUR) 、二氧化碳釋放率 (CER) 、呼吸商 (RQ) 、體積氧傳遞系數(shù) (KLa) 、比生長(zhǎng)速率 (μ) 等。廣泛應(yīng)用于生物制藥 (傳統(tǒng)生物制藥和現(xiàn) 代基因工程制藥) 、食品輕工發(fā)酵、農(nóng)業(yè)生物 (微生物飼料、微生物農(nóng)藥、微生物肥料和動(dòng)物 疫苗) 、新興生物能源和石化環(huán)保等行業(yè)工業(yè)化工程項(xiàng)目的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和全面技術(shù)實(shí)施。帶動(dòng)了 多個(gè)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步。

重金屬、有毒有機(jī)物排放入海后,被海洋生物吸收并隨食物鏈積累與放大,嚴(yán)重?fù)p害海產(chǎn)品的質(zhì)量,威脅生態(tài)環(huán)境與人類(lèi)健康。因此,開(kāi)展室內(nèi)養(yǎng)殖海水主要污染重金屬、有機(jī)物的有效凈化技術(shù)研究,對(duì)于提高養(yǎng)殖海水環(huán)境質(zhì)量和保證水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展具有重要意義。 本文針對(duì)室內(nèi)養(yǎng)殖海水污染特點(diǎn)和海水高復(fù)雜體系對(duì)重金屬測(cè)定的化學(xué)干擾問(wèn)題,研究和建立了測(cè)定重金屬離子新方法;從海水中篩選出耐重金屬離子的細(xì)菌,借助現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)對(duì)微生物進(jìn)行研究;用海藻酸鈉和四氧化三鈷固定化,進(jìn)行室內(nèi)養(yǎng)殖海水中重金屬吸附和有機(jī)物去除研究。借助XPS、XRD、FTIR、SEM等手段研究了海水中重金屬離子去除機(jī)理。

選育高產(chǎn)菌種和發(fā)展賴氨酸生產(chǎn)對(duì)于提高食品中蛋白質(zhì) 利用率,增強(qiáng)人民體質(zhì)以及發(fā)展家禽飼養(yǎng)業(yè)等具有十分重要的意義,對(duì)于以谷物為主要食物的我國(guó)尤為重要。本實(shí)驗(yàn)室通過(guò)誘變選育和基因工程手段對(duì)大腸桿菌進(jìn)行改造，獲得一株高產(chǎn)賴氨酸生產(chǎn)菌株，發(fā)酵培養(yǎng) 36 h，賴氨酸鹽酸鹽產(chǎn)量高達(dá) 193 g/L，葡萄 糖得率為 74%左右。 關(guān)鍵技術(shù) (1)本研究以玉米漿為氮源，有效的降低了發(fā)酵成本； (2)以葡萄糖為原料生產(chǎn) L-脯氨酸的高轉(zhuǎn)化率發(fā)酵，該法綠色、環(huán)保、可持續(xù)，具有經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，有很好的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景； (3)以大腸桿菌為宿主，不僅縮短了發(fā)酵周期，而且也降低了染菌幾率。 

通過(guò)基因工程手段，構(gòu)建了高產(chǎn) L-天冬氨酸酶和 L-天冬氨酸-α-脫羧酶共表達(dá)重組菌株。主要技術(shù)指標(biāo)： 在轉(zhuǎn)化體系中，濕菌體添加量 20 g/L，底物 富馬酸 158.0 g/L，轉(zhuǎn)化周期 12~14 h，β-丙氨酸產(chǎn)量 118.6 g/L，底物摩爾轉(zhuǎn)化率 98%；(2) 濕菌體添加量 30 g/L，底物富馬酸 216.0 g/L，轉(zhuǎn)化 12~14 h，β-丙氨酸產(chǎn)量 162.1 g/L，底物摩爾轉(zhuǎn)化率 98%。 關(guān)鍵技術(shù) 以大腸桿菌為宿主，生長(zhǎng)快，周期短，催化效率高；(2)以廉價(jià)的富馬酸為底物生產(chǎn)高附加值β-丙氨酸，成本低，收益高；(3)微生物轉(zhuǎn)化具有專一性強(qiáng)、條件溫和的優(yōu)點(diǎn)，該法綠色、環(huán)保、可持續(xù)，具有經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，有很好的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景。 

