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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4

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”课程的任务与内容5

第一篇 微生物工业菌种与培养基7

第一章 菌种与种子扩大培养7

第一节 微生物工业用菌种7

一、微生物工业对菌种的要求7

二、工业上常用的微生物7

三、菌种保藏9

四、菌种选育11

五、防止菌种退化的措施11

第二节 种子扩大培养12

一、种子扩大培养的任务12

二、工业微生物的培养类型12

三、影响种子质量的主要因素14

第二章 培养基的制备与灭菌18

第一节 培养基的原材料18

一、培养基的营养成分18

二、培养基的类型19

三、培养基的选择19

四、原料转换及意义20

第二节 淀粉水解糖的制备21

一、淀粉水解糖的制备方法21

二、淀粉酸水解的理论基础23

第三节 糖蜜的前处理31

一、糖蜜的来源与特点31

二、糖蜜前处理的方法31

三、谷氨酸发酵的糖蜜预处理32

第四节 纤维素代粮发酵34

一、纤维素的结构34

二、纤维素的化学反应特点35

三、纤维素的酶反应特点35

第五节 前体物质与促进剂35

一、生物合成的前体物质35

二、发酵过程中的促进剂和抑制剂37

第六节 培养基灭菌38

一、灭菌与消毒在发酵工业中的应用38

二、灭菌方法38

三、加热灭菌原理42

四、影响培养基灭菌的其他因素46

五、培养基灭菌时间的计算47

六、分批灭菌和连续灭菌的比较49

七、培养基灭菌条件49

第二篇 微生物发酵机制51

第三章 糖嫌气性发酵产物积累机制51

第一节 糖酵解途径的特点及调节机制51

一、糖酵解途径的特点51

二、糖酵解的调节机制54

第二节 酒精发酵机制55

一、乙醇生成机制55

二、巴斯德效应55

三、酒精发酵副产物的生成56

第三节 甘油的合成机制58

第四节 乳酸发酵机制60

一、同型乳酸发酵60

二、异型乳酸发酵61

第四章 柠檬酸发酵机制63

一、柠檬酸生物合成途径63

二、柠檬酸生物合成的代谢调节64

三、乙醛酸循环和醋酸发酵柠檬酸69

第五章 氨基酸发酵机制70

第一节 氨基酸发酵的代谢调控70

第二节 谷氨酸发酵机制74

一、谷氨酸生物合成途径及调节机制74

二、细胞膜通透性控制78

三、菌种选育模型80

第三节 赖氨酸发酵机制83

一、赖氨酸生物合成途径83

二、细菌中赖氨酸生物合成的调节机制84

三、酵母和霉菌的赖氨酸生物合成途径和调节机制86

四、赖氨酸产生菌的育种途径88

第四节 色氨酸发酵机制95

一、色氨酸生物合成途径95

二、色氨酸生物合成的调节机制95

三、色氨酸产生菌的育种途径98

第五节 亮氨酸发酵机制99

一、亮氨酸生物合成途径99

二、亮氨酸生物合成的调节机制100

三、亮氨酸高产菌株的育种途径100

第六节 精氨酸发酵机制101

一、精氨酸生物合成途径101

二、精氨酸生物合成的调节机制101

三、精氨酸产生菌的育种途径102

第六章 核酸类物质的发酵机制104

第一节 核苷酸的生物合成途径104

一、嘌呤核苷酸的全合成途径104

二、嘌呤核苷酸生物合成系的突变株107

三、嘧啶核苷酸的全合成途径108

四、核苷酸生物合成的补救途径108

第二节 嘌呤核苷酸生物合成的代谢调节机制及育种途径109

一、嘌呤核苷酸生物合成的调节机制110

二、细胞膜通透性调节111

三、嘌呤核苷及核苷酸产生菌的育种途径113

第三节 嘧啶核苷酸生物合成的调节机制117

第七章 抗生素的发酵机制119

第一节 抗生素的生物合成119

一、微生物的次级代谢与初级代谢的关系119

二、抗生素的生物合成类型121

三、几种抗生素的生物合成122

第二节 抗生素生物合成的调节机制128

一、细胞生长期到抗生素产生期的过渡128

二、酶的诱导作用129

三、分解代谢产物的调节控制129

四、磷酸盐的调节131

五、NH+4的抑制作用132

六、初级代谢调节对次级代谢的作用132

