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第1章 概论 1

1.1发酵工程的发展简史 1

1.1.1传统生物技术的追溯 2

1.1.2发酵技术发展的第一转折时期 2

1.1.3发酵技术发展的第二转折时期 3

1.1.4发酵技术发展的第三转折时期 4

1.1.5发酵技术发展的第四转折时期 5

1.2发酵工业的特征 7

1.3发酵工业的应用范畴 7

1.3.1微生物菌体发酵 8

1.3.2微生物酶发酵 8

1.3.3微生物代谢产物发酵 8

1.3.4微生物转化发酵 8

1.3.5现代生物技术的生物细胞发酵 9

1.3.6微生物处理度水 9

1.3.7其他 9

1.4发酵工程在生物工程中的位置 9

1.5现代发酵工程的意义和展望 10

本章小结 11

复习题 11

主要参考文献 11

第一篇发酵反应过程原理篇 15

第2章 菌种的来源 15

2.1生物物质产生菌的筛选 15

2.1.1生物活性物质的主要来源 15

2.1.2标本的采集 16

2.1.3样本的预处理 17

2.2菌种的分离 18

2.2.1集菌培养 18

2.2.2纯化分离 20

2.2.3纯培养的验证 22

2.3工业微生物分离的注意事项 22

本章小结 23

复习题 23

主要参考文献 23

第3章 菌种的选育及保藏 25

3.1自然选育 25

3.1.1自然变异的产生 25

3.1.2自然选育的方法 25

3.2诱变育种 26

3.2.1诱变育种的原理及诱变剂 26

3.2.2诱变育种的步骤 27

3.2.3影响诱变效果的主要因素 28

3.3杂交育种 31

3.3.1准性生殖 31

3.3.2接合 32

3.3.3原生质体融合 32

3.4代谢控制育种 35

3.5基因工程育种 36

3.5.1目的基因的获得 37

3.5.2载体的选择与准备 39

3.5.3基因与载体的连接 40

3.5.4外源基因的导入 40

3.5.5重组体的筛选和产物的表达 41

3.6微生物菌种的保藏与复壮 42

3.6.1菌种保藏 42

3.6.2菌种的复壮 45

3.6.3菌种保藏机构和分工 46

本章小结 47

复习题 47

主要参考文献 48

第4章 微生物代谢调节 49

4.1微生物的代谢类型和自我调节 49

4.1.1微生物的代谢类型 49

4.1.2微生物自我调节的部位 49

4.2酶活性调节 50

4.2.1酶的激活作用与抑制作用 50

4.2.2酶活性调节的机制 51

4.3酶合成调节 52

4.3.1酵合成的诱导作用 53

4.3.2酶合成的阻遏 53

4.3.3酶合成调节的机制 55

4.4分支生物合成途径的调节 57

4.4.1同工酶调节 58

4.4.2协同反馈调节 59

4.4.3累积反馈调节 59

4.4.4增效反馈调节 59

4.4.5顺序反馈调节 59

4.4.6联合激活或反馈调节 59

4.4.7酶的共价修饰 59

4.5能荷调节 60

4.6代谢调控 61

4.6.1发酵条件的控制 61

4.6.2发酵与分离过程耦合 62

4.6.3改变细胞透性 62

4.6.4菌种遗传特性的改变 62

4.7次级代谢与次级代谢调节 64

4.7.1初级代谢与次级代谢 64

4.7.2次级代谢的调节类型 64

4.8代谢工程 66

4.8.1改变代谢途径 66

4.8.2扩展代谢途径 68

4.8.3转移或构建新的代谢途径 69

本章小结 69

复习题 70

主要参考文献 70

第5章 发酵工业培养基的设计 72

5.1发酵工业培养基的基本要求 72

5.2培养基的成分 73

5.2.1碳源 73

5.2.2氮源 74

5.2.3无机盐及微量元素 74

5.2.4水 75

5.2.5生长调节物质 75

5.3培养基的类型 76

5.3.1按纯度分类 76

5.3.2按形态分类 76

5.3.3按用途分类 77

5.4培养基的设计 78

5.4.1菌体同化能力 78