L-纈氨酸是生命有機(jī)體的重要組成部分，在生命體內(nèi)物質(zhì)代謝調(diào)控和信息傳遞等許多方面扮演著重要角色。L-纈氨酸屬于八種必需氨基酸之一，也是三種支鏈氨基酸之一。L-纈氨酸發(fā)酵是典型的代謝控制發(fā)酵。國(guó)內(nèi)雖有天然蛋白質(zhì)水解液分離提取 L-纈氨酸的產(chǎn)品，但由于其產(chǎn)量很低，質(zhì)量不佳，純度不高，所以無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。利用微生物發(fā)酵法生產(chǎn) L-纈氨酸具有原料成本低，反應(yīng)條件溫和及易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，是一種非常經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)方法。但是， 以微生物發(fā)酵法生產(chǎn) L-纈氨酸，國(guó)內(nèi)大多數(shù)菌株的產(chǎn)酸水平不高，特別是 L-纈氨酸的生產(chǎn)水平和產(chǎn)量遠(yuǎn)不能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求。因此，開(kāi)展發(fā)酵法生產(chǎn) L-纈氨酸的研究具有極其重要的意義。本研究室通過(guò)高通量篩選策略，獲得一株高產(chǎn)纈氨酸的黃色短桿菌。 

成果描述：借助白酒微生態(tài)研究構(gòu)建的白酒菌種庫(kù)及信息資源庫(kù)，運(yùn)用現(xiàn)代生物工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)釀酒工藝中廢棄物資源的高效利用。將傳統(tǒng)制曲工藝與復(fù)合酶、復(fù)合酵母配合技術(shù)相結(jié)合，精心制作而成的具有較高的產(chǎn)酯能力和出酒率的丟糟專用釀酒微生物制劑。可以提高原材料利用率、增加酒糟單細(xì)胞蛋白、消化性酶、有機(jī)性礦物質(zhì)的含量等。市場(chǎng)前景分析：可應(yīng)用于食品加工、釀造或發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)。產(chǎn)品有良好的市場(chǎng)前景。與同類(lèi)成果相比的優(yōu)勢(shì)分析：白酒丟糟專用的釀酒微生物制劑，為淺褐色粉粒，含高活性釀酒酶類(lèi)和多種生香酵母，每噸酒渣可再產(chǎn)50度酒20kg。年產(chǎn)300噸，年銷(xiāo)售收入300萬(wàn)元。

番茄紅素具有強(qiáng)抗氧化作用，有卓越的防癌、抗癌、預(yù)防心血管疾病等功效，在食品、保健品、化妝品以及醫(yī)藥領(lǐng)域具有重要用途。目前，國(guó)外已將這一產(chǎn)品廣泛用于食品添加劑、功能性食品、醫(yī)藥原料等方面。2003 年，美國(guó)《時(shí)代》雜志把番茄紅素列在“對(duì)人類(lèi)健康貢獻(xiàn)最大的食品”之首，番茄紅素由于其優(yōu)越的功能和防癌、抗癌作用，被譽(yù)為“植物黃金”，成為“二十一世紀(jì)醫(yī)藥保健制品 新寵”。 本項(xiàng)目采用生物發(fā)酵法生產(chǎn)番茄紅素，具備了工業(yè)化開(kāi)發(fā)的條件，生產(chǎn)工藝成熟，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，番茄紅素產(chǎn)量可達(dá) 1.5-2.5g/L，處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。 創(chuàng)新要點(diǎn) 采用三孢布拉酶菌發(fā)酵生產(chǎn)番茄紅素，其合成水平高于多種生物體，而且具有生產(chǎn)原料易獲得，不受自然條件限制，周期短和適用工業(yè)生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。 

成果簡(jiǎn)介： 微生物除臭技術(shù)是利用能夠轉(zhuǎn)化或者降解惡臭物質(zhì)的特殊微生物的高效吸附、吸收和降解作用對(duì)生活污水和生活垃圾等散發(fā)的含硫、含氮等惡臭氣體進(jìn)行凈化，將硫化氫、硫醇和氨氣等惡臭成分轉(zhuǎn)化為無(wú)害無(wú)臭的物質(zhì)，達(dá)到改善空氣質(zhì)量、保護(hù)人民身體健康的目標(biāo)。其基本原理是利用微生物把溶解水中的惡臭物質(zhì)吸收于微生物自身體內(nèi)，通過(guò)微生物的代謝活動(dòng)使其降解的一種過(guò)程。從微生

