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绪论1

一、微生物工程的特征1

二、微生物工程发展史2

三、微生物工业的范围3

四、国内外微生物工业概况及其发展趋势4

五、“微生物工程工艺原理”的课程任务与内容5

第一篇 微生物工业菌种与培养基6

第一章 菌种与种子扩大培养6

第一节 微生物工业用菌种6

一、微生物工业对菌种的要求6

二、工业上常用的微生物6

三、菌种保藏8

四、菌种选育10

五、防止菌种退化的措施10

第二节 种子扩大培养11

一、种子扩大培养的任务11

二、工业微生物的培养类型11

三、影响种子质量的主要因素13

第二章 培养基的制备与灭菌16

第一节 培养基的原材料16

一、培养基的营养成分16

二、培养基的类型17

三、发酵培养基的选择17

四、原料转换及意义18

第二节 淀粉水解糖的制备19

一、淀粉水解糖的制备方法19

二、淀粉酸水解理论基础21

第三节 糖蜜的前处理28

一、糖蜜的来源与特点28

二、糖蜜前处理的方法29

三、谷氨酸发酵的糖蜜预处理30

第四节 纤维素代粮发酵31

一、纤维素的结构32

二、纤维素的化学反应特点32

三、纤维素的酶反应特点32

第五节 前体物质与促进剂33

一、生物合成的前体物质33

二、发酵过程中的促进剂和抑制物34

第六节 培养基灭菌36

一、灭菌与消毒在发酵工业中的应用36

二、灭菌方法36

三、加热灭菌原理39

四、影响培养基灭菌的其他因素44

五、培养基灭菌时间的计算44

六、分批灭菌和连续灭菌的比较46

七、培养基灭菌条件47

第二篇 发酵机制48

第三章 糖嫌气性发酵产物积累机制48

第一节 糖酵解途径的特点及调节机制48

一、糖酵解途径的特点48

二、糖酵解的调节机制50

第二节 酒精发酵机制51

一、乙醇生成机制51

二、巴斯德效应51

三、酒精发酵副产物的生成52

第三节 甘油的合成机制54

第四节 乳酸发酵机制55

一、同型乳酸发酵55

二、异型乳酸发酵56

第四章 柠檬酸发酵机制58

一、柠檬酸生物合成途径58

二、柠檬酸生物合成的代谢调节59

三、乙醛酸循环和醋酸发酵柠檬酸64

第五章 氨基酸发酵机制65

第一节 氨基酸发酵的代谢调控65

第二节 谷氨酸发酵机制68

一、谷氨酸生物合成途径及调节机制68

二、细胞膜通透性控制72

三、菌种选育模型74

第三节 赖氨酸发酵机制77

一、赖氨酸生物合成途径77

二、细菌中赖氨酸生物合成的调节机制78

三、酵母和霉菌的赖氨酸生物合成途径和调节机制80

四、赖氨酸生产菌的育种途径82

第四节 色氨酸发酵机制89

一、色氨酸生物合成途径89

二、色氨酸生物合成的调节机制89

三、色氨酸生产菌的育种途径92

第五节 亮氨酸发酵机制93

一、亮氨酸生物合成途径93

二、亮氨酸生物合成的调节机制94

三、亮氨酸高产菌株的育种途径94

第六节 精氨酸发酵机制95

一、精氨酸生物合成途径95

二、精氨酸生物合成的调节机制95

三、精氨酸生产菌的育种途径96

第六章 核酸类物质的发酵机制98

第一节 核苷酸的生物合成途径98

一、嘌呤核苷酸的全合成途径98

二、嘌呤核苷酸生物合成系的突变株101

三、嘧啶核苷酸的全合成途径102

四、核苷酸生物合成的补救途径103

第二节 嘌呤核苷酸生物合成的代谢调节机制及育种途径104

一、嘌呤核苷酸生物合成的调节机制104

二、细胞膜通透性调节106

三、嘌呤核苷及核苷酸产生菌的育种途径107

第三节 嘧啶核苷酸生物合成的调节机制111

第七章 抗生素的发酵机制113

第一节 抗生素的生物合成113

一、微生物的次级代谢与初级代谢的关系113

二、抗生素的生物合成类型115

三、几种抗生素的生物合成116

第二节 抗生素生物合成的调节机制122

一、细胞生长期到抗生素产生期的过渡122

二、酶的诱导作用123

三、分解代谢产物的调节控制123

四、磷酸盐的调节125

五、NH？的抑制作用126

六、初级代谢调节对次级代谢的作用126

七、次级代谢的反馈抑制128