5.4.2碳氮比 78

5.4.3 pH 78

5.4.4补料 79

5.4.5影响培养基质量的其他因素 79

5.5发酵培养基的优化方法 80

5.5.1理论转化率的计算 80

5.5.2培养基优化实验设计 80

本章小结 86

复习题 86

主要参考文献 87

第6章 发酵灭菌与空气的净化 88

6.1灭菌的方法 88

6.1.1干热灭菌法 88

6.1.2湿热灭菌法 88

6.1.3射线灭菌法 89

6.1.4化学药剂灭菌法 89

6.1.5过滤除菌法 90

6.1.6火焰灭菌法 90

6.2培养基和设备的灭菌 90

6.2.1湿热灭菌的原理 90

6.2.2培养基灭菌温度的选择 93

6.2.3培养基的分批灭菌 94

6.2.4培养基的连续灭菌 95

6.3空气除菌 97

6.3.1空气除菌方法 98

6.3.2介质除菌的原理 98

6.3.3介质过滤效率和过滤器计算 99

本章小结 101

复习题 101

主要参考文献 101

第7章 种子扩大培养 102

7.1种子制备工艺 102

7.1.1实验室种子制备 102

7.1.2生产车间种子制备 103

7.1.3影响种子质量的因素 103

7.2种子质量的控制措施 107

7.2.1种子质量标准 107

7.2.2种子质量检查 107

7.2.3种子的异常分析 109

7.2.4种子质量的控制措施 109

本章小结 110

复习题 110

主要参考文献 110

第8章 发酵工艺控制 111

8.1温度对发酵的影响及其调节控制 111

8.1.1温度对发酵的影响 111

8.1.2影响发酵温度的因素 112

8.1.3发酵热的测定 113

8.1.4最适温度的选择与发酵温度的控制 113

8.2 pH对发酵的影响及其调节控制 114

8.2.1 pH对发酵的影响 114

8.2.2影响发酵pH的因素 115

8.2.3最适pH的选择和调节 115

8.3氧对发酵的影响及其调节控制 116

8.3.1氧的传递和传质方程式 116

8.3.2影响微生物对氧需求的因素 118

8.3.3培养基的流变特性 119

8.3.4影响供氧的因素 121

8.3.5液相体积氧传质系数KLa的测定 123

8.4二氧化碳对发酵的影响及其控制 124

8.4.1二氧化碳的来源及其对发酵的影响 124

8.4.2二氧化碳浓度的控制 125

8.5泡沫对发酵的影响及其控制 125

8.5.1泡沫产生的原因 125

8.5.2泡沫对发酵的危害 126

8.5.3泡沫的消长规律 126

8.5.4泡沫的消除和防止 126

本章小结 127

复习题 128

主要参考文献 128

第9章 发酵过程的检测与自控 129

9.1发酵过程检测 129

9.1.1概述 129

9.1.2发酵传感器 129

9.1.3发酵过程检测的可靠性 134

9.2发酵过程变量的间接估计 135

9.2.1与基质消耗有关变量的估计 135

9.2.2与呼吸有关变量的估计 135

9.2.3与细胞生长有关变量的估计 136

9.3发酵过程自控 137

9.3.1基本自控系统 137

9.3.2发酵自控系统的硬件结构 140

本章小结 142

复习题 143

主要参考文献 143

第10章 发酵染菌及其防治 144

10.1染菌对发酵的影响 144

10.1.1染菌对不同发酵过程的影响 144

10.1.2染菌时间对发酵的影响 144

10.1.3染菌程度对发酵的影响 145

10.2发酵异常的判断及原因分析 145

10.2.1种子培养和发酵的异常现象 145

10.2.2染菌的检查和判断 147

10.2.3发酵染菌原因分析 148

10.3杂菌污染的途径和防治 150

10.3.1种子带菌及其防治 150

10.3.2空气带菌及其防治 150

10.3.3操作失误导致染菌及其防治 151

10.3.4设备渗漏或“死角”造成的染菌及其防治 152

10.3.5噬菌体污染及其防治 153

10.3.6杂菌污染的挽救与处理 154

