1 绪论 1
1.1 现代微生物发酵的研究内容和特点 1
1.1.1 发酵及发酵微生物 1
1.1.2 现代微生物发酵工程研究的内容 2
1.1.3 微生物发酵的特点 2
1.1.4 微生物发酵工程在生物技术产业中的地位 2
1.2 微生物发酵工程的发展简史 3
1.2.1 天然发酵阶段 4
1.2.2 纯培养技术的建立 4
1.2.3 深层培养（通气搅拌）技术的建立 5
1.2.4 代谢控制发酵技术的建立 5
1.2.5 发酵原料的改变 5
1.2.6 基因工程引入发酵 5
1.3 现代微生物发酵工程的应用 6
1.3.1 营养丰富的发酵食品日益增多 6
1.3.2 医药和保健食品蓬勃发展 6
1.3.3 减缓资源、能源危机 7
1.3.4 深入广泛地改善环境 7
复习和思考题 8
2 微生物的菌种选育和保藏 9
2.1 微生物发酵的关键因素——菌种 9
2.1.1 现代发酵工程中常用的微生物菌种及其代谢产物 9
2.1.2 发酵工业对微生物菌种的要求 12
2.1.3 从自然界选种 12
2.1.4 从生产中选种 17
2.2 微生物选育种 17
2.2.1 诱变育种 18
2.2.2 变异菌的筛选方案 24
2.3 杂交育种 28
2.3.1 细菌的杂交育种 28
2.3.2 真菌的杂交育种 30
2.4 原生质体融合育种 32
2.4.1 亲株的选择 32
2.4.2 原生质体制备 33
2.4.3 原生质体再生 33
2.4.4 原生质体融合 34
2.4.5 融合子的检出与鉴定 34
2.4.6 原生质体再生率和融合率计算 35
2.4.7 原生质体电融合技术 35
2.5 菌种退化、复壮和保藏 35
2.5.1 菌种的退化现象与复壮 36
2.5.2 菌种的保藏 37
2.5.3 国内外主要的菌种保藏机构 40
复习和思考题 40
3 微生物发酵的代谢调节与控制 41
3.1 糖、醇、有机酸发酵的代谢调控 41
3.1.1 葡萄糖的分解代谢 41
3.1.2 厌氧发酵机制 47
3.1.3 好氧发酵机制 50
3.1.4 糖分解代谢中的调节 53
3.2 氨基酸发酵的代谢调控 56
3.2.1 氨基酸的生物合成 56
3.2.2 氨基酸发酵机制 60
3.3 抗生素发酵的代谢调控 63
3.3.1 次级代谢产物生物合成的主要途径 64
3.3.2 抗生素发酵调控机制 65
3.3.3 抗生素生物合成途径的遗传控制 69
复习和思考题 70
4 微生物发酵工程概述 71
4.1 微生物发酵类型 71
4.1.1 按微生物对氧的要求分类 71
4.1.2 按微生物发酵采用的培养基状态分类 71
4.1.3 发酵的一般工艺过程 72
4.2 原料的选择及处理 73
4.2.1 选择合适的原料 73
4.2.2 淀粉水解糖的制备 73
4.2.3 糖蜜预处理 78
4.3 灭菌与空气净化工程 79
4.3.1 培养基湿热灭菌方法及设备 79
4.3.2 空气净化及设备 82
4.4 微生物发酵（反应）动力学 85
4.4.1 微生物发酵（反应）动力学数学模型建立的原则 85
4.4.2 微生物发酵（反应）动力学数学模型 86
4.5 菌种的培养 91
4.5.1 菌种扩大培养 91
4.5.2 发酵阶段的条件控制 92
4.6 发酵过程的分析检验 96
4.6.1 生物学检验 97
4.6.2 生化检验 97
4.6.3 杂菌和噬菌体的污染、防治与挽救 98
4.7 发酵培养方法 100
4.7.1 分批发酵 101
4.7.2 连续发酵 102
4.7.3 补料分批发酵 103
4.7.4 混菌发酵 104
4.8 发酵设备 104
4.8.1 微生物发酵设备类型及发展趋势 104
4.8.2 通风固态发酵设备 105
4.8.3 通风发酵设备 106
4.8.4 厌氧发酵设备 111
4.9 计算机在发酵过程中的应用 111
复习和思考题 112
5 发酵产物的分离纯化 113
5.1 下游加工过程概述 113
5.1.1 下游加工过程的重要性 113
5.1.2 下游加工过程的特点 113
5.1.3 下游加工过程的一般流程 113
