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第一章 绪论 1

一、国内外生物技术产业的发展现状 1

二、生物反应过程的特点 2

三、生物工艺过程的共性 4

四、微生物工业产品类型 4

五、生物工艺发展简史 5

六、生物工艺原理课程的内容和任务 7

第二章 生物工业菌种与种子的扩大培养 8

第一节 工业生产常用的微生物及要求 8

一、工业生产常用的微生物 8

二、微生物工业对菌种的要求 9

第二节 工业微生物菌种的衰退、复壮与保藏 10

一、微生物菌种的衰退 10

二、菌种的复壮 12

三、菌种的保藏 13

一、自然选育 15

第三节 工业微生物菌种的选育 15

二、诱变育种的程序 17

三、诱变育种方案设计 18

第四节 生产菌种的改良 31

一、常规的杂交育种 31

二、原生质体融合 33

三、DNA重组技术 36

第五节 种子的扩大培养 40

二、种子制备的过程 41

一、种子扩大培养的任务 41

三、种子培养 42

四、种子质量的控制 43

思考与练习题 48

第三章 培养基及制备 49

第一节 培养基选择和配制的原则 49

一、培养基的类型和用途 49

二、培养基的选择 49

三、培养基的配制原则 50

四、培养基成分配比的选择 51

第二节 工业发酵培养基 52

一、工业上常用的碳源 53

二、工业上常用的氮源 54

三、无机盐 54

四、生长因子 55

五、前体物质和促进剂 57

第三节 淀粉水解糖的制备 60

一、淀粉水解糖的制备方法 60

二、淀粉酸水解原理 61

三、淀粉酸水解工艺 64

四、双酶水解法制糖 66

五、水解糖液的质量要求 71

第四节 糖蜜原料 72

一、糖蜜原料的分类 72

三、糖蜜的预处理 73

三、糖蜜原料的性质和组成 73

第五节 石油代粮发酵的原料 74

一、石油代粮发酵的特点 74

二、石油代粮发酵原料的选择 75

第六节 其他原料发酵 75

一、农作物纤维下脚料 75

三、工厂纤维和半纤维素下脚料 77

四、城市废纤维物质 77

二、森林和木材加工工业的下脚料 77

五、亚硫酸盐废液 78

六、食品加工业下脚料 78

思考与练习题 78

第四章 灭菌与空气的净化 79

第一节 灭菌 79

一、灭菌的方法 79

二、湿热灭菌的原理 81

三、培养基的灭菌 84

第二节 空气的净化 88

四、培养基与设备、管道灭菌条件 88

二、空气净化的流程 89

一、空气净化的方法 89

三、空气的过滤除菌原理和介质 92

思考与练习题 99

第五章 厌氧发酵机制 100

第一节 酒精发酵机制 101

一、酵母菌的酒精发酵 101

二、细菌的酒精发酵 104

第二节 乳酸发酵机制 104

一、同型乳酸发酵 104

二、异型乳酸发酵 104

第三节 甘油发酵机制 105

一、亚硫酸盐法甘油发酵 105

第四节 丙酸丁酸发酵机制 106

一、丙酸发酵 106

二、碱法甘油发酵 106

二、丁酸发酵 107

第五节 由乙醇、乙酸生成已酸的发酵机制 107

第六节 甲烷(沼气)发酵机制 107

思考与练习题 109

第六章 好氧发酵机制 110

第一节 有机酸发酵机制 110

一、柠檬酸发酵机制 110

三、衣康酸发酵机制 113

二、醋酸发酵机制 113

四、葡萄糖酸发酵机制 114

第二节 氨基酸发酵机制 114

一、氨基酸发酵的代谢控制 115

二、谷氨酸发酵机制 118

三、鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸发酵机制 119

四、天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径 120

二、嘌呤核苷酸的代谢调节机制 122

一、嘌呤核苷酸的生物合成途径 122

第三节 核苷酸发酵机制 122

三、肌苷发酵机制 125

四、肌苷酸发酵机制 125

第四节 抗生素发酵机制 126

一、次级代谢产物及特征 126

二、生物合成抗生素与初级代谢的关系 126

三、抗生素生产菌的主要代谢调节机制 128

四、抗生素的合成机制 129

思考与练习题 132

第七章 生物反应动力学 133

第一节 生物反应过程动力学描述 133

一、菌体生长速率 133

二、基质消耗速率 133

三、代谢产物的生成速率 134

四、混合生长学 134

一、生物反应动力学分类 135

第二节 生物反应模式与发酵方法 135

二、发酵方法 137

第三节 微生物发酵动力学 140

一、分批发酵动力学 140

二、补料分批发酵动力学 146

三、连续发酵动力学 148

一、微生物生长代谢过程中基质与产物之间的碳元素平衡 152

二、微生物生长过程中的碳源平衡 152

第四节 微生物生长代谢过程中的质量平衡 152

三、微生物生长代谢过程中的氮平衡 154

四、微生物生长代谢过程中的氧平衡 154

五、YATP与ATP平衡 155

六、通风培养时氧的消耗与ATP数量之间的关系 156

第五节 微生物生长代谢过程的数学模型 157

一、分批培养微生物生长的数学模型 157

二、连续培养微生物生长的数学模型 158

三、发酵工艺最优化控制 160

思考与练习题 162

第八章 生物工艺过程控制 163

