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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100 212

参考文献 215