上篇 微生物工程总论 3
第1章 绪论 3
1.1 微生物工程的定义和形成 3
目录 3
1.1.1 微生物学是微生物工程的基础 4
1.1.2 工程学是微生物工程的发展武器 5
1.1.3 微生物工程学是一门边缘学科 5
1.2 微生物工程简史 6
1.2.1 微生物工程的孕育时期 6
1.2.3 微生物工程的现代时期 7
1.2.2 微生物工程发展时期 7
1.3 当前微生物工业面临的问题 8
1.3.1 菌种问题 8
1.3.2 合适的反应器 9
1.3.3 基质的选择 9
1.3.4 微生物工业产品的分类 9
1.4 我国微生物工程产业化现状及前景 10
1.4.1 微生物工程产业化的重要环节 10
1.4.2 我国微生物工程产业的布局 11
1.4.3 我国微生物工程产业的成果 11
1.4.4 我国微生物产业化的发展前景 13
思考题 14
第2章 微生物学概论 15
2.1 微生物的作用 15
2.1.1 自然界中的微生物 15
2.1.2 微生物在自然界中的作用 17
2.1.3 微生物在自然界物质循环中的作用 20
2.1.4 微生物资源的开发利用和保护 23
2.2 微生物的形态结构和分类 24
2.2.1 原核微生物的形态结构 25
2.2.2 真核微生物的形态结构 39
2.2.3 非细胞型微生物的形态结构 48
2.2.4 微生物的分类 57
2.3 培养基和发酵基质 60
2.3.1 培养基的种类 60
2.3.2 培养基的设计和制备 61
2.3.3 发酵培养基的组成和发酵基质 62
2.3.4 基因工程菌的发酵培养基 71
2.4 微生物的生长 72
2.4.1 微生物的生长方式 73
2.4.2 微生物生长的测定 75
2.4.3 微生物的生长效率 79
2.4.4 微生物的群体生长规律 81
2.4.5 环境条件对微生物生长的影响 84
2.4.6 有害微生物生长的控制 88
思考题 93
第3章 微生物的代谢调节与代谢工程 95
3.1 微生物代谢与代谢调节 95
3.1.1 微生物代谢 95
3.1.2 微生物代谢调节 96
3.2.1 初级代谢与初级代谢产物 108
3.2.2 反馈调节 108
3.2 微生物初级代谢与调节 108
3.2.3 产能代谢的能荷调节 110
3.2.4 核糖核蛋白体合成的调节 111
3.3 微生物次级代谢与调节 114
3.3.1 次级代谢与次级代谢产物 114
3.3.2 次级代谢产物的诱导调节 119
3.3.3 次级代谢产物的反馈调节 121
3.3.4 分解代谢物的调节 122
3.3.5 磷酸盐的调节 124
3.3