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第一篇 生产菌种的选育、保藏及发酵准备（上游工程）4

第1章 概论3

1.1发展史3

1.1.1纯培养技术（初期发酵技术）4

1.1.2深层发酵（近代发酵技术）4

1.1.3发酵工程（第三代发酵技术）5

1.2发酵工程理论5

1.2.1发酵工程定义5

1.2.2发酵工艺、发酵工程和发酵原理5

1.2.3发酵工程在生物技术中的地位5

1.2.4发酵工程的进展5

1.2.5人在发酵工程领域的主观能动作用6

1.3发酵工程的实践与应用6

1.3.1在工业方面的应用6

1.3.2在农业方面的应用8

1.3.3在环境保护中的应用9

1.3.4在冶金中的应用9

1.3.5在高技术研究中的应用9

思考题10

第2章 野生型菌种的分离筛选11

2.1我国微生物发酵现状11

2.1.1抗生素的生产11

2.1.2氨基酸发酵11

2.1.3维生素与甾体激素11

2.1.4微生物多糖12

2.1.5单蛋白12

2.1.6生物能源12

2.1.7化工原料12

2.2野生型生产菌株的筛选12

2.2.1微生物是丰富的生命物质资源12

2.2.2生产菌种的选育12

2.2.3菌种标本的采集13

2.2.4标本的预处理方法13

2.3菌种分离13

2.3.1选择培养分离法13

2.3.2随机分离法14

思考题15

第3章 优良菌株的选育16

3.1自然选育16

3.2诱变育种17

3.2.1诱变处理方法17

3.2.2变异株的分离和筛选18

3.2.3突变类型18

3.3杂交育种19

3.3.1准性生殖19

3.3.2营养缺陷型19

3.3.3原生质体融合19

3.3.4原生质体融合操作步骤22

3.4基因工程技术23

3.4.1基因工程的基本原理与方法24

3.4.2生产基因工程菌的主要程序24

3.4.3原核表达系统24

3.4.4真核表达系统24

3.4.5表达载体25

3.4.6重组DNA的操作步骤25

思考题26

第4章 菌种退化的复壮和保藏27

4.1菌种的退化27

4.1.1退化现象27

4.1.2退化的原因27

4.1.3防止退化的措施27

4.2退化菌种的复壮28

4.3菌种的保藏28

4.3.1冷冻保藏28

4.3.2其他保藏方法31

4.3.3基因工程菌的保藏32

4.3.4微生物活力和稳定性测定32

4.4菌种的合理使用32

4.5菌种保藏机构33

4.5.1国外菌种保藏机构33

4.5.2国内菌种保藏机构33

思考题34

第5章 微生物代谢及其调节控制35

5.1微生物的酶及功能35

5.1.1酶的组成与特性35

5.1.2酶的类群36

5.1.3酶的特性37

5.1.4酶的活力单位37

5.1.5影响酶活力的因素37

5.2微生物的呼吸作用与产能代谢38

5.3常见微生物的酶及应用40

5.4代谢及调控原理40

5.4.1发酵过程分类40

5.4.2发酵过程的操作41

5.4.3发酵的典型流程41

5.4.4发酵的典型机理41

5.4.5发酵过程的控制43

5.5微生物的代谢调控与发酵生产43

5.5.1酶活性的调节44

5.5.2酶的合成调节44

5.5.3代谢调控在发酵工业中的应用46

5.5.4次生代谢产物46

思考题47

第6章 微生物的营养及培养基48

6.1微生物的营养48

6.2微生物的营养类型50

6.2.1光能自养型50

6.2.2光能异养型51

6.2.3化能自养型51

6.2.4化能异养型51

6.3培养基的类型51

6.3.1根据营养物的来源分类51

6.3.2根据状态分类52

6.3.3根据用途分类52

6.4基础培养基52

6.4.1细菌培养基53

6.4.2放线菌培养基53

6.4.3真菌培养基53

6.4.4食用菌菌种培养基54

6.4.5特殊培养基54

思考题55

第7章 发酵条件的控制56

7.1温度对发酵的影响56

7.1.1温度对发酵产物的影响56

7.1.2影响发酵温度的因素56

7.1.3发酵热的测定57

7.1.4发酵中最适温度的选择57

7.2 pH对发酵的影响及调控58

7.2.1 pH对发酵的影响58

7.2.2发酵过程中pH变化的原因58

7.2.3最适pH的选择与调节58

7.3氧的传递和传质方程式59

7.3.1氧对需氧发酵的意义59

7.3.2氧在传递过程中的阻力59

7.3.3氧的传质方程式60

7.4菌体对氧的需求及其影响因素61

7.4.1菌体对氧需求及利用61

7.4.2影响需氧方面的因素62

7.4.3影响供氧方面的因素62

7.4.4培养基的物理性质64

7.5氧的吸收系数的测定65

7.5.1亚硫酸盐法65

7.5.2取样测定法65

7.5.3排气测定法66

7.5.4复膜电极测试法66

思考题66

第8章 发酵原理和参数检测及自动控制67

8.1发酵工程概念67

8.1.1发酵工程的三个发展阶段67

8.1.2发酵工程进入生物工程行列67

8.1.3发酵工程的组成68

8.1.4发酵工程的基本任务68

8.1.5发酵工程的应用前景68

