本书以“大食物观”为指导方针，聚焦未来食品的科技创新发展。内容主要涵盖极端微生物的分离与培养、极端微生物资源库构建，还介绍了极端微生物来源的极端酶的挖掘与改造及其在食品工业中的应用。此外，阐述了食品微生物细胞工厂的开发及食品活性因子的生物制造。最后对极端微生物在未来太空食品中的应用进行了展望。本书不仅为我国未来食品的发展提供了坚实的技术支撑，更将助力全球食品领域的创新探索和可持续发展。

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目录
第1章 极端微生物的分离与培养 1
引言 1
1.1 传统的分离培养策略 2
1.1.1 极端微生物不可培养的原因 2
1.1.2 营养基质浓度与成分优化 5
1.1.3 压力、温度等极端条件的模拟 9
1.2 提高微生物可培养性的策略 10
1.2.1 膜扩散培养法 15
1.2.2 稀释培养法 21
1.2.3 序列引导分离技术 23
1.2.4 用于培养的微流控系统 24
1.2.5 二维细胞分离培养 27
1.3 极端微生物的筛选方法 29
1.3.1 直接可视化法 30
1.3.2 生长的光学检测 31
1.3.3 基于PCR与测序的筛选 37
1.3.4 质谱筛选法 42
1.4 培养组学应用于极端微生物的分离培养 46
1.4.1 难培养微生物的培养方法 46
1.4.2 培养组学概述 51
1.4.3 培养组学的发展 52
参考文献 53
第2章 极端微生物资源库构建 61
引言 61
2.1 高通量测序技术 61
2.1.1 DNA测序技术 61
2.1.2 极端微生物高通量测序数据研究方法 69
2.2 极端微生物资源库 74
2.2.1 极端微生物菌种库 74
2.2.2 极端微生物基因组数据库 79
2.3 极端微生物中生物元件的高通量挖掘 85
2.3.1 酶蛋白元件规模化挖掘 85
2.3.2 次级代谢产物相关元件的挖掘 96
2.3.3 多肽类功能分子的挖掘 106
2.3.4 基因调控元件的挖掘 115
2.3.5 机器学习在生物元件挖掘中的应用 129
参考文献 134
第3章 极端微生物：极端酶的创新源泉 143
引言 143
3.1 极端酶的分类与特性 143
3.1.1 极端酶概述 143
3.1.2 嗜热酶的特性及应用 145
3.1.3 嗜冷酶的特性及应用 146
3.1.4 嗜盐酶的特性及应用 148
3.1.5 嗜酸酶的特性及应用 149
3.1.6 嗜碱酶的特性及应用 149
3.1.7 耐有机溶剂酶的特性及应用 150
3.2 极端酶的来源 151
3.2.1 极端微生物种质资源 151
3.2.2 极端微生物成为极端酶的创新源泉 154
3.3 极端酶：未来食品应用新酶源 155
3.3.1 未来食品工业用酶概述 155
3.3.2 极端酶成为食品工业的“绿色芯片” 156
参考文献 157
第4章 极端酶的挖掘与改造 161
引言 161
4.1 极端酶的高通量筛选 161
4.1.1 不同通量的筛选平台 161
4.1.2 高通量筛选平台的信号检测 163
4.2 分子改造技术 166
4.2.1 非理性设计 167
4.2.2 半理性设计 168
4.2.3 理性设计 169
4.3 定向进化新技术 169
4.3.1 连续进化 169
4.3.2 CRISPR技术在定向进化中的应用 177
4.3.3 基于祖先序列的定向进化技术 177
4.4 多酶级联催化技术 183
4.4.1 多酶级联反应的定义 183
4.4.2 构建多酶复合体的新技术 184
4.4.3 提升级联系统催化效率的策略 188
4.4.4 优点与挑战 190
参考文献 191
第5章 极端酶在食品工业中的应用 197
引言 197
5.1 极端酶的高效表达系统 198
5.1.1 大肠杆菌 198
5.1.2 枯草芽孢杆菌 210
5.1.3 酵母 214
5.1.4 曲霉 216
5.1.5 无细胞蛋白质表达系统 219
5.2 高版本表达系统创制的新技术 223
5.2.1 表达元件的挖掘与改造 224
5.2.2 表达元件的适配性研究 238
5.3 极端酶在食品工业中的应用 245
5.3.1 淀粉行业 245
5.3.2 烘焙行业 248
5.3.3 果汁行业 251
5.3.4 乳制品行业 253
5.3.5 代糖行业 256
5.3.6 食品废弃物处理领域 259
5.3.7 动物饲料领域 261
参考文献 264
第6章 基于极端微生物的食品活性因子生物制造 268
6.1 食品微生物细胞工厂的创制 268
6.1.1 生物元件及模块优化 268
6.1.2 产物合成的动态调控 272
6.1.3 食品组分发酵过程控制与优化 273
6.2 食品微生物的底物利用 279
6.2.1 以油料、淀粉和糖料作物为原料 279
6.2.2 以食品废弃物为原料 280
6.2.3 一碳原料 282
6.3 食品工业中应用的活性因子 283
6.3.1 有机酸 283
6.3.2 类胡萝卜素类食用色素 283
6.3.3 抗菌物质 284
6.3.4 甜味剂 285
6.4 存在的主要问题与未来发展方向 287
6.4.1 存在的主要问题 287
6.4.2 极端微生物作为下一代食品微生物细胞工厂 288
参考文献 290
第7章 极端微生物—太空食品的新质生产者 295
7.1 微生物太空育种 295
7.1.1 微生物太空育种起源 296
7.1.2 现代微生物太空育种 297
7.1.3 未来前景与趋势 299
7.2 极端微生物用于在轨餐饮垃圾的处理 300
7.3 以极端微生物为细胞工厂合成功能性太空食品组分 304
7.3.1 以极端微生物为细胞工厂的技术进展 305
7.3.2 极端微生物细胞工厂在功能性太空食品组分生产中的应用 308
7.3.3 未来发展和结论 308
7.4 极端微生物在食材在轨种植中的应用 309
参考文献 315