七、次级代谢的反馈抑制134

八、次级代谢的能荷调节134

第三篇 发酵工艺过程控制135

第八章 发酵动力学135

第一节 微生物生长代谢过程中的质量平衡135

一、微生物生长代谢过程中的碳平衡135

二、微生物生长代谢过程中的ATP循环与氧平衡139

三、微生物生长代谢过程中的氮平衡143

四、物料平衡的应用144

第二节 微生物发酵动力学144

一、分批培养144

二、补料分批培养149

三、连续培养151

第三节 微生物生长代谢过程数学模型的建立156

一、连续培养时微生物生长的数学模型156

二、分批培养时微生物生长的数学模型158

三、谷氨酸发酵的数学模型160

四、数学模型与优化控制163

第九章 发酵供氧理论与控制164

第一节 微生物需氧和溶解氧的控制164

一、供氧与微生物呼吸及代谢产物的关系164

二、微生物的临界氧浓度165

三、发酵过程溶解氧的变化166

四、溶解氧控制的意义167

五、供氧与高密度培养酵母168

第二节 传质理论169

一、氧的传递途径与传质阻力169

二、气体溶解过程的双膜理论171

三、氧传质方程式172

第三节 影响氧传递速率的主要因素173

一、搅拌173

二、空气线速度175

三、空气分布管176

四、氧的分压176

五、发酵罐内液柱高度176

六、发酵罐体积177

七、发酵液的物理性质177

第四节 溶氧系数的测定177

一、亚硫酸盐氧化法178

二、取样极谱法178

三、排气法179

四、复膜电极测定KLα和氧分析仪测定KGα179

五、溶氧系数的换算180

第五节 溶解氧的测量和控制181

一、溶解氧连续检测的意义181

二、溶解氧连续测定在发酵控制上的应用181

第六节 空气除菌183

一、空气中的微生物183

二、空气除菌的方法183

三、介质过滤除菌185

四、空气过滤器189

五、空气预处理流程192

第十章 发酵过程控制194

第一节 温度控制195

一、发酵热195

二、发酵热的测定及计算197

三、温度对微生物生长的影响199

四、温度对发酵的影响200

五、最适温度的控制200

第二节pH值的控制201

一、pH值对菌体生长和代谢产物合成的影响201

二、影响pH值变化的因素202

三、发酵过程pH值的调节及控制202

第三节 泡沫的控制204

一、泡沫的性质204

二、发酵过程泡沫的变化205

三、化学消泡205

四、机械消泡206

第四节 补料的控制210

一、FBC的作用210

二、补料的内容211

三、补料的原则211

四、补糖的控制212

五、补充氮源及无机盐213

第五节 菌体浓度与基质对发酵的影响213

一、菌体浓度对发酵的影响213

二、基质对发酵的影响及其控制214

第六节 二氧化碳和呼吸商216

一、CO2对菌体生长和产物合成的影响216

二、排气中CO2浓度与发酵的关系217

三、呼吸商与发酵的关系217

四、CO2浓度的控制218

第七节 微生物发酵终点的判断218

一、经济因素218

二、产品质量因素218

三、特殊因素219

第十一章 工业发酵染菌的防治220

第一节 工业发酵染菌的危害220

一、染菌对各种发酵的影响220

二、不同染菌对发酵的影响220

三、不同染菌时期对发酵的影响221

四、染菌程度对发酵的影响221

五、染菌对产物提取和产品质量的影响222

第二节 染菌的检查、分析和防治222

一、种子培养和发酵的异常现象222

二、染菌的检查与判断223

三、发酵染菌率和染菌原因分析225

四、染菌途径及预防227

五、染菌的拯救与处理231

第四篇 发酵产物的提取与精制232

第十二章 发酵产物的提取与精制概论232

第一节 发酵产物的提取与精制概述232

一、发酵产物的分类232

二、发酵产物提取与精制的过程233

三、发酵产物提取与精制的程序233

第二节 发酵醪的预处理234

一、发酵醪的一般特征234

二、发酵醪预处理的要求235

三、菌体的分离236

四、不过滤提取243

五、细胞破碎243

第十三章 发酵产物的提取与精制技术250

第一节 萃取250

一、溶媒萃取法的基本原理250

