Opis
Podręcznik Przemysłowe wykorzystanie mikroorganizmów prezentuje zagadnienia związane z komercyjną eksploatacją bakterii, drożdży i grzybów strzępkowych w produkcji przemysłowej. Autorzy przedstawiają różne typy hodowli mikroorganizmów w celu pozyskania biomasy i/lub metabolitów. Omawiają enzymy produkowane w skali przemysłowej przez mikroorganizmy, mikrobiologiczną produkcję napojów alkoholowych, rozpuszczalników, kwasów organicznych, aminokwasów, antybiotyków, witamin i prowitamin, pigmentów, a także polimerów. Podręcznik ten jest adresowany do studentów biologii, mikrobiologii, biotechnologii studiów uniwersyteckich, biotechnologii i bioinżynierii procesowej studiów politechnicznych oraz doktorantów i wykładowców tego obszaru nauki. Spis treści1. Krótka historia mikrobiologii przemysłowej 13 1.1. Wprowadzenie 13 1.2. Ery rozwoju mikrobiologii przemysłowej 14 1.2.1. Era przedpasteurowska (przed 1865 r.) 14 1.2.2. Era Pasteura (lata 1850–1890) 14 1.2.3. Era rozwoju biochemii i nowych produktów (lata 1890–1940) 15 1.2.4. Era antybiotyków (lata 1940–1960) 16 1.2.5. Era postantybiotykowa (lata 1960–1975) 18 1.2.6. Era nowej biotechnologii (po 1975 r.) 19 1.3. Główne procesy w mikrobiologii przemysłowej 24 1.3.1. Upstream processes 24 1.3.2. Procesy fermentacji 25 1.3.3. Downstream processes 25 1.3.4. Skale hodowli mikroorganizmów 25 1.3.5. Skala produkcji przemysłowej zależna od parametrów fermentacji 26 1.4. Bioaktywne związki pozyskiwane z organizmów 27 Literatura rekomendowana 31 2. Ulepszanie mikroorganizmów przemysłowych 33 2.1. Wprowadzenie 33 2.2. Metabolity produkowane przez mikroorganizmy 34 2.2.1. Metabolity pierwotne 34 2.2.2. Metabolity wtórne 37 2.3. Mikroorganizmy stosowane w mikrobiologii przemysłowej 39 2.3.1. Bakterie 39 2.3.2. Drożdże 40 2.3.3. Grzyby strzępkowe 41 2.4. Izolacja mikroorganizmów przemysłowych 42 2.5. Ważniejsze kolekcje szczepów 44 2.6. Cechy szczepów przemysłowych 47 2.7. Manipulacje genetyczne mikroorganizmów 48 2.7.1. Mutacje 49 2.7.2. Fuzja protoplastów 49 2.7.3. Klonowanie genów 50 2.7.4. Protokół pozyskania szczepu przemysłowego 51 2.7.5. Rekombinacja genetyczna 51 2.7.6. Metoda CRISPR/Cas 52 2.7.7. Inżynieria metaboliczna 54 2.8. Przechowywanie szczepów przemysłowych 58 2.8.1. Skosy/słupki agarowe 58 2.8.2. Przechowywanie szczepów w temperaturach ujemnych 58 2.8.3. Przechowywanie szczepów w szklanych kulkach 59 2.8.4. Szczepy liofilizowane 59 Literatura rekomendowana 59 3. Hodowle mikroorganizmów przemysłowych 61 3.1. Wprowadzenie 61 3.2. Hodowle okresowe 61 3.3. Hodowle okresowe z zasilaniem 64 3.4. Hodowle (fermentacje) ciągłe 66 3.5. Hodowle ciągłe z recyklingiem biomasy 67 3.6. Fermentacje 68 3.6.1. Fermentacja powierzchniowa w podłożu stałym (SSF) 69 3.6.2. Substraty stałe 72 3.6.3. Bioreaktory SSF 73 3.7. Fermentacja wgłębna (SmF) 80 3.7.1. Bioreaktory SmF 80 3.8. Wydajności w procesie fermentacji 86 3.8.1. Produktywność 86 3.8.2. Intensyfikacja fermentacji 87 3.8.3. Naturalne fermentacje zbóż 89 Literatura rekomendowana 90 4. Bakterie „workhorse” stosowane w mikrobiologii przemysłowej 91 4.1. Wprowadzenie 91 4.2. Escherichia coli 92 4.3. Corynebacterium glutamicum 96 4.4. Bacillus subtilis 102 4.5. Bacillus licheniformis 104 4.6. Pseudomonas putida 106 4.7. Vibrio natriegens 112 Literatura rekomendowana 112 5. Drożdże „workhorse” w mikrobiologii przemysłowej 115 5.1. Wprowadzenie 115 5.2. Enzymy spożywcze i paszowe produkowane przez drożdże 120 5.3. Metabolity produkowane przez drożdże 122 5.4. Katalityczne właściwości drożdży 124 5.5. Biofarmaceutyki produkowane przez drożdże 125 5.6. Inżynieria metaboliczna w Saccharomyces cerevisiae 127 5.7. Drożdże kumulujące oleje 128 5.8. Drożdże w strefie klimatu okołobiegunowego 129 5.9. Zastosowanie drożdży w przechowalniach płodów rolnych 130 5.10. Zastosowanie drożdży w środowisku 135 5.11. Saccharomyces cerevisiae 137 5.11.1. Produkcja chemikaliów 139 5.11.2. Kwas bursztynowy 139 5.11.3. Kwas itakonowy 140 5.11.4. Kwas 3-hydroksypropionowy 140 5.11.5. Kwas mlekowy 141 5.11.6. Produkcja wysokowartościowych związków chemicznych 142 5.12. Kluyveromyces lactis 143 5.13. Yarrowia lipolytica 146 5.14. Pichia pastoris 152 5.15. Hansenula polymorpha 156 5.16. Podsumowanie 162 Literatura rekomendowana 163 6. Grzyby strzępkowe jako „workhorse” w mikrobiologii przemysłowej 167 6.1. Wprowadzenie 167 6.2. Przykłady „workhorse” wśród grzybów strzępkowych 174 6.2.1. Aspergillus niger 174 6.2.2. Aspergillus oryzae 179 6.2.3. Aspergillus terreus 180 6.2.4. Aspergillus flavus 181 6.2.5. Aspergillus carbonarius 181 6.2.6. Penicillium chrysogenum 182 6.2.7. Trichoderma reesei 183 6.3. Znaczenie grzybów strzępkowych 188 Literatura rekomendowana 190 7. Enzymy produkowane w skali przemysłowej przez mikroorganizmy 191 7.1. Wprowadzenie 191 7.2. Enzymy produkowane przez mikroorganizmy o znaczeniu przemysłowym 193 7.2.1. Oksydoreduktazy (EC1) 193 7.2.2. Hydrolazy (EC3) 194 7.2.3. Izomerazy 203 7.2.4. Liaza 204 7.3. Zastosowanie enzymów w proce