本章小结 155

复习题 155

主要参考文献 155

第11章 发酵动力学 156

11.1分批培养动力学 156

11.1.1分批培养中细胞的生长动力学 156

11.1.2产物合成与微生物生长的动力学关系 159

11.1.3分批培养过程的生产率 160

11.2连续培养动力学 160

11.2.1连续培养设备 161

11.2.2单级恒化器连续培养动力学 161

11.2.3多级串联和部分菌体再循环的连续培养 162

11.2.4连续培养的应用 163

11.3补料分批培养动力学 164

本章小结 165

复习题 166

主要参考文献 166

第12章 发酵过程经济学 167

12.1发酵成本的构成 167

12.1.1固定成本 167

12.1.2可变成本 167

12.1.3发酵产品成本的分布 168

12.2影响发酵成本的主要因素及成本控制 168

12.2.1菌株选育 168

12.2.2 培养基成本 169

12.2.3动力成本 170

12.2.4培养方式 170

12.2.5工厂规模 171

12.2.6产物分离纯化 172

12.2.7发酵自动化程度 172

12.2.8发酵过程优化 173

12.2.9市场经济分析 173

12.3发酵过程经济分析 173

12.3.1发酵过程的技术经济评价指标 173

12.3.2发酵过程的经济效益分析 174

本章小结 175

复习题 176

主要参考文献 176

第13章 现代生物技术在发酵工业中的 应用 177

13.1基因工程菌发酵 177

13.1.1基因工程菌的来源和应用 177

13.1.2基因工程菌的培养 178

13.1.3基因工程菌的不稳定性及对策 180

13.1.4基因工程菌的安全问题 181

13.2动植物细胞培养 182

13.2.1动物细胞培养 182

13.2.2植物细胞培养 185

13.3固定化细胞发酵 186

13.3.1概述 186

13.3.2固定化细胞的特性 187

13.3.3固定化细胞反应器 187

13.3.4固定化细胞的应用 188

本章小结 189

复习题 189

主要参考文献 189

第二篇 产物分离和纯化过程篇 193

第14章 发酵工程下游加工工程概论 193

14.1发酵工程下游加工工程的特点和重要性 193

14.2发酵工程下游加工工程的基本原理 194

14.3发酵工程下游加工工程的一般程序 198

本章小结 200

复习题 200

主要参考文献 200

第15章 发酵液的预处理和固液分离方法 202

15.1发酵液预处理 202

15.1.1高价无机离子的去除 202

15.1.2可溶性杂蛋白的去除 203

15.1.3色素及其他物质的去除 204

15.2固液分离技术 204

15.2.1影响发酵液固液分离的因素 204

15.2.2过滤 205

15.2.3离心分离 206

15.3全发酵液的提取 206

15.3.1应用膜技术进行全发酵液提取 206

15.3.2双水相萃取 206

15.3.3吸附法 206

15.4微生物细胞的破碎和分离 207

15.4.1微生物细胞壁的组成和结构 207

15.4.2微生物细胞破碎的方法 207

15.4.3细胞破碎率的测定 208

本章小结 208

复习题 209

主要参考文献 209

第16章 沉淀法 210

16.1盐析法 210

16.1.1盐析原理——Cohn方程式 210

16.1.2影响盐析的主要因素 211

16.2等电点沉淀订法 212

16.2.1基本原理 212

16.2.2等电点沉淀的影响因素 212

16.3有机溶剂沉淀法 213

16.3.1有机溶剂沉淀的原理 213

16.3.2有机溶剂的选择和用量计算 213

16.3.3影响有机溶剂沉淀的因素 214

16.4非离子型多聚物沉淀法 214

16.5聚电解质沉淀法 215

16.6金属离子沉淀法 215

本章小结 215

复习题 215

主要参考文献 216