8.2发酵过程中的参数检测68

8.2.1物理参数检测70

8.2.2化学参数检测72

8.3发酵的自动控制73

8.3.1自动控制系统类型73

8.3.2自动控制的硬件组成75

思考题76

第9章 培养基的灭菌与灭菌设备77

9.1灭菌方法77

9.1.1化学药剂灭菌77

9.1.2加热灭菌78

9.1.3射线灭菌79

9.1.4过滤除菌79

9.2培养基的灭菌79

9.2.1热灭菌法原理79

9.2.2培养基灭菌温度的选择80

9.3批量灭菌81

9.3.1升温阶段的计算82

9.3.2冷却阶段所需时间及冷却水用量计算83

9.4连续灭菌84

9.4.1连续灭菌流程85

9.4.2加热设备85

9.4.3冷却设备86

9.5连续灭菌的计算87

9.5.1灭菌时间的计算87

9.5.2加热蒸汽用量计算88

思考题88

第二篇 生物反应器的设计及其运作过程（中游工程）91

第10章 发酵设备91

10.1通用式发酵罐91

10.1.1发酵罐的基本条件91

10.1.2标准发酵罐的几何尺寸92

10.1.3发酵罐的结构92

10.2其他类型的发酵罐95

10.2.1带升环流式发酵罐95

10.2.2自吸式发酵罐96

10.2.3高位塔式发酵罐97

10.2.4文氏发酵罐98

10.2.5伍氏发酵罐99

10.3发酵原料处理设备100

10.3.1锤式粉碎机100

10.3.2辊式粉碎机101

10.3.3原料输送设备101

10.4生物反应器的发展102

10.4.1按微生物生长代谢需要分类103

10.4.2按照生物反应器特点分类103

10.4.3按容积分类103

10.4.4按微生物生长环境分类103

10.4.5按操作方式分类103

思考题104

第11章 空气除菌设备105

11.1空气除菌方法105

11.2空气除菌流程106

11.2.1压缩空气的预处理106

11.2.2压缩空气的冷却107

11.2.3压缩空气的除油除水法107

11.2.4几种典型的空气净化流程108

11.3空气除菌设备110

11.3.1粗过滤器110

11.3.2空气储罐111

11.3.3空气冷却器111

11.3.4气液分离器111

11.3.5其他空气过滤器112

思考题113

第12章 厌氧发酵及其设备114

12.1厌氧发酵工艺114

12.1.1固态发酵114

12.1.2液态发酵115

12.1.3连续发酵115

12.1.4固定化技术用于发酵117

12.2厌氧发酵设备118

12.2.1酒精发酵罐118

12.2.2啤酒发酵设备118

12.2.3固定化细胞反应器120

12.3现代啤酒发酵120

12.3.1啤酒工艺120

12.3.2啤酒种类120

12.3.3生啤酒和普通熟啤酒的区别121

12.3.4纯生与生啤的区别121

12.3.5鉴别啤酒121

12.3.6啤酒的度数121

12.3.7啤酒的饮用121

12.4生物能源121

思考题122

第13章 发酵工艺条件的确定123

13.1培养基的营养成分123

13.2培养基的用途123

13.2.1培养基的分类123

13.2.2天然培养基124

13.2.3合成培养基124

13.2.4半合成培养基124

13.2.5发酵生产中的培养基类型124

13.2.6发酵培养基的选择125

13.2.7发酵培养基的设计和注意事项125

13.2.8 pH的具体控制方法126

13.3培养基组成物质的营养与作用127

13.3.1碳素化合物对微生物生长发育的影响127

13.3.2氮素化合物127

13.3.3水127

13.3.4微量元素（无机盐类）128

13.3.5生长因子128

13.4培养基确定方法128

13.4.1根据菌株对营养的要求128

13.4.2根据代谢物的合成途径和化学性质128

13.4.3根据菌株对碳源和氮源的利用情况129

13.4.4根据菌株对其他成分的利用情况129

13.4.5根据补料及前体情况129

13.4.6根据生产的需要来选择129

13.4.7根据经济效益选择129

13.4.8正交试验在培养基确定中的应用129

13.5培养条件的确定130

13.6种龄与接种量131

13.6.1菌种扩大培养132

13.6.2主要培养方法及特点132

13.6.3几种深层培养法133

13.6.4载体培养134

13.6.5影响种子培养的因素134

13.6.6染菌的控制135

13.7厌氧培养135

13.7.1深层穿刺分离培养135

13.7.2深层穿刺与化学吸氧相结合136

13.7.3液体培养基法136

13.7.4厌氧罐培养法136

13.7.5厌氧箱培养法136

思考题136

第三篇 产品的分离提取及制备方法（下游工程）139

第14章 提取与精制139

14.1发酵液的预处理139

14.1.1无机盐去除139

14.1.2蛋白质去除139

14.1.3杂质去除139

14.2选择提取方法的依据139

14.2.1根据产物的物化性质139

14.2.2根据产物的稳定性质140