八、次级代谢的能荷调节128

第三篇 发酵工艺过程的控制129

第八章 发酵动力学129

第一节 微生物生长代谢过程中的质量平衡129

一、微生物生长代谢过程中的碳平衡129

二、微生物生长代谢过程中的ATP循环与氧平衡133

三、微生物生长代谢过程中的氮平衡137

第二节 微生物发酵的动力学138

一、分批培养138

二、补料分批培养142

三、连续培养144

第三节 微生物生长代谢过程数学模型的建立149

一、连续培养时微生物生长的数学模型149

二、分批培养时微生物生长的数学模型151

三、谷氨酸发酵的数学模型153

四、数学模型与优化控制156

第九章 发酵供氧157

第一节 微生物需氧和溶解氧的控制157

一、供氧与微生物呼吸及代谢产物的关系157

二、微生物的临界氧浓度158

三、发酵过程溶解氧的变化159

四、溶解氧控制的意义160

第二节 传质理论161

一、氧的传递途径与传质阻力161

二、气体溶解过程的双膜理论163

三、氧传质方程式164

第三节 影响氧传递速率的主要因素165

一、搅拌165

二、空气线速度167

三、空气分布管167

四、氧的分压168

五、发酵罐内液柱高度168

六、发酵罐体积168

七、发酵液的物理性质169

第四节 溶氧系数的测定169

一、亚硫酸盐氧化法169

二、取样极谱法170

三、排气法170

四、复膜电极测定KLα和氧分析仪测定KGα171

五、溶氧系数的换算172

第五节 溶解氧的测量和控制173

一、溶解氧连续检测的意义173

二、溶解氧连续测定在发酵控制上的应用173

第六节 空气除菌175

一、空气中的微生物175

二、空气除菌的方法175

三、介质过滤除菌177

四、空气过滤器181

五、空气预处理流程183

第十章 发酵过程的控制186

第一节 温度控制187

一、发酵热187

二、发酵热的测定及计算188

三、温度对微生物生长的影响189

四、温度对发酵的影响190

五、最适温度的控制191

第二节 pH值的控制191

一、pH值对菌体生长和代谢产物合成的影响191

二、影响pH值变化的因素192

三、发酵过程pH值的调节及控制193

第三节 泡沫的控制195

一、泡沫的性质195

二、发酵过程泡沫的变化195

三、化学消泡196

四、机械消泡196

第四节 补料的控制201

一、FBC的作用201

二、补料的内容202

三、补料的原则202

四、补糖的控制202

五、补充氮源及无机盐203

第五节 菌体浓度与基质对发酵的影响204

一、菌体浓度对发酵的影响204

二、基质对发酵的影响及其控制204

第六节 二氧化碳和呼吸商206

一、CO2对菌体生长和产物合成的影响207

二、排气中CO2浓度与发酵的关系207

三、呼吸商与发酵的关系208

四、CO2浓度的控制208

第七节 微生物发酵终点的判断209

一、经济因素209

二、产品质量因素209

三、特殊因素209

第十一章 工业发酵染菌的防治211

第一节 工业发酵染菌的危害211

一、染菌对各种发酵的影响211

二、不同染菌对发酵的影响211

三、不同染菌时期对发酵的影响212

四、染菌程度对发酵的影响212

五、染菌对产物提取和产品质量的影响213

第二节 染菌的检查、分析与防治213

一、种子培养和发酵的异常现象213

二、染菌的检查与判断214

三、发酵染菌率和染菌原因分析216

四、染菌途径及预防218

五、染菌的拯救与处理222

第四篇 发酵产物的提取与精制223

第十二章 发酵产物的提取与精制概论223

第一节 发酵产物的提取与精制概述223

一、发酵产物的分类223

二、发酵产物提取与精制的过程224

三、发酵产物提取与精制的程序224

第二节 发酵醪的预处理225

一、发酵醪的一般特征225

二、发酵醪预处理的要求226

三、菌体的分离227

四、不过滤提取234

五、细胞破碎234

第十三章 发酵产物的提取与精制方法241

第一节 萃取241

一、溶媒萃取法的基本原理241

二、常用溶媒萃取的工艺242

