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第一篇 总论 3

第一章 绪论 3

一、发酵工程的沿革 3

二、现代生物技术的兴起与发酵工程的进展 6

三、微生物发酵工业产品类型 8

四、发酵培养方法与过程 12

第二章 菌种选育理论与技术 15

第一节 自然选育 16

一、菌种退化与变异原因 17

二、自然选育的方法 18

第二节 诱变育种 18

一、突变诱发过程 19

二、诱变育种方案的设计 22

三、突变的诱发 23

四、突变株的筛选 25

五、突变高产基因的表达 32

第三节 杂交育种 33

一、细菌的杂交育种 33

二、放线菌的杂交育种 34

三、霉菌的杂交育种 36

第四节 原生质体技术 39

一、原生质体制备 39

二、原生质体的融合 41

三、融合子的选择 41

四、原生质体的再生 41

六、原生质体再生与常规诱变相结合 43

五、原生质体的诱变 43

七、灭活原生质体融合技术在育种中的应用 44

第五节 分子生物学在菌种选育中的应用 44

一、链霉菌的基本生物学特性 44

二、链霉菌的基因克隆 45

三、用基因工程肓种技术生产氨基酸 48

第三章 培养基 49

第一节 概述 49

一、培养基组成 49

二、培养基组成影响细胞分化和产物形成 49

三、配制工业发酵培养基的一般要求 52

第二节 培养基的成分 52

一、碳源 53

二、氮源 54

三、无机盐和微量元素 56

四、水 57

五、前体 57

六、消沫剂 57

七、其他成分 58

第三节 培养基的种类与选择 58

一、培养基的种类 58

二、培养基的设计 59

三、培养基的筛选 61

第四节 影响培养基质量的因素 61

一、原材料质量的影响 61

三、灭菌的影响 63

二、水质的影响 63

四、pH的影响 64

五、其他影响因素 64

第四章 灭菌与除菌 70

第一节 灭菌的基本原理 70

一、几种常用灭菌方法的基本原理 70

二、湿热灭菌的原理 71

第二节 培养基和发酵设备的灭菌 73

一、培养基灭菌温度的选择 73

二、培养基的灭菌方法 75

三、发酵设备的灭菌 79

第三节 空气除菌 80

一、空气除菌的方法 80

二、介质过滤除菌的机制 82

三、空气过滤除菌的工艺流程 84

第四节 无菌检查与染菌的处理 86

一、无菌检查 86

二、污染杂菌及其处理 87

三、污染噬菌体及其处理 88

第五节 制服染菌的要点 89

一、染菌原因的分析 90

二、制服染菌的要点 90

第五章 生产菌种的制备和保藏 92

第一节 生产菌种的制备过程 92

一、孢子制备 92

二、种子制备 93

一、影响孢子质量的因素及其控制 94

第二节 生产菌种的质量控制 94

二、影响种子质量的因素及其控制 96

第三节 生产菌种的保藏 99

一、菌种保藏的目的与原理 99

二、菌种的复壮 101

三、国内外主要菌种保藏机构简介 102

第六章 发酵过程中的通气与搅拌 104

第一节 发酵过程中氧的需求 104

一、微生物对氧的需求 104

二、氧在液体中的溶解特性 106

三、影响微生物需氧量的因素 107

第二节 氧在溶液中的传递 108

一、氧传递的阻力 108

二、氧的传递方程式 109

第三节 发酵液的流变学 110

一、液流类型 110

二、发酵液的流变学 112

第四节 影响供氧的因素 113

一、影响氧传递推动力的因素 113

二、影响液相体积氧传递系数KLα的因素 114

第五节 液相体积氧传递系数KLα的测定 117

一、发酵液中溶解氧浓度的测定 118

二、摄氧率的测定 118

三、液相体积氧传递系数KLα的测定 118

第七章 发酵过程的控制 121

第一节 微生物发酵类型 121

二、需氧发酵与厌氧发酵 122

一、分批发酵、补料分批发酵与连续发酵 122

三、生长偶联型、部分生长偶联型和非生长偶联型发酵 123

第二节 发酵过程的工艺参数控制 124

一、物理参数 125