14.3各类提取方法140

14.3.1吸附法140

14.3.2溶剂萃取法140

14.3.3离子交换法140

14.3.4沉淀法140

14.3.5蒸馏法140

14.4各类精制方法140

14.4.1除盐141

14.4.2盐析141

14.4.3脱色和去除热原质141

14.4.4重结晶141

14.4.5抗氧化剂141

14.4.6脱水剂141

14.4.7透析和电透析141

14.4.8凝胶过滤法141

14.5薄膜浓缩141

14.5.1结晶洗涤141

14.5.2干燥142

14.6某些物料和原液的提取与精制142

14.6.1水提醇沉法142

14.6.2醇提水沉法142

14.6.3蒸馏法142

14.6.4萃取法142

14.6.5酸碱沉淀法143

14.6.6透析法143

14.6.7超滤法143

14.7发酵的香料产物提炼的步骤和方法143

14.7.1发酵液的预处理143

14.7.2发酵液预处理的要求144

14.7.3发酵液预处理具体操作144

14.7.4菌体的分离144

14.7.5固体悬浮物以及蛋白质胶状物等去除144

思考题145

第15章 产品提取纯化设备146

15.1过滤设备146

15.1.1板框过滤146

15.1.2离心过滤和离心沉降分离设备147

15.1.3真空过滤机148

15.1.4加压过滤机148

15.2离子交换设备149

15.2.1离子交换树脂149

15.2.2离子交换装置150

15.3蒸发设备151

15.3.1薄膜蒸发器151

15.3.2管式薄膜蒸发器151

15.3.3刮板式薄膜蒸发器152

15.4干燥设备152

15.4.1空气干燥法152

15.4.2加热面传热干燥152

15.4.3红外干燥152

15.4.4高频干燥152

15.4.5喷雾干燥152

15.4.6冷冻干燥153

15.5蒸馏设备153

15.5.1蒸馏方法154

15.5.2单塔式酒精连续蒸馏154

15.5.3双塔式蒸馏器155

15.5.4三塔式酒精蒸馏器155

思考题156

第四篇 生产举例与科研实践（理论与实践）159

第16章 发酵工程生产举例159

16.1谷氨酸发酵159

16.2单细胞蛋白161

16.2.1单细胞蛋白的生产工艺流程162

16.2.2单细胞蛋白的营养162

16.2.3单细胞蛋白的优点162

16.2.4生产单细胞蛋白的微生物162

16.2.5单细胞蛋白的应用162

16.2.6单细胞蛋白的安全性163

16.3生物农药苏菌制剂的生产163

16.3.1苏菌制剂的用途163

16.3.2生产工艺163

16.3.3培养基（参考）164

16.4抗生素发酵164

16.4.1抗生素发酵工艺流程（以青霉素为例）164

16.4.2工艺控制165

16.4.3工艺控制要点166

第17章 乳酸高产菌选育及其发酵条件的响应面法优化168

17.1材料与方法168

17.1.1样品168

17.1.2主要培养基168

17.1.3基本发酵工艺168

17.1.4检测方法168

17.1.5分离与筛选的步骤169

17.2诱变育种步骤169

17.3结果与分析169

17.3.1 L-乳酸高产菌的分离与筛选169

17.3.2菌种遗传稳定性的研究170

17.4发酵条件的响应面法优化172

17.4.1二水平设计172

17.4.2响应面分析173

17.4.3最佳条件的验证174

17.4.4小结174

第18章 固体和液体培养基对苏云金芽孢杆菌质量的影响176

18.1材料和方法176

18.1.1实验材料176

18.1.2实验方法176

18.2结果与分析177

18.2.1电镜下观察芽孢生长177

18.2.2室内药效结果分析177

18.3讨论180

第19章 井冈霉素高产菌株的制备和发酵条件的优化181

19.1链霉素抗性筛选井冈霉素高产菌株的研究182

19.1.1材料与方法182

19.1.2实验方法183

19.1.3结果与分析185

19.1.4讨论189

19.2井冈霉素生产菌株发酵条件的优化189

19.2.1材料与方法190

19.2.2实验方法191

19.2.3结果与分析192

19.2.4讨论195

19.3微生物遗传育种技术的研究概况195

19.3.1微生物遗传育种的历史地位和意义196

19.3.2自然选育196

19.3.3诱变育种196

19.3.4杂交育种200

19.3.5代谢控制育种203

19.3.6基因工程育种203

19.3.7育种技术的应用前景及展望205

第20章 利用ISSR分析野生蘑菇与双孢蘑菇的亲缘关系206

20.1材料与方法206

20.1.1供试菌株206

20.1.2基因组DNA的提取207

20.1.3引物和试剂207

20.1.4 ISSR-PCR扩增208

20.1.5相似分析208

20.2结果与分析208

20.2.1蘑菇ISSR标记电泳结果208

20.2.2菌株亲缘关系分析210

20.2.3 ISSR指纹图谱的聚类分析210

发酵工程思考题100212

参考文献215