低聚果糖是由果糖基連接生成的多糖，微生物來(lái)源的果聚糖是含 有β (2→6) 糖苷鍵及少量β (2→1)側(cè)鏈的果聚糖，低聚果糖具有改善腸道菌群平衡的作用。低聚果糖特有的理化特性和生理功效如水溶 性膳食纖維、雙歧桿菌增殖因子等是以高純度低聚果糖為原料作實(shí)驗(yàn) 而得結(jié)論。除了具有天然多糖共同的特點(diǎn)如生物相容性、生物降解性、 安全無(wú)毒，還具有抗腫瘤、抗糖尿病、免疫增強(qiáng)、降血脂等多種重要 的生物學(xué)功能，而且可用于制備納米材料，在生物醫(yī)藥和功能食品等 方面具有巨大的應(yīng)用潛能，體現(xiàn)出巨大的潛在市場(chǎng)價(jià)值。 國(guó)內(nèi)目前 以酶轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)的低聚果糖執(zhí)行國(guó)家低聚果糖標(biāo)準(zhǔn) GB/T 23528- 2009，產(chǎn)品是蔗糖-果糖或果糖-果糖聚合度為 2-9 的功能性低聚糖， 分子量為 342-1476。 新一代低聚果糖采用菌體發(fā)酵法合成生產(chǎn)，美 國(guó)市售產(chǎn)品分子量約 5000。是很好的益生元產(chǎn)品。 項(xiàng)目特色和創(chuàng)新之處： 南開(kāi)大學(xué)環(huán)境微生物與微生物制造研究室從發(fā)酵食品中分離得 到一株解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens LL3），它能夠利用 蔗糖合成低聚果糖。為了提高低聚果糖的產(chǎn)量和純度，項(xiàng)目組采用溫 敏質(zhì)粒結(jié)合反向篩選標(biāo)記-------無(wú)痕基因敲除法對(duì)菌株的其他胞外產(chǎn) 物和六個(gè)胞外蛋白基因以及 3 個(gè)細(xì)菌胞外多糖基因（簇）進(jìn)行了敲除； 5 L 罐分批發(fā)酵低聚果糖的產(chǎn)量（42 h）達(dá)到 43.34 g/L。為了進(jìn)一步 提高蔗糖酶的分泌表達(dá)，項(xiàng)目組整合強(qiáng)啟動(dòng)子和信號(hào)肽對(duì)菌種進(jìn)行改 造，在 5 L 發(fā)酵罐采用補(bǔ)料分批發(fā)酵工藝，菌株低聚果糖產(chǎn)量達(dá) 101.7 g/L。分子量約 5000 Dal，純度 95%以上。 項(xiàng)目特色： 1. 菌種（Bacillus amyloliquefaciens）LL3 是分離自傳統(tǒng)發(fā)酵食品，生 產(chǎn)主要原料為蔗糖；菌種改造采用無(wú)痕基因編輯技術(shù)，具有安全性 2. 補(bǔ)料分批發(fā)酵產(chǎn)量為：101.7 g/L;分子量約為 5000；純度大于95.0%; 3. 授權(quán)專利號(hào)為：ZL201410405975.2 市場(chǎng)應(yīng)用前景： 目前,低聚果糖的應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)大，除了生產(chǎn)人類(lèi)保健品口服 制劑之外，在中老年?duì)I養(yǎng)品、中老年專用奶粉、嬰兒奶粉、部分營(yíng)養(yǎng) 飲料等中實(shí)施添加；某些化妝品中也需要加入低聚果糖。還是替代抗 生素在飼料中添加的主要成分之一。隨著腸道菌群影響人類(lèi)健康研究 新成果的不斷報(bào)道，低聚果糖----益生元/膳食纖維越來(lái)越受到人們 的青睞。開(kāi)展該產(chǎn)品的生產(chǎn)將會(huì)獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。另 外，生產(chǎn)中實(shí)施廢菌體回用技術(shù)工藝，可使發(fā)酵做到近零排放，具有 綠色生態(tài)效益.

已有樣品/n首次實(shí)現(xiàn)利用葡萄糖為原料微生物高效合成燈盞乙素，在3升發(fā)酵罐，發(fā)酵93h，燈盞乙素產(chǎn)量可達(dá)500毫克/升，預(yù)計(jì)近期內(nèi)能達(dá)到3克/升，并已初步建立了提取工藝。燈盞乙素微生物合成技術(shù)與傳統(tǒng)生產(chǎn)方法相比，燈盞乙素生產(chǎn)能不受土地種植面積和植物生長(zhǎng)時(shí)間限制、生產(chǎn)效率不受自然條件限制、對(duì)環(huán)境更加友好、燈盞乙素含量高成份單一、分離提取更容易、成本大幅降低，具有很好的應(yīng)用前景。目前國(guó)內(nèi)燈盞乙素年產(chǎn)量約10噸，隨著國(guó)內(nèi)市場(chǎng)逐年增長(zhǎng)，五年內(nèi)燈盞乙素需求量至少可增長(zhǎng)到70噸，如果國(guó)際市場(chǎng)打開(kāi)，燈盞乙素純品需求