二、化学参数 125

三、生物参数 126

第三节 发酵过程中的代谢变化 127

一、初级代谢产物发酵的代谢变化 127

二、次级代谢产物发酵的代谢变化 128

第四节 菌体浓度的影响及其控制 129

一、影响菌体生长的因素 130

二、菌浓对初级代谢和次级代谢的影响 130

一、碳源的影响和控制 131

第五节 营养基质的影响及其控制 131

二、氮源的影响和控制 132

三、磷酸盐的影响和控制 133

第六节 温度的影响及其控制 134

一、温度对发酵的影响 134

二、影响发酵温度变化的因素 135

三、温度的控制 136

第七节 pH的影响及其控制 137

一、pH对发酵的影响 137

二、发酵pH的变化 138

三、发酵pH的确定和控制 138

第八节 溶氧的影响及其控制 141

一、溶氧对发酵的影响 141

二、发酵过程的溶氧变化 142

三、溶氧浓度的控制 143

第九节 二氧化碳的影响及其控制 144

一、二氧化碳对发酵的影响 144

二、二氧化碳浓度的控制 145

第十节 补料分批发酵 146

一、补料分批发酵的作用 146

二、补料的方式和控制 147

第十一节 泡沫的影响及其控制 148

第十二节 发酵终点的判断 151

一、发酵动力学研究的内容 153

二、研究发酵动力学的方法 153

第一节 概论 153

第八章 发酵动力学 153

三、发酵动力学与过程优化控制 154

第二节 质量和能量的平衡 155

一、得率与维持因数 155

二、有机化合物中的化学能 158

三、发酵过程的化学计量式 159

四、质量平衡 162

五、能量平衡 164

六、质量平衡和能量平衡的统一 166

第三节 微生物生长与产物合成动力学 167

一、微生物生长动力学 167

二、产物合成动力学 170

第四节 发酵过程动力学模拟与优化 171

一、分批发酵 171

二、连续发酵 177

三、动力学参数的确定 181

四、补料分批发酵过程的优化 185

第九章 发酵过程检测与自控 188

第一节 发酵检测 188

一、概述 188

二、发酵传感器 191

三、发酵过程其他重要检测技术 199

四、发酵过程检测的可靠性 204

第二节 发酵过程变量的间接估计 205

一、与基质消耗有关变量的估计 205

二、与呼吸有关变量的估计 206

三、与传质有关变量的估计 207

四、与细胞生长有关变量的估计 208

第三节 发酵过程自控 213

一、基本自控系统 214

二、发酵自控系统的硬件结构 217

第十章 微生物代谢产物的生物合成与调控 220

第一节 微生物初级代谢产物的生物合成与调控 221

一、微生物生物合成的初级代谢产物 221

二、初级代谢产物生物合成中的主要调控机制 221

第二节 微生物次级代谢产物的生物合成与调控 229

一、次级代谢与初级代谢的关系 229

二、微生物合成的次级代谢产物的基本特征 231

三、次级代谢产物的构建单位的生源说和生物合成 232

四、次级代谢产物生物合成的基本过程 239

五、次级代谢产物生物合成的主要调控机制 241

六、编码次级代谢产物生物合成酶的基因表达调节 252

第十一章 发酵过程的实验室研究、中试和放大 260

第一节 实验室研究 260

一、实验设备 260

二、摇瓶实验 263

三、实验室研究和统计学方法 265

第二节 微生物摇瓶与发酵罐培养的差异和发酵规模改变的影响 271

一、摇瓶和发酵罐培养的差异 271

二、发酵罐规模改变的影响 273

第三节 发酵规模的缩小和放大 274

一、放大的过程 274

二、放大的理论基础 274

三、放大的准则 275

四、放大(或缩小)的方法 276

第十二章 发酵工业与环境保护 284

第一节 基本概念与治污意义 284

一、基本概念 284

二、治污意义 285

第二节 污水处理方法概论 286

一、生物处理法的分类 286

二、好氧生物处理的原理 287

三、厌氧消化处理的原理 289

四、生物处理装置 293