三、影响溶媒萃取的主要因素245

四、溶媒的回收248

五、新颖的萃取技术249

第二节 吸附254

一、吸附的目的及原理254

二、吸附平衡255

三、吸附剂的种类256

四、吸附脱色257

五、吸附操作工艺258

第三节 离子交换法263

一、离子交换原理263

二、离子交换平衡266

三、离子交换剂的结构267

四、离子交换剂的分类270

五、离子交换树脂的理化性能273

六、离子交换树脂的选择性275

七、影响离子交换速度的主要因素276

八、离子交换操作方式277

九、离子交换法提取谷氨酸278

第四节 膜分离法281

一、膜分离法的分类及原理281

二、膜的种类及特性285

三、膜分离设备288

四、操作特性290

五、影响膜分离速度的因素293

六、膜分离法在发酵工业中的应用294

七、电渗析分离法300

八、膜的污染与清洗302

九、膜生物反应器304

第五节 层析法305

一、各种层析法的基本原理及特点306

二、凝胶层析法的基本原理310

三、凝胶层析法常用凝胶312

四、凝胶柱的制备及操作技术315

五、影响凝胶层析的因素317

六、防止微生物污染凝胶的方法319

七、凝胶的再生和干燥319

八、凝胶层析法在工业发酵中的应用320

第六节 浓缩321

一、蒸发浓缩法321

二、冰冻浓缩法326

三、吸收浓缩法326

四、超滤浓缩法327

第七节 沉淀法328

一、沉淀法概述328

二、等电点法329

三、盐析法331

四、有机溶剂沉淀法333

五、热沉淀335

六、其他沉淀法335

第八节 结晶336

一、结晶生成的原理336

二、影响结晶生成的因素337

三、重结晶339

四、结晶器341

五、工业发酵中常用的结晶方法343

第九节 干燥344

一、干燥原理344

二、常用的干燥方法及干燥过程345

三、影响干燥速度的因素345

四、工业发酵中常用的干燥过程346

第十节 蒸馏356

一、蒸馏原理356

二、蒸馏方法的分类357

三、蒸馏流程选择的依据357

四、工业发酵中的各种蒸馏358

第五篇 微生物工程相关的技术与经济学361

第十四章 固定化技术361

第一节 固定化酶361

一、制备固定化酶的依据361

二、固定化酶的性质361

三、固定化酶在发酵工业中的应用362

第二节 固定化细胞363

一、制备固定化细胞的依据363

二、固定化细胞的性质364

三、固定化细胞在发酵工业中的应用364

第三节 固定化活细胞365

一、固定化活细胞的优点365

二、固定化活细胞的制备366

三、固定化活细胞的应用368

第四节 共固定化技术371

一、共固定化的类型371

二、共固定化特性及其应用372

第十五章 废水的生物处理法373

第一节 概述373

第二节 活性污泥法374

一、活性污泥法的作用原理374

二、活性污泥中的微生物375

三、活性污泥法的工艺流程375

四、活性污泥的培养与驯化376

第三节 生物滤池法377

一、净化机理及特点378

二、生物滤池法的处理方式379

三、生物滤池的构造380

第四节 氧化塘法381

一、氧化塘的特征381

二、好氧塘和兼性塘382

三、厌氧塘383

第五节 厌氧生物处理法384

一、基本原理384

二、厌氧生物处理过程及其特征385

三、厌氧消化微生物386

四、新型厌氧生物反应器387

第十六章 发酵经济学390

第一节 发酵经济学概述390

一、经济学基本概念390

二、发酵经济学概述393

第二节 市场、产品与成本394

一、了解市场需求394

二、开发新产品395

三、产品成本395

第三节 产品成本的控制395

一、选育优良菌株395

二、培养基成本分析396

三、无菌空气与通气搅拌398

四、能耗费用399

五、培养方式399

六、产物提取成本400

七、工厂（车间）规模401

八、市场经济信息分析402

第四节 成本平衡402

一、自动化程度与产品成本的平衡402

二、规模经济与产品成本的平衡403

三、产品质量与生产成本的平衡404

参考文献405