第17章 膜过滤法 217

17.1膜分类和表征膜性能的参数 217

17.1.1膜分类 217

17.1.2表征膜性能的参数 218

17.2膜过滤装置的型式及适用范围 219

17.2.1膜过滤装置的型式 219

17.2.2膜过滤装置适用范围 221

17.3膜过滤的操作方法 222

17.3.1分批操作 222

17.3.2.透析过滤 223

17.3.3连续操作 223

本章小结 224

复习题 224

主要参考文献 224

第18章溶剂萃取法 225

18.1溶剂萃取原理 225

18.1.1分配定律 225

18.1.2弱电解质萃取的分配平衡 225

18.2溶剂的选择 226

18.3水相条件的影响及去乳化 227

18.3.1 pH 227

18.3.2温度 227

18.3.3盐析 227

18.3.4带溶剂 227

18.3.5乳化与去乳化 228

18.4萃取方法和理论得率计算 228

18.4.1单级萃取 228

18.4.2多级错流萃取 229

18.4.3多级逆流萃取 229

18.4.4萃取计算诺模图 229

本章小结 230

复习题 230

主要参考文献 231

第19章 双水相萃取法 232

19.1双水相体系 232

19.1.1双水相的形成 232

19.1.2相图 232

19.2影响物质分配的因素 233

19.2.1分配理论 233

19.2.2成相聚合物及其相对分子质量的影响 233

19.2.3成相聚合物浓度的影响 233

19.2.4体系中离子环境对分配的影响 233

19.2.5体系中pH的影响 233

19.2.6体系中温度的影响 234

19.2.7体系中微生物的影响 234

19.3双水相萃取技术的应用 234

19.4双水相萃取技术的发展 235

19.4.1提高分离效率的双水相萃取技术 236

19.4.2廉价双水相系统的使用 237

本章小结 237

复习题 238

主要参考文献 238

第20章 吸附法 239

20.1吸附过程的理论基础 239

20.1.1基本概念 239

20.1.2吸附类型 240

20.1.3吸附平衡 240

20.2吸附剂的种类 241

20.2.1疏水或非极性吸附剂 241

20.2.2亲水或极性吸附剂 242

20.2.3吸附树脂 242

20.3影响吸附的因素 243

20.3.1吸附剂的性质 243

20.3.2吸附物的性质 243

20.3.3溶液pH的影响 243

20.3.4温度的影响 243

20.3.5溶液中其他溶质的影响 243

20.4大网格聚合物吸附剂 243

20.5其他类型的吸附 244

20.5.1疏水作用吸附 244

20.5.2盐析吸附 244

20.5.3亲和吸附 244

20.5.4染料配位体吸附 244

20.5.5免疫吸附 244

20.5.6羟基磷灰石吸附 245

本章小结 245

复习题 245

主要参考文献 245

第21章 离子交换法 246

21.1基本概念 246

21.1.1强酸性阳离子交换树脂 246

21.1.2弱酸性阳离子交换树脂 246

21.1.3强碱性阴离子交换树脂 246

21.1.4弱碱性阴离子交换树脂 246

21.2离子交换树脂的命名法 247

21.3离子交换树脂的物理化学性能及测定方法 247

21.3.1物理性能 247

21.3.2化学性能 249

21.4离子交换过程的理论基础 250

21.4.1离子交换平衡方程式 250

21.4.2离子交换速度 250

21.5树脂的选择和操作条件控制 251

21.5.1树脂的选择 251

21.5.2操作条件的控制 251

21.6大网格离子交换树脂 252

本章小结 252

复习题 252

主要参考文献 253

第22章 色层分离法 254

22.1基本概念 254

22.2亲和层析 255

22.3离子交换层析 256

22.4凝胶层析 257

22.5染料层析 257

22.6疏水层析 258

