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第1章 微生物工程概论 1

1.1 微生物工程的概念和特点 1

1.1.1 微生物工程的概念 1

1.1.2 微生物工程的特点 2

1.2 微生物工程的发展简史 3

1.2.1 微生物工程的自然发酵时期 4

1.2.2 微生物工程的近代时期——纯培养时期 5

1.2.3 微生物工程的发展时期——深层培养（通气搅拌）和代谢控制发酵时期 6

1.2.4 微生物工程的现代时期——基因工程时期 7

1.3 微生物工程的发展趋势 8

1.3.1 微生物工程的现状 8

1.3.2 微生物工程发展趋势 9

第2章 工业微生物菌种的选育及扩大培养 13

2.1 工业微生物菌种 14

2.1.1 工业发酵对微生物菌种的要求 14

2.1.2 工业微生物常用菌种 14

2.2 工业微生物菌种的分离和选育 19

2.2.1 工业微生物菌种的分离与筛选 19

2.2.2 工业微生物菌种的选育 23

2.3 种子的扩大培养 37

2.3.1 种子扩大培养的作用与目的 37

2.3.2 优质种子的标准 37

2.3.3 种子扩大培养的工艺流程 37

2.3.4 实验室菌种扩大培养 37

2.3.5 生产车间菌种扩大培养 38

2.3.6 种子质量的检查 38

2.3.7 影响种子质量的因素 39

2.3.8 种子异常分析 39

2.3.9 种子质量的控制措施 39

2.4 工业微生物菌种的保藏 40

2.4.1 斜面保藏法 40

2.4.2 液体石蜡油保藏法 41

2.4.3 干燥保藏法 42

2.4.4 冷冻干燥保藏法 43

2.4.5 真空干燥法 46

2.4.6 液氮超低温保藏法 46

2.4.7 液相保藏法 46

第3章 工业微生物的代谢调节和代谢工程 48

3.1 微生物的代谢与代谢调节 49

3.1.1 微生物代谢 49

3.1.2 微生物代谢调节的方式 49

3.1.3 酶活性的调节 50

3.1.4 酶合成的调节 52

3.2 初级代谢及代谢调节 56

3.2.1 初级代谢 56

3.2.2 初级代谢调节 56

3.3 次级代谢及次级代谢调节 61

3.3.1 次级代谢产物的特征 61

3.3.2 次级代谢产物的类型 62

3.3.3 次级代谢产物的生物合成 63

3.3.4 次级代谢的调节 64

3.4 微生物代谢工程及其应用 67

3.4.1 代谢工程概述 68

3.4.2 代谢工程的研究方法 70

3.4.3 代谢工程的应用 72

第4章 培养基的设计与灭菌 76

4.1 工业微生物培养基的成分 76

4.1.1 碳源 77

4.1.2 氮源 78

4.1.3 能源 79

4.1.4 无机盐 79

4.1.5 生长因子 80

4.1.6 水分 81

4.2 工业微生物培养基的种类 82

4.2.1 按培养基成分分类 82

4.2.2 按培养基外观的物理状态分类 83

4.2.3 按培养基的用途分类 84

4.3 工业微生物培养基的设计和优化 86

4.3.1 设计培养基的四个原则 86

4.3.2 设计工业微生物培养基的三道程序 88

4.4 工业微生物培养基的灭菌 89

4.4.1 湿热灭菌法 90

4.4.2 过滤除菌法 93

4.4.3 微波灭菌法 93

第5章 微生物发酵过程原理 95

5.1 微生物反应动力学概述 96

5.1.1 微生物反应动力学与发酵过程控制 96

5.1.2 微生物反应过程计量学 96

5.1.3 微生物反应动力学 100

5.2 微生物发酵操作方式 102

5.2.1 分批式操作 102

5.2.2 补料分批式操作 103

5.2.3 连续式操作 104

5.2.4 三种操作方式比较 106

5.3 微生物发酵动力学 106

5.3.1 分批培养动力学 106

5.3.2 补料分批培养动力学 111

