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第一章 总论 1

一、生物技术及其产业的发展回顾与展望 1

二、生物反应过程的组成与特点 11

三、微生物工程的应用领域 12

四、生物工艺发展简史 15

五、生物工艺原理课程的内容和任务 17

思考与练习题 17

第二章 生物工业菌种与种子的扩大培养 18

第一节 工业生产常用的微生物及要求 18

一、工业生产常用的微生物 18

二、微生物工业对菌种的要求 19

第二节 工业微生物菌种的衰退、复壮与保藏 19

一、菌种的衰退 19

二、菌种的复壮 21

三、菌种的保藏 22

第三节 工业微生物菌种的选育 24

一、自然选育 24

二、诱变育种 26

第四节 生产菌种的改良 37

一、原生质体融合技术 38

二、DNA重组技术 40

三、基因组重排技术 47

四、基因工程技术的应用 49

第五节 种子的扩大培养 54

一、种子扩大培养的任务 54

二、种子培养方法 55

三、种子制备阶段 55

四、影响种子质量的因素 56

五、种子质量标准 58

六、种子异常的分析 58

思考与练习题 59

第三章 发酵培养基及其制备 60

第一节 发酵培养基的选择 60

一、发酵培养基选择的依据 60

二、发酵培养基选择的原则 61

第二节 发酵培养基的设计与优化 62

一、发酵培养基设计应注意的问题 62

二、发酵培养基的优化 64

第三节 发酵培养基的成分及来源 66

一、工业上常用的碳源 67

二、工业上常用的氮源 67

三、无机盐 67

四、生长因子 68

五、前体物质和促进剂 70

第四节 淀粉水解糖的制备 73

一、淀粉水解糖的制备方法 73

二、酸水解法制糖 75

三、双酶水解法制糖 79

四、水解糖液的质量要求 84

第五节 糖蜜原料 85

一、糖蜜原料的分类 85

二、糖蜜原料的性质和组成 86

三、糖蜜的预处理 86

第六节 植物纤维原料 87

一、纤维素原料的生物炼制 87

二、木质纤维素基化学品 88

三、纤维素原料的来源 88

思考与练习题 91

第四章 培养基灭菌与空气的净化 92

第一节 灭菌 92

一、灭菌的方法 92

二、培养基湿热灭菌的原理 93

三、发酵培养基的灭菌 97

四、培养基与设备、管道灭菌条件 101

第二节 空气的净化 101

一、空气净化的方法 102

二、空气净化的流程 102

三、空气的过滤除菌原理和介质 104

思考与练习题 110

第五章 发酵机制与代谢调控 111

第一节 厌氧发酵机制与代谢调控 112

一、酵母菌的酒精发酵 112

二、细菌的酒精发酵 115

三、乳酸发酵 115

四、甘油发酵 116

五、丙酸和丁酸发酵 117

六、己酸发酵 118

七、甲烷（沼气）发酵 118

第二节 好氧发酵与代谢调控 119

一、柠檬酸发酵 119

二、醋酸发酵 123

三、衣康酸发酵 123

四、葡萄糖酸发酵 124

五、氨基酸发酵 124

六、核苷酸发酵 131

七、抗生素发酵 134

思考与练习题 144

第六章 微生物反应动力学 145

第一节 微生物反应概论 145

一、微生物反应过程的主要特征 145

二、微生物反应过程基本概念 146

三、微生物反应动力学的描述方法 149

第二节 微生物反应模式与发酵操作方法 151

一、生物反应动力学分类 151

二、发酵操作方法 153

第三节 微生物发酵动力学 159

一、分批发酵动力学 159

二、补料分批发酵动力学 164

三、连续发酵动力学 167

第四节 微生物生长代谢过程中的质量平衡 170

一、微生物生长代谢过程中基质与产物之间碳元素平衡 170

二、微生物生长代谢过程中的碳源平衡 171

三、微生物生长代谢过程中的氮平衡 172

四、微生物生长代谢过程中的氧平衡 172

五、YATP与ATP平衡 173

六、通风培养时氧的消耗与ATP数量之间的关系 174

第五节 微生物生长代谢过程的数学模型 175

一、分批培养微生物生长的数学模型 175

二、连续培养微生物生长的数学模型 176

三、发酵工艺最优化控制 178

思考与练习题 179

第七章 生物工艺过程控制 180

第一节 发酵过程中的代谢变化与控制参数 180

一、初级代谢的代谢变化 180

二、次级代谢的代谢变化 181

三、发酵过程的主要控制参数 183

第二节 温度对发酵的影响及其控制 185

一、温度对发酵的影响 185

二、影响发酵温度变化的因素 185

三、温度的控制 186

第三节 pH值对发酵的影响及其控制 187

一、pH值对发酵的影响 187

二、发酵过程pH值的变化 188

三、发酵pH值的确定和控制 188

第四节 溶解氧对发酵的影响及其控制 190

一、溶解氧对发酵的影响 190

二、供氧与微生物呼吸代谢的关系 191

三、发酵过程溶解氧的变化 194

四、溶解氧浓度控制 195

第五节 菌体浓度与基质对发酵的影响及其控制 195

一、菌体浓度对发酵的影响及其控制 195

二、基质对发酵的影响及其控制 196

第六节 CO2和呼吸商 199

一、CO2对菌体生长和产物生成的影响 199

二、排气中CO2浓度与菌体量、pH值、排气氧之间的关系 199

三、呼吸商与发酵的关系 200

四、CO2浓度的控制 200

第七节 泡沫对发酵的影响及其控制 202

一、泡沫的形成及其对发酵的影响 202

二、泡沫的控制 203

第八节 发酵终点的判断 204

一、经济因素 204

二、产品质量因素 205