第三节 发酵废液的处理 298

一、发酵废液的特征 298

二、发酵废液的处理方法 299

第四节 发酵工业废渣的处理 299

一、废菌丝气流干燥工艺流程 300

三、废菌丝焚烧工艺流程 301

二、废菌丝厌氧消化工艺流程 301

第十三章 发酵过程经济学 302

第一节 发酵成本的构成及影响因素 302

一、发酵成本的构成 302

二、影响发酵成本的因素 304

第二节 发酵成本的控制及过程的经济学评价 309

一、降低原材料成本 309

二、节能 311

三、提高设备利用率 314

四、发酵过程的经济学评价 315

第一节 概述 321

一、发展概况 321

第十四章 β-内酰胺类抗生素的生物合成与发酵 321

第二篇 分论 321

二、作用机制 323

三、临床应用的主要β-内酰胺类抗生素 323

第二节 青霉素 327

一、天然存在的青霉素 327

二、菌株改良与保存 327

三、青霉素的发酵生产 328

四、青霉素的生物合成途径与代谢调控 331

第三节 头孢菌素C 335

一、生物合成与代谢调控 335

二、菌种选育与保存 337

三、发酵过程优化 338

四、7-ACA的酶法制备与直接发酵生产 340

第四节 其他重要的β-内酰胺类抗生素 341

一、头霉素 341

二、噻纳霉素 342

三、克拉维酸 343

第十五章 四环素类抗生素的生物合成与发酵 347

第一节 概述 347

第二节 四环素类抗生素的生物合成 348

第三节 四环素类抗生素的发酵生产 349

第十六章 大环内酯类(包含蒽环类)抗生素的生物合成与发酵 354

第一节 概述 354

二、生物合成 356

一、生产菌种 356

第二节 红霉素 356

三、发酵生产 357

第三节 柱晶白霉素与螺旋霉素 360

一、生物合成 360

二、发酵生产 363

第四节 泰乐星 364

一、生物合成 364

二、发酵生产 364

第五节 阿弗菌素 365

一、生物合成 365

二、发酵生产 367

第六节 利福霉素 367

一、生物合成 368

二、发酵生产 369

第七节 阿克拉霉素和柔红霉素 371

一、生物合成 373

二、发酵生产 374

第十七章 氨基糖苷类抗生素的生物合成与发酵 377

第一节 概述 377

第二节 链霉素族抗生素 379

一、链霉素的生物合成 380

二、发酵生产 383

第三节 新霉素族抗生素 384

一、新霉素的生物合成 385

二、发酵生产 387

一、卡那霉素的生物合成 388

第四节 卡那霉素族抗生素 388

二、发酵生产 389

第五节 庆大霉素族抗生素 389

一、庆大霉素的生物合成 390

二、发酵生产 391

第六节 基他氨基糖苷类抗生素 393

一、妥布霉素 393

二、广谱抗生素10670 393

第十八章 聚醚类抗生素 394

第一节 概述 394

一、聚醚类抗生素的化学结构 394

二、生物合成 396

三、产生菌 398

一、莫能菌素的生物合成 399

第二节 莫能菌素 399

第三节 盐霉素 400

二、发酵生产 400

第十九章 肽类及其他抗生素的生物合成与发酵 402

第一节 肽类抗生素概述 402

一、基本概念与结构特征 402

二、生物合成 402

三、产生菌 403

四、发酵生产 404

五、用途 405

六、新的研究进展 405

第二节 杆菌肽 406

一、杆菌肽 406

三、杆菌肽(锌)的发酵生产 408

二、杆菌肽锌 408

第三节 多粘菌素 409

第四节 林可霉素 410

一、林可霉素的生物合成 411

二、发酵生产 411

第五节 万古霉素 413

第六节 赤霉素 414

一、赤霉素的生物合成 415

二、发酵生产 416

第七节 创新霉素 419

第八节 链阳性菌素 421

第九节 青蒿素 422

第一节 概述 425

第二十章 氨基酸的生物合成与发酵 425

一、氨基酸的生产方法 426

二、氨基酸产生菌的选育 428

三、氨基酸发酵的代谢控制 432

