目錄
第1章 極端微生物的分離與培養(yǎng) 1
引言 1
1.1 傳統(tǒng)的分離培養(yǎng)策略 2
1.1.1 極端微生物不可培養(yǎng)的原因 2
1.1.2 營養(yǎng)基質(zhì)濃度與成分優(yōu)化 5
1.1.3 壓力、溫度等極端條件的模擬 9
1.2 提高微生物可培養(yǎng)性的策略 10
1.2.1 膜擴散培養(yǎng)法 15
1.2.2 稀釋培養(yǎng)法 21
1.2.3 序列引導(dǎo)分離技術(shù) 23
1.2.4 用于培養(yǎng)的微流控系統(tǒng) 24
1.2.5 二維細胞分離培養(yǎng) 27
1.3 極端微生物的篩選方法 29
1.3.1 直接可視化法 30
1.3.2 生長的光學檢測 31
1.3.3 基于PCR與測序的篩選 37
1.3.4 質(zhì)譜篩選法 42
1.4 培養(yǎng)組學應(yīng)用于極端微生物的分離培養(yǎng) 46
1.4.1 難培養(yǎng)微生物的培養(yǎng)方法 46
1.4.2 培養(yǎng)組學概述 51
1.4.3 培養(yǎng)組學的發(fā)展 52
參考文獻 53
第2章 極端微生物資源庫構(gòu)建 61
引言 61
2.1 高通量測序技術(shù) 61
2.1.1 DNA測序技術(shù) 61
2.1.2 極端微生物高通量測序數(shù)據(jù)研究方法 69
2.2 極端微生物資源庫 74
2.2.1 極端微生物菌種庫 74
2.2.2 極端微生物基因組數(shù)據(jù)庫 79
2.3 極端微生物中生物元件的高通量挖掘 85
2.3.1 酶蛋白元件規(guī)模化挖掘 85
2.3.2 次級代謝產(chǎn)物相關(guān)元件的挖掘 96
2.3.3 多肽類功能分子的挖掘 106
2.3.4 基因調(diào)控元件的挖掘 115
2.3.5 機器學習在生物元件挖掘中的應(yīng)用 129
參考文獻 134
第3章 極端微生物：極端酶的創(chuàng)新源泉 143
引言 143
3.1 極端酶的分類與特性 143
3.1.1 極端酶概述 143
3.1.2 嗜熱酶的特性及應(yīng)用 145
3.1.3 嗜冷酶的特性及應(yīng)用 146
3.1.4 嗜鹽酶的特性及應(yīng)用 148
3.1.5 嗜酸酶的特性及應(yīng)用 149
3.1.6 嗜堿酶的特性及應(yīng)用 149
3.1.7 耐有機溶劑酶的特性及應(yīng)用 150
3.2 極端酶的來源 151
3.2.1 極端微生物種質(zhì)資源 151
3.2.2 極端微生物成為極端酶的創(chuàng)新源泉 154
3.3 極端酶：未來食品應(yīng)用新酶源 155
3.3.1 未來食品工業(yè)用酶概述 155
3.3.2 極端酶成為食品工業(yè)的“綠色芯片” 156
參考文獻 157
第4章 極端酶的挖掘與改造 161
引言 161
4.1 極端酶的高通量篩選 161
4.1.1 不同通量的篩選平臺 161
4.1.2 高通量篩選平臺的信號檢測 163
4.2 分子改造技術(shù) 166
4.2.1 非理性設(shè)計 167
4.2.2 半理性設(shè)計 168
4.2.3 理性設(shè)計 169
4.3 定向進化新技術(shù) 169
4.3.1 連續(xù)進化 169
4.3.2 CRISPR技術(shù)在定向進化中的應(yīng)用 177
4.3.3 基于祖先序列的定向進化技術(shù) 177
4.4 多酶級聯(lián)催化技術(shù) 183
4.4.1 多酶級聯(lián)反應(yīng)的定義 183
4.4.2 構(gòu)建多酶復(fù)合體的新技術(shù) 184
4.4.3 提升級聯(lián)系統(tǒng)催化效率的策略 188
4.4.4 優(yōu)點與挑戰(zhàn) 190
參考文獻 191
第5章 極端酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 197
引言 197
5.1 極端酶的高效表達系統(tǒng) 198
5.1.1 大腸桿菌 198
5.1.2 枯草芽孢桿菌 210
5.1.3 酵母 214
5.1.4 曲霉 216
5.1.5 無細胞蛋白質(zhì)表達系統(tǒng) 219
5.2 高版本表達系統(tǒng)創(chuàng)制的新技術(shù) 223
5.2.1 表達元件的挖掘與改造 224
5.2.2 表達元件的適配性研究 238
5.3 極端酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用 245
5.3.1 淀粉行業(yè) 245
5.3.2 烘焙行業(yè) 248
5.3.3 果汁行業(yè) 251
5.3.4 乳制品行業(yè) 253
5.3.5 代糖行業(yè) 256
5.3.6 食品廢棄物處理領(lǐng)域 259
5.3.7 動物飼料領(lǐng)域 261
參考文獻 264
第6章 基于極端微生物的食品活性因子生物制造 268
6.1 食品微生物細胞工廠的創(chuàng)制 268
6.1.1 生物元件及模塊優(yōu)化 268
6.1.2 產(chǎn)物合成的動態(tài)調(diào)控 272
6.1.3 食品組分發(fā)酵過程控制與優(yōu)化 273
6.2 食品微生物的底物利用 279
6.2.1 以油料、淀粉和糖料作物為原料 279
6.2.2 以食品廢棄物為原料 280
6.2.3 一碳原料 282
6.3 食品工業(yè)中應(yīng)用的活性因子 283
6.3.1 有機酸 283
6.3.2 類胡蘿卜素類食用色素 283
6.3.3 抗菌物質(zhì) 284
6.3.4 甜味劑 285
6.4 存在的主要問題與未來發(fā)展方向 287
6.4.1 存在的主要問題 287
6.4.2 極端微生物作為下一代食品微生物細胞工廠 288
參考文獻 290
第7章 極端微生物—太空食品的新質(zhì)生產(chǎn)者 295
7.1 微生物太空育種 295
7.1.1 微生物太空育種起源 296
7.1.2 現(xiàn)代微生物太空育種 297
7.1.3 未來前景與趨勢 299
7.2 極端微生物用于在軌餐飲垃圾的處理 300
7.3 以極端微生物為細胞工廠合成功能性太空食品組分 304
7.3.1 以極端微生物為細胞工廠的技術(shù)進展 305
7.3.2 極端微生物細胞工廠在功能性太空食品組分生產(chǎn)中的應(yīng)用 308
7.3.3 未來發(fā)展和結(jié)論 308
7.4 極端微生物在食材在軌種植中的應(yīng)用 309
參考文獻 315