5.2 发酵液的预处理与固-液分离 114
5.2.1 发酵液的预处理 114
5.2.2 发酵液的相对纯化 115
5.2.3 固-液分离过程及设备简介 115
5.2.4 微生物细胞的破碎 117
5.3 发酵产物的初分离 119
5.3.1 沉淀法 119
5.3.2 萃取法 121
5.3.3 膜分离法 126
5.3.4 吸附法 128
5.3.5 离子交换法 129
5.4 发酵产物的纯化 131
5.4.1 液相层析法 132
5.4.2 结晶法 136
5.5 产物的干燥 138
5.5.1 喷雾干燥 138
5.5.2 气流干燥 138
5.5.3 沸腾干燥 139
5.5.4 冷冻干燥 139
复习和思考题 140
6 固定化酶及细胞 141
6.1 固定化酶的制备 141
6.1.1 固定化酶的定义 141
6.1.2 载体的选择 141
6.1.3 固定化酶的制备方法 142
6.1.4 固定化酶反应器 145
6.2 固定化细胞的制备 146
6.2.1 固定化细胞的制备方法 146
6.2.2 固定化细胞的类型及生理状态 148
6.2.3 固定化细胞的特性 148
6.2.4 固定化细胞的优缺点 150
6.2.5 固定化酶和细胞的应用 150
复习和思考题 152
7 基因工程与微生物工程菌的构建 153
7.1 基因工程菌的构建简介 153
7.1.1 基因工程的概述 153
7.1.2 目的基因的获取 153
7.1.3 表达载体的构建与筛选 155
7.1.4 基因重组 157
7.1.5 原核细胞的转化、重组体的筛选与鉴定 158
7.2 基因工程菌的不稳定性及其对策 160
7.2.1 质粒的不稳定性 160
7.2.2 提高质粒稳定性的方法 160
7.2.3 重组工程菌的培养 161
7.3 高密度培养 165
7.3.1 高密度培养的定义 165
7.3.2 影响高密度培养的因素 165
7.3.3 如何达到高密度培养 167
7.4 基因工程在生产生物小分子中的应用 169
7.4.1 生产维生素 169
7.4.2 生产氨基酸 169
7.4.3 生产抗生素 171
7.5 基因工程在生产生物大分子中的应用 174
7.5.1 生产黄原胶 174
7.5.2 生产合成橡胶 175
7.5.3 生产生物可降解塑料 176
复习和思考题 177
8 氨基酸发酵 178
8.1 概述 178
8.1.1 氨基酸生产方法 178
8.1.2 氨基酸的应用 178
8.2 氨基酸发酵菌种选育及发酵调控 179
8.2.1 用于氨基酸发酵的微生物 179
8.2.2 氨基酸产生菌的选育 180
8.2.3 氨基酸发酵调控 183
8.2.4 氨基酸的提取和精制 185
8.3 谷氨酸发酵 185
8.3.1 谷氨酸生产概述 185
8.3.2 谷氨酸发酵的微生物 185
8.3.3 糖质原料谷氨酸发酵 187
8.3.4 谷氨酸的提取和精制（味精制造） 193
8.4 赖氨酸发酵 196
8.4.1 赖氨酸生产概述 196
8.4.2 赖氨酸发酵的微生物 199
8.4.3 糖质原料赖氨酸发酵 200
8.4.4 赖氨酸的提取和精制 203
复习和思考题 204
9 核苷、核苷酸类物质发酵 206
9.1 概述 206
9.2 核苷酸类物质产生菌的分离和选育 207
9.2.1 核苷酸类物质产生菌的分离 207
9.2.2 核苷酸类物质产生菌的选育 207
9.2.3 利用基因工程技术构建核苷、核苷酸工程菌株 208
9.3 发酵法生产核苷、核苷酸 208
9.3.1 肌苷及肌苷酸发酵 208
9.3.2 鸟苷及鸟苷酸发酵 215
9.3.3 腺苷、腺苷酸和其他核苷酸类似物发酵 219
复习和思考题 220
10 有机酸发酵 221
10.1 概述 221
10.2 柠檬酸发酵 221
10.2.1 柠檬酸发酵的微生物 222
10.2.2 柠檬酸发酵工艺及控制条件 223
10.2.3 柠檬酸的提取和精制 224
10.3 乳酸发酵 227
10.3.1 乳酸发酵的微生物 228
10.3.2 乳酸发酵机制、工艺及控制条件 229