5.3.3 连续培养动力学 113

第6章 发酵过程工艺的优化与控制 120

6.1 温度对微生物发酵的影响及控制 121

6.1.1 温度对发酵的影响 121

6.1.2 影响发酵温度的因素——发酵热 122

6.1.3 发酵过程温度的控制 123

6.2 pH对发酵的影响和控制 124

6.2.1 pH对发酵过程的影响 124

6.2.2 发酵过程中影响pH变化的因素 125

6.2.3 发酵过程pH的选择与控制 125

6.3 溶解氧对发酵的影响及控制 127

6.3.1 氧的传质阻力与传质方程式 127

6.3.2 影响氧传递速率的主要因素 129

6.3.3 发酵液中溶解氧浓度的控制 133

6.4 基质浓度控制 134

6.4.1 基质浓度对发酵的影响 134

6.4.2 补料的方式及控制 134

6.5 二氧化碳对发酵的影响及控制 138

6.5.1 二氧化碳对发酵的影响 138

6.5.2 二氧化碳浓度的控制 139

6.5.3 呼吸商与发酵的关系 139

6.6 泡沫对发酵的影响及控制 140

6.6.1 泡沫对发酵的影响 140

6.6.2 泡沫的形成和性质 140

6.6.3 发酵过程中泡沫的消长规律 140

6.6.4 泡沫的控制 141

6.7 发酵过程的优化与控制 144

6.7.1 发酵过程的优化 144

6.7.2 发酵过程自控 146

第7章 发酵染菌及其防治 149

7.1 染菌对发酵生产的影响 150

7.1.1 染菌对不同产品发酵过程的影响 150

7.1.2 不同时间发生染菌对发酵的影响 150

7.1.3 染菌程度对发酵的影响 151

7.2 发酵染菌的途径分析 151

7.2.1 发酵染菌后的异常表现 151

7.2.2 染菌的检查判断 153

7.2.3 染菌原因分析 155

7.3 发酵染菌原因及防治对策 156

7.3.1 种子带菌及防治 156

7.3.2 空气带菌及防治 157

7.3.3 操作失误导致染菌及其防治 159

7.3.4 设备因素造成的染菌及其防治 163

7.3.5 噬菌体的污染及防治 165

第8章 基因工程菌的培养 168

8.1 概述 169

8.2 宿主-载体系统 169

8.2.1 宿主系统 169

8.2.2 表达系统 169

8.2.3 微生物表面表达系统 170

8.2.4 低等真核细胞 170

8.2.5 哺乳动物细胞 171

8.3 基因工程菌生产的特性 171

8.3.1 基因工程菌的不稳定性 171

8.3.2 分离丢失 172

8.3.3 质粒结构不稳定性 172

8.3.4 宿主细胞突变 172

8.4 重组大肠埃希菌的高密度培养策略 172

8.4.1 控制基质浓度流加 173

8.4.2 恒pH流加 173

8.4.3 恒溶氧流加 173

8.4.4 控制比生长速率的葡萄糖流加 173

8.4.5 D-氨基酸氧化酶在大肠埃希菌中高效表达 174

8.5 基因工程菌生长与表达的影响因素 174

8.5.1 溶氧浓度对工程菌发酵的影响 175

8.5.2 pH对工程菌生长和表达的影响 175

8.5.3 诱导时间对外源蛋白表达的影响 176

8.5.4 诱导时机对表达的影响 176

8.5.5 乙酸对生长和表达的影响 177

8.6 毕赤酵母（Pichia pastoris）表达策略 178

8.6.1 酵母作为宿主菌的优点 178

8.6.2 三角酵母D-氨基酸氧化酶在毕赤酵母中表达 179

8.6.3 重组质粒 179

8.6.4 重组毕赤酵母菌株发酵 179

8.6.5 重组菌株在5 L发酵罐中培养 180

第9章 植物动物细胞和微藻培养 183

9.1 植物细胞培养 183

9.1.1 概述 183

9.1.2 植物细胞培养方法 185

9.1.3 植物细胞规模培养技术 187

9.2 微藻细胞培养 193

9.2.1 概述 193