22.7固定化金属离子亲和层析 258

22.8共价层析 258

22.9羟基磷灰石层析 259

22.10电泳法 260

本章小结 260

复习题 260

主要参考文献 261

第23章结晶法 262

23.1结晶的基本原理 262

23.2影响结晶生成的因素 263

23.2.1过饱和率 263

23.2.2浓度 263

23.2.3纯度 264

23.2.4黏度 264

23.2.5温度 264

23.2.6 pH和等电点 264

23.2.7时间 264

23.2.8晶种 264

23.2.9搅拌 264

23.2.10循环流速 265

23.2.11共存杂质的影响 265

23.3提高晶体质量的途径 265

23.3.1晶体的大小 265

23.3.2晶体的形状 266

23.3.3晶体的纯度 266

23.3.4晶体的结块 266

23.3.5重结晶 266

23.4结晶的方法 266

23.4.1蒸发浓缩结晶法 266

23.4.2加沉淀剂结晶法 267

23.4.3冷却结晶法 267

23.4.4其他结晶方法 267

本章小结 267

复习题 267

主要参考文献 268

第三篇 发酵工程生产设备篇 271

第24章 发酵设备 271

24.1发酵设备类型及发展趋势 271

24.1.1发酵设备的分类 271

24.1.2微生物发酵设备的发展趋势 271

24.2通风发酵设备 272

24.2.1机械搅拌通风发酵罐 272

24.2.2气升式发酵罐 276

24.2.3自吸式发酵罐 277

24.2.4通风固相发酵设备 277

24.2.5其他类型的发酵罐 277

24.3厌氧发酵设备 279

24.3.1酒精发酵设备 279

24.3.2啤酒发酵设备 279

24.4发酵罐的放大 280

24.4.1发酵罐放大的目的和方法 281

24.4.2通用式发酵罐的放大设计 282

本章小结 283

复习题 284

主要参考文献 284

第25章 产物分离和纯化设备 285

25.1两相分离设备 285

25.1.1过滤设备 285

25.1.2离心分离设备 286

25.1.3膜分离设备 287

25.2萃取与色谱分离设备 288

25.2.1萃取分离设备 288

25.2.2离子交换分离设备 289

25.2.3吸附分离设备 289

25.2.4色谱分离设备 290

25.3蒸发浓缩与结晶设备 291

25.3.1真空浓缩设备 291

25.3.2薄膜蒸发器设备 292

25.3.3结晶设备 293

25.4干燥设备 295

25.4.1气流干燥设备 296

25.4.2沸腾干燥设备 296

25.4.3喷雾干燥设备 297

本章小结 298

复习题 298

主要参考文献 299

第26章 辅助系统设备 300

26.1空气净化除菌与调节设备 300

26.1.1空气净化除菌与调节设备 300

26.1.2生物工业生产的空气调节 302

26.2物料输送系统设备 302

26.2.1固体物料的输送设备 303

26.2.2液体物料的输送设备 304

26.3供水与制冷系统设备 305

26.3.1水处理系统设备 305

26.3.2供水系统设备 307

26.3.3发酵工厂洁净蒸汽与制冷系统设备 308

本章小结 310

复习题 311

主要参考文献 311

第四篇 典型发酵工程过程篇 315

第27章 抗生素生产工艺 315

27.1抗生素的分类 315

27.1.1根据抗生素的生物来源分类 315

27.1.2根据抗生素的作用分类 315

27.1.3根据抗生素的化学结构分类 316

27.1.4根据抗生素的作用机制分类 316

27.1.5根据抗生素的生物合成途径分类 316

27.2抗生素生产工艺过程 316

27.2.1菌种 316

27.2.2孢子制备 317

27.2.3种子制备 317

27.2.4发酵 317

27.2.5发酵液的过滤与预处理 317