10.3.3 乳酸的提取和精制 235
10.4 苹果酸发酵 237
10.4.1 苹果酸发酵的微生物 238
10.4.2 苹果酸发酵工艺及控制条件 238
10.4.3 苹果酸的提取和精制 240
10.5 曲酸发酵 241
10.5.1 曲酸发酵的微生物 242
10.5.2 曲酸发酵工艺及控制条件 242
10.5.3 曲酸的提取 243
复习和思考题 244
11 抗生素发酵 245
11.1 概述 245
11.1.1 主要天然抗生素的微生物来源 246
11.1.2 抗生素的分类 246
11.1.3 抗生素产生菌选育 247
11.1.4 常用抗生素的生产方法 249
11.2 青霉素发酵生产 249
11.2.1 青霉素产生菌 249
11.2.2 青霉素分子结构 249
11.2.3 青霉素的作用机制、抗菌谱及稳定性 250
11.2.4 青霉素发酵工艺流程及发酵控制 251
11.2.5 青霉素提取 252
11.2.6 青霉素的精制 254
11.2.7 溶媒回收 255
11.3 半合成抗生素 255
11.3.1 半合成青霉素 256
11.3.2 头孢菌素 259
11.3.3 非典型β-内酰胺类抗生素 262
11.3.4 半合成大环内酯类抗生素 265
11.3.5 四环素类抗生素 266
11.3.6 氨基糖苷类抗生素 268
11.3.7 多黏菌素类抗生素 270
复习和思考题 271
12 生理活性物质的发酵 272
12.1 发酵法生产维生素 272
12.1.1 维生素B2（核黄素）发酵 273
12.1.2 维生素B12（钴胺素）发酵 275
12.1.3 维生素C（L-抗坏血酸）发酵 278
12.1.4 维生素A原（8-胡萝卜素）的生物合成 282
12.1.5 维生素H（生物素）的生物合成 285
12.2 辅酶类生产 285
12.2.1 辅酶A（CoA） 285
12.2.2 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD） 287
12.2.3 黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD） 288
12.3 甾体激素的微生物转化 288
12.3.1 甾体激素的分子结构和生理功能 288
12.3.2 微生物转化的特点和类型 289
12.3.3 微生物转化的生产方式 290
12.3.4 微生物转化生产甾体激素的工艺要点 290
复习和思考题 291
13 酶制剂的发酵 293
13.1 概述 293
13.1.1 微生物酶生产简史 293
13.1.2 我国酶制剂研究及待改进的问题 293
13.2 主要酶的应用 294
13.3 酶制剂的生产技术 295
13.3.1 α-淀粉酶的生产 297
13.3.2 脂肪酶的生产 298
13.3.3 蛋白酶的生产 298
13.3.4 纤维素酶的生产 299
13.4 酶的提纯与精制 302
13.4.1 细胞破碎 302
13.4.2 絮凝技术 303
13.4.3 稳定剂的添加 304
复习和思考题 304
14 安全生产与发酵工业废料的再生和净化 305
14.1 环境污染与微生物 305
14 1.1 生物安全 305
14.1.2 水质污染与微生物净化 306
14.2 发酵工业废料的再生 310
14.2.1 发酵工业废水、糟、渣的处理与利用 310
14.2.2 沼气发酵 312
14.2.3 利用藻类处理废水 316
14.2.4 利用发酵工业废水生产单细胞蛋白 318
复习和思考题 319
实验一 利用碱法分离纸浆废液中的微生物 320
实验二 化学、物理因素复合诱变育种 324
实验三 黑曲霉发酵生产柠檬酸 327
实验四 多黏菌素E发酵及管碟法测定生物效价 330
实验五 噬菌体污染的检查和鉴定 335
实验六 纤维素酶固态发酵实验 340
实验七 酵母菌单倍体原生质体融合 342
实验八 酿酒酵母细胞固定化与酒精发酵 346
实验九 工程菌大肠杆菌的高密度发酵及主要生化指标检测 350
主要参考文献 353