9.2.2 微藻的培养 197

9.2.3 微藻的大规模培养 202

9.3 动物细胞培养 208

9.3.1 动物细胞培养的发展历史 209

9.3.2 动物细胞的特征 210

9.3.3 培养基 212

9.3.4 动物细胞系的获得与保存 215

9.3.5 动物细胞培养方法 217

9.3.6 动物细胞培养生物反应器 218

9.3.7 动物细胞培养过程参数的控制与检测 220

第10章 生物炼制 222

10.1 生物炼制概述 223

10.1.1 生物炼制的基本定义 223

10.1.2 生物炼制与石油炼制 223

10.2 生物炼制系统 225

10.2.1 木质纤维素原料的生物炼制 226

10.2.2 全谷物生物炼制 229

10.2.3 绿色生物炼制 230

10.3 生物炼制的核心技术 231

10.3.1 微生物细胞工厂 231

10.3.2 系统生物技术 233

10.3.3 五碳糖和六碳糖的等效代谢 234

10.4 生物基化学品制备技术 235

10.4.1 乙醇脱水技术 235

10.4.2 L-乳酸提取技术 236

第11章 微生物工程清洁生产 239

11.1 清洁生产的由来 240

11.2 清洁生产的基本概念 240

11.2.1 清洁生产的定义 240

11.2.2 清洁生产的目标 242

11.2.3 清洁生产的内容 242

11.2.4 清洁生产的特征 244

11.2.5 实施清洁生产的意义 244

11.3 清洁生产国内外发展概况 245

11.3.1 国际发展概况 245

11.3.2 国内发展概况 245

11.4 清洁生产与微生物工程可持续发展 246

11.4.1 可持续发展的基本概念 246

11.4.2 微生物工程清洁生产与可持续发展 246

11.5 微生物工程清洁生产的基本对策 247

11.5.1 更新观念 247

11.5.2 研究开发和推广新型清洁生产技术 248

11.5.3 发展新型环保技术 248

11.5.4 限制有毒、有害化学品的生产和使用 248

11.5.5 实施资源化工程 248

11.5.6 开展企业清洁生产审核 249

11.6 清洁生产审核 249

11.6.1 清洁生产审核的定义 249

11.6.2 清洁生产审核类型 249

11.6.3 清洁生产审核标准 249

11.6.4 微生物工程行业清洁生产评价指标体系 249

11.7 微生物制药行业的清洁生产实例 250

11.7.1 微生物制药行业概况 250

11.7.2 微生物制药行业存在的主要环境问题 250

11.7.3 微生物制药行业清洁生产审核实例 251

第12章 微生物工程生产实例简介 254

12.1 酒精发酵工艺 254

12.1.1 酒精性质与用途 255

12.1.2 酒精生产概况 255

12.1.3 发酵法生产酒精机制 255

12.1.4 酒精发酵常用的微生物 256

12.1.5 酒精的生产原料与辅料 257

12.1.6 酒精生产工艺 258

12.1.7 酒精发酵工艺中的新技术 262

12.2 氨基酸生产工艺 263

12.2.1 氨基酸的用途 265

12.2.2 氨基酸的生产方法 266

12.2.3 氨基酸的发酵生产过程 267

12.2.4 谷氨酸的发酵生产工艺 272

12.3 微生物酶制剂生产工艺 279

12.3.1 概述 279

12.3.2 酶制剂生产过程 282

12.3.3 酶制剂产品生产工艺及其工艺操作的关键点 284

12.4 抗生素生产工艺 291

12.4.1 概述 292

12.4.2 抗生素生产的一般工艺过程 302

12.4.3 头孢菌素C生产工艺 305

12.5 废水微生物处理技术 313

12.5.1 概述 313

12.5.2 赤霉素生产废水处理工艺 315

12.5.3 乳酸生产废水处理工艺 317

参考文献 320