第二节 门冬氨酸衍生的氨基酸 437

一、赖氨酸 437

二、苏氨酸 438

第三节 分支氨基酸 441

一、异亮氨酸、亮氨酸和缬氨酸的生物合成途径 441

二、异亮氨酸发酵 441

三、亮氨酸发酵 442

一、生产菌种以及生物合成代谢途径和调节 443

第四节 芳香族氨基酸 443

二、发酵与影响因素 444

第二十一章 维生素 446

第一节 维生素C 446

一、概述 446

二、生产方法 447

第二节 维生素B2 451

一、概述 451

二、产生菌 452

三、发酵生产 452

四、生物合成 453

第三节 维生素B12 455

一、概述 455

三、生产概况 456

二、产生菌 456

四、生物合成 457

第四节 其他维生素 457

一、麦角甾醇(维生素D原) 457

二、β-胡萝卜素 457

第二十二章 核苷与核苷酸 461

第一节 概论 461

一、核酸类物质的生产方法 462

二、核苷酸的生物合成及其调节 463

第二节 肌苷和肌苷酸的生产 468

一、肌苷发酵机制与生产菌种的选育 469

二、肌苷发酵条件 470

三、直接发酵法生产5’-IMP 470

一、AMP的生产 471

第三节 三磷酸腺苷发酵 471

二、微生物磷酸化方法 472

第二十三章 药用酶与酶抑制剂 474

第一节 概述 474

一、优良产酶菌种的标准 475

二、产酶菌种的筛选 475

三、组成型突变株的选育 477

四、酶的发酵生产 478

第二节 淀粉酶和糖化酶 481

一、概述 481

二、微生物淀粉酶的主要类别及其作用特点 481

三、淀粉水解酶的应用 482

二、产酶菌种的筛选 483

一、产酶菌种 483

第三节 蛋白酶 483

三、环境因子对产酶的影响 484

四、培养基对产酶的影响 485

第四节 青霉素酰化酶 485

一、产酶菌种 486

二、产酶菌种的筛选 487

三、青霉素酰化酶的生产 488

第五节 辅酶A 490

一、辅酶A的生物合成途径 490

二、辅酶A的生产 490

一、概述 492

二、微生物产生的具有降血脂作用的酶抑制剂 492

第六节 酶抑制剂 492

三、微生物产生的具有降血压作用的酶抑制剂 495

四、微生物产生的具有抗血栓作用的酶抑制剂 496

五、微生物产生的具有抗肿瘤作用的酶抑制剂 496

六、微生物产生的抑制HIV复制的抑制剂 498

七、微生物产生的其他的酶抑制剂 501

第二十四章 微生物来源的几类生理活性物质 503

第一节 免疫调节剂 503

一、微生物来源的免疫抑制剂 503

二、微生物来源的免疫增强剂 513

第二节 微生物来源的受体拮抗剂 515

一、微生物来源的具有降血压作用的受体拮抗剂 515

二、微生物来源的具有抗血栓作用的受体拮抗剂 519

四、微生物来源的作用于神经系统的受体拮抗剂 521

三、微生物来源的具有抗炎作用的受体拮抗剂 521

五、微生物来源的其他受体拮抗剂 523

第三节 药用多糖 524

一、真菌多糖 524

二、多抗甲素 525

三、右旋糖酐 526

第四节 微生物来源的其他生理活性物质 527

一、微生物来源的抗氧化剂 527

二、微生物来源的神经营养因子类物质 528

三、微生物来源的植物生长调节剂 528

四、微生物来源的具有刺激细胞纤维蛋白溶解作用的生理活性物质 529

第一节 微生物转化的应用 530

一、生产某些重要的中间体或药物 530

第二十五章 微生物转化 530

二、对化合物结构进行修饰 531

三、生产新的化合物 531

四、生产手性药物和手性中间体 531

五、药物代谢方面的研究 532

第二节 微生物转化的特点和类型 532

一、微生物转化的特点 532

二、微生物转化的反应类型 533

第三节 甾类激素的微生物发酵 536

一、甾类化合物简介 536

二、甾类激素生产的原料和基本过程 538

三、微生物转化的发酵工艺 539

第四节 大环内酯类抗生素的微生物转化 542

一、微生物转化反应 543

二、用于转化的微生物 544