第一节 发酵过程中的代谢变化与控制参数 163

一、初级代谢的代谢变化 163

二、次级代谢的代谢变化 165

三、发酵过程的主要控制参数 167

第二节 温度对发酵的影响及其控制 168

一、温度对发酵的影响 168

二、影响发酵温度变化的因素 169

三、温度的控制 170

第三节 pH值对发酵的影响及其控制 171

一、pH值对发酵的影响 171

二、发酵过程pH值的变化 172

三、发酵pH值的确定和控制 172

第四节 溶解氧对发酵的影响及其控制 173

一、溶解氧对发酵的影响 173

二、供氧与微生物呼吸代谢的关系 175

三、发酵过程溶解氧的变化 176

四、溶解氧浓度控制 177

第五节 菌体浓度与基质对发酵的影响及其控制 177

一、菌体浓度对发酵的影响及控制 177

二、基质对发酵影响及其控制 179

第六节 CO2和呼吸商 181

一、CO2对菌体生长和产物形成的影响 182

二、排气中CO2浓度与菌体量、pH值、排气氧之间的关系 182

三、呼吸商与发酵的关系 183

四、CO2浓度的控制 183

第七节 补料的控制 184

一、FBC的作用 184

二、补料的方式及控制 185

第八节 泡沫对发酵的影响及其控制 186

一、泡沫的形成及其对发酵的影响 186

二、泡沫的消除 186

一、经济因素 188

第九节 发酵终点的判断 188

三、特殊因素 189

第十节 发酵过程检测与自控 189

二、产品质量因素 189

一、发酵传感器 191

二、发酵过程其他重要检测技术 194

三、发酵过程变量的间接估计 195

四、发酵过程自控 198

思考与练习题 203

第九章 发酵生产染菌及其防治 204

第一节 染菌对发酵的影响 204

一、染菌对不同发酵过程的影响 204

二、染菌发生的不同时间对发酵的影响 204

三、染菌程度对发酵的影响 205

第二节 发酵异常现象及原因分析 205

一、种子培养和发酵的异常现象 205

三、发酵染菌原因分析 207

二、染菌的检查和判断 207

第三节 杂菌污染的途径和防治 209

一、种子带菌及其防治 209

二、空气带菌及其防治 209

三、操作失误导致染菌及其防治 210

四、设备渗漏或“死角”造成的染菌及其防治 210

五、噬菌体污染及其防治 212

六、杂菌污染的挽救与处理 213

思考与练习题 213

第十章 固定化酶与固定化细胞技术 214

第一节 固定化酶 214

一、固定化酶制备的方法 215

二、固定化酶的性质 217

三、影响固定化酶性能的因素 219

第二节 辅酶和辅基的固定化 219

二、辅酶的再生 220

三、辅基的固定化 220

一、辅酶的固定化 220

第三节 细胞的固定化 221

一、固定化细胞分类、形态特征和生理状态 221

二、固定化细胞的制备 222

三、固定化细胞的性质 222

四、培养条件对质粒稳定性、菌体量及克隆基因产物的影响 223

第四节 评价固定化酶生物催化剂的指标 224

一、固定化酶(细胞)的活力 225

二、偶联率及相对活力的测定 225

三、固定化酶(细胞)的半衰期 225

第五节 固定化技术的应用 225

一、利用固定化微生物生产各种产物 225

二、利用固定化微生物细胞(酶)制造生物传感器 226

三、药物控释载体 226

四、酶的结构与功能研究 228

五、其他方面的应用 229

思考与练习题 230

第六节 共固定化技术 230

第十一章 动植物细胞大规模培养 231

第一节 动物细胞的培养 231

一、动物细胞的形态 231

二、培养基的组成 232

三、培养基制备应考虑的因素 234

四、细胞培养的环境要求 234

五、动物细胞培养的方法 235

七、细胞代谢 239

六、动物细胞大规模培养的工艺 239

第二节 植物细胞的培养 241

一、植物细胞培养流程 242

二、植物细胞培养基的组成 243

三、植物细胞培养的方法 244

四、植物细胞的大规模培养技术 245

五、影响植物细胞培养的因素 247

思考与练习题 249

二、麦芽制造 250

一、啤酒生产原辅料 250

第十二章 生物工艺实例简介 250

第一节 啤酒生产工艺 250

三、麦汁制备 252

四、啤酒发酵 254

第二节 有机酸发酵生产工艺 256

一、有机酸的来源与用途 256

二、衣康酸的发酵生产工艺 256

三、柠檬酸的深层发酵工艺 258

第三节 氨基酸生产工艺 259

一、氨基酸发酵的工艺控制 260

二、谷氨酸生产工艺 261

三、赖氨酸生产 263

第四节 酶制剂生产工艺 265

一、微生物细胞生长与产酶的关系 265

二、微生物酶合成的调节与控制 266

三、微生物酶的生产条件 267

四、酶的提取技术 269

五、微生物蛋白酶生产工艺 270

六、淀粉酶的生产工艺 270

第五节 抗生素生产工艺 272

一、抗生素的应用 272

二、抗生素生产的工艺过程 273

三、青霉素的生产工艺 274

第六节 单细胞蛋白生产工艺 276

一、SCP生产的一般工艺过程 278

二、SCP生产的微生物 278

三、生产SCP的基质 279

四、单细胞蛋白质的提取和纯化 279

第七节 其他产品的生产工艺 280

一、多糖发酵生产工艺 280

二、维生素B2(核黄素)发酵生产工艺 281

思考与练习题 282

参考文献 283