27.2.6抗生素的提取 318

27.2.7抗生素的精制 318

27.3青霉素生产工艺 319

27.3.1青霉素的结构与特性 319

27.3.2青霉素的分类 319

27.3.3青霉素生产流程 320

本章小结 323

复习题 323

主要参考文献 323

第28章 氨基酸生产工艺 324

28.1氨基酸生产工艺控制 324

28.1.1菌种 324

28.1.2培养基 325

28.1.3发酵条件控制 326

28.1.4氨基酸分离纯化 327

28.2赖氨酸生产工艺 328

28.2.1赖氨酸的生产菌种与生物合成途径 328

28.2.2赖氨酸的发酵条件控制 328

28.3.异亮氨酸、亮氨酸生产工艺 331

28.3.1异亮氨酸、亮氨酸和缬氨酸的生物合成途径 331

28.3.2异亮氨酸发酵 331

28.3.3亮氨酸发酵 332

本章小结 332

复习题 333

主要参考文献 333

第29章核苷、核苷酸类产品的发酵生产 334

29.1概述 334

29.1.1核苷酸的生产途径 334

29.1.2核苷酸类物质生产菌的分离和选择 335

29.2肌苷及肌苷酸的发酵生产 335

29.2.1肌苷的发酵生产 335

29.2.2 肌苷酸的发酵生产 337

29.3鸟苷及鸟苷酸的发酵生产 338

29.3.1鸟苷的发酵生产 338

29.3.2鸟苷酸的发酵生产 339

本章小结 340

复习题 340

主要参考文献 340

第30章 酶制剂的发酵生产 341

30.1概述 341

30.1.1酶制剂发展概况 341

30.1.2酶制剂的生产方法 341

30.2 a-淀粉酶的发酵生产 342

30.2.1生产工艺流程 342

30.2.2发酵生产 342

30.2.3提取 343

30.3脂肪酶的发酵生产 343

30.3.1菌种 343

30.3.2发酵生产 343

30.3.3提取 344

30.4蛋白酶的发酵生产 344

30.4.1菌种 344

30.4.2发酵生产 344

30.4.3提取 345

30.5纤维素酶的发酵生产 345

30.5.1菌种 346

30.5.2发酵与提取 346

本章小结 346

复习题 347

主要参考文献 347

第31章 甾体类化合物的微生物转化工艺0 348

31.1微生物转化的反应类型 349

31.1.1氧化反应 349

31.1.2还原反应 350

31.1.3水解反应 350

31.2微生物转化工艺 351

31.2.1生产工艺流程 351

31.2.2转化反应工艺控制 351

31.3犁头霉菌的11β-羟化反应工艺 352

31.3.1反应原理 352

31.3.2工艺过程 352

本章小结 353

复习题 354

主要参考文献 354

第32章 有机酸类产品的发酵生产 355

32.1概述 355

32.2柠檬酸的发酵生产 356

32.2.1柠檬酸发酵菌种 356

32.2.2柠檬酸的合成途径 356

32.2.3柠檬酸的生产工艺 357

32.3乳酸的发酵生产 358

32.3.1乳酸发酵菌种 359

32.3.2乳酸的合成途径 360

32.3.3乳酸的生产工艺 360

32.4其他有机酸的发酵生产 361

32.4.1苹果酸发酵生产 361

32.4.2丙酮酸发酵生产 361

32.4.3琥珀酸发酵生产 361

32.4.4曲酸发酵生产 362

32.4.5丙酸发酵生产 362

本章小结 363

复习题 363

主要参考文献 363

第33章 醇酮类产品的发酵生产 364

33.1甘油的发酵生产 364

33.1.1发酵法生产甘油的工艺 364

33.1.2甘油的提取 365

33.2丙酮丁醇的发酵生产 365

33.2.1菌种 365

33.2.2发酵工艺 365

33.3乙醇的发酵生产 366

33.3.1概述 366

33.3.2乙醇的发酵工艺 367

33.3.3乙醇蒸馏与精馏 369

本章小结 369

复习题 369

主要参考文献 369