二、常用溶媒萃取的工艺251

三、影响溶媒萃取的主要因素254

四、溶媒的回收257

五、新颖的萃取技术258

第二节 吸附263

一、吸附的目的及原理263

二、吸附平衡264

三、吸附剂的种类265

四、吸附脱色266

五、吸附操作工艺267

第三节 离子交换法272

一、离子交换原理272

二、离子交换平衡275

三、离子交换剂的结构276

四、离子交换剂的分类279

五、离子交换树脂的理化性能282

六、离子交换树脂的选择性284

七、影响离子交换速度的主要因素285

八、离子交换操作方式286

九、离子交换法提取谷氨酸287

第四节 膜分离法290

一、膜分离法的分类及原理290

二、膜的种类及特性293

三、膜分离设备297

四、操作特性299

五、影响膜分离速度的因素302

六、膜分离法在发酵工业中的应用303

七、电渗析分离法309

八、膜的污染与清洗312

九、膜生物反应器313

第五节 层析法315

一、各种层析法的基本原理及特点315

二、凝胶层析法的基本原理320

三、凝胶层析法常用凝胶321

四、凝胶柱的制备及操作技术324

五、影响凝胶层析的因素326

六、防止微生物污染凝胶的方法328

七、凝胶的再生和干燥328

八、凝胶层析法在工业发酵中的应用329

第六节 浓缩330

一、蒸发浓缩法330

二、冰冻浓缩法335

三、吸收浓缩法335

四、超滤浓缩法336

第七节 沉淀法337

一、沉淀法概述337

二、等电点法338

三、盐析法340

四、有机溶剂沉淀法342

五、热沉淀344

六、其他沉淀法344

第八节 结晶345

一、结晶生成的原理345

二、影响结晶生成的因素346

三、重结晶349

四、结晶器350

五、工业发酵中常用的结晶方法352

第九节 干燥353

一、干燥原理353

二、常用的干燥方法及干燥过程354

三、影响干燥速度的因素354

四、工业发酵中常用的干燥过程355

第十节 蒸馏365

一、蒸馏原理365

二、蒸馏方法的分类366

三、蒸馏流程选择的依据366

四、工业发酵中的各种蒸馏367

第五篇 微生物工程相关的技术与经济学370

第十四章 固定化技术370

第一节 固定化酶370

一、制备固定化酶的依据370

二、固定化酶的性质370

三、固定化酶在发酵工业中的应用371

第二节 固定化细胞372

一、制备固定化细胞的依据372

二、固定化细胞的性质373

三、固定化细胞在发酵工业中的应用373

第三节 固定化活细胞374

一、固定化活细胞的优点374

二、固定化活细胞的制备375

三、固定化活细胞的应用377

第四节 共固定化技术380

一、共固定化的类型380

二、共固定化特性及其应用381

第十五章 废水的生物处理法382

第一节 概述382

第二节 活性污泥法383

一、活性污泥法的作用原理383

二、活性污泥中的微生物384

三、活性污泥法的工艺流程384

四、活性污泥的培养与驯化385

第三节 生物滤池法386

一、净化机理及特点387

二、生物滤池法的处理方式388

三、生物滤池的构造389

第四节 氧化塘法390

一、氧化塘的特征390

二、好氧塘和兼性塘391

三、厌氧塘392

第五节 厌氧生物处理法393

一、基本原理393

二、厌氧生物处理过程及其特征394

三、厌氧消化微生物395

四、新型厌氧生物反应器396

第十六章 发酵经济学399

第一节 发酵经济学概述399

一、经济学基本概念399

二、发酵经济学概述402

第二节 市场、产品与成本403

一、了解市场需求403

二、开发新产品404

三、产品成本404

第三节 产品成本的控制404

一、选育优良菌株404

二、培养基成本分析405

三、无菌空气与通气搅拌407

四、能耗费用408

五、培养方式408

六、产物提取成本409

七、工厂（车间）规模410

八、市场经济信息分析411

第四节 成本平衡411

一、自动化程度与产品成本的平衡411

二、规模经济与产品成本的平衡412

三、产品质量与生产成本的平衡413

参考文献415