三、特殊因素 205

第九节 发酵过程检测与自控 205

一、生物传感器 206

二、发酵过程其他重要检测技术 211

三、发酵过程变量的间接估计 211

四、发酵过程自控 214

思考与练习题 219

第八章 基因工程菌的发酵生产 220

第一节 基因工程菌发酵的特点 220

第二节 基因工程菌的稳定性 221

一、影响质粒稳定性的因素 221

二、提高质粒稳定性的措施 223

第三节 基因工程菌发酵工艺 225

一、培养基的组成与发酵条件 225

二、基因工程菌发酵的工艺过程 227

三、基因工程菌的培养设备 229

四、高密度发酵 229

第四节 基因工程菌发酵过程的检测与控制 232

一、发酵培养的检测与控制参数 232

二、生物学参数的检测与控制 232

三、物理化学参数的检测与控制 234

第五节 基因工程菌的安全性及防护 235

一、基因工程产业化的生物安全 235

二、基因工程菌的防护 237

三、基因工程产物的分离纯化 239

思考与练习题 241

第九章 固定化细胞发酵技术 242

第一节 固定化细胞概论 242

一、固定化细胞定义 242

二、固定化细胞分类、形态特征和性质 242

三、固定化细胞的表征 243

第二节 固定化细胞的原理与方法 244

一、包埋法 244

二、载体结合法 245

三、絮凝法 245

四、交联法 246

第三节 固定化细胞的效果 246

一、目的产物的产量提高 247

二、克隆基因产物的高效表达 247

三、质粒的遗传稳定性 248

第四节 影响固定化细胞效率的因素 248

一、固定化载体 248

二、胶粒浓度和大小 249

三、培养基的营养组成和培养条件 249

第五节 固定化细胞技术的应用 250

一、利用固定化细胞生产各种产物 250

二、固定化技术的其他应用 251

第六节 共固定化技术 253

思考与练习题 253

第十章 动植物细胞大规模培养 254

第一节 动物细胞的培养 254

一、动物细胞的形态 254

二、动物细胞培养的应用 255

三、动物细胞培养基的组成 256

四、动物细胞培养的环境要求 258

五、动物细胞体外培养的一般过程 259

六、动物细胞培养的方式 260

七、动物细胞大规模培养工艺 263

八、细胞培养用生物反应器 265

九、抗凋亡策略在细胞大规模培养中的应用 267

第二节 植物细胞的培养 268

一、植物细胞培养流程 268

二、植物细胞培养基的组成 269

三、植物细胞培养的方法 270

四、植物细胞的大规模培养技术 271

五、影响植物细胞培养的因素 273

思考与练习题 275

第十一章 发酵生产染菌及其防治 276

第一节 染菌对发酵的影响 276

一、染菌对不同发酵过程的影响 276

二、染菌发生的不同时间对发酵的影响 276

三、不同染菌程度对发酵的影响 277

第二节 发酵异常现象及原因分析 277

一、种子培养和发酵的异常现象 277

二、染菌的检查和判断 278

三、发酵染菌原因分析 279

第三节 杂菌污染的途径和防治 281

一、种子带菌及其防治 281

二、空气带菌及其防治 281

三、操作失误导致染菌及其防治 282

四、设备渗漏或“死角”造成的染菌及其防治 282

五、噬菌体污染及其防治 283

六、杂菌污染的挽救与处理 284

思考与练习题 285

第十二章 生物工艺实例简介 286

第一节 啤酒生产工艺 286

一、啤酒生产原辅料 286

二、麦芽制造 286

三、麦芽汁制备 288

四、啤酒发酵 290

第二节 葡萄酒生产工艺 292

一、葡萄原料 292

二、葡萄酒酿造辅料 293

三、葡萄酒酿造的工艺 295

四、葡萄酒的陈酿与成熟 297

五、葡萄酒的营养价值 299

第三节 有机酸发酵生产工艺 300

一、有机酸的来源与用途 300

二、衣康酸的发酵生产工艺 300

三、柠檬酸的深层发酵工艺 302

四、乳酸发酵工艺 304

第四节 氨基酸生产工艺 304

一、谷氨酸发酵工艺 305

二、赖氨酸发酵工艺 307

三、精氨酸发酵工艺 308

第五节 酶制剂生产工艺 309

一、微生物细胞生长与产酶的关系 310

二、微生物酶合成的调节与控制 311

三、微生物酶的生产条件 312

四、酶的提取技术 313

五、微生物蛋白酶生产工艺 314

六、淀粉酶的生产工艺 315

第六节 抗生素生产工艺 316

一、抗生素的应用 317

二、抗生素生产的工艺过程 318

三、青霉素的生产工艺 319

第七节 干扰素生产工艺 320

一、干扰素概况 321

二、干扰素的基本特性及作用特点 322

三、干扰素的临床应用 322

四、基因工程假单胞杆菌发酵生产干扰素-a2b的工艺过程 323

第八节 维生素C生产工艺 324

一、莱氏法生产工艺 325

二、二步发酵法生产工艺 325

第九节 甾体激素的微生物转化 327

一、生物转化的发展 327

二、生物转化反应的应用 328

三、生物转化的工艺流程 328

四、甾体药物的生物转化 329

第十节 单细胞蛋白生产工艺 332

一、SCP生产的一般工艺过程 333

二、SCP生产的微生物 334

三、生产SCP的基质 335

四、单细胞蛋白质的提取和纯化 335

第十一节 微生物多糖发酵生产 336

一、短梗霉多糖 337

二、黄原胶 337

三、结冷胶 338

第十二节 生物质能源的开发与利用 339

一、燃料乙醇 340

二、生物制氢 340

三、生物柴油 342

思考与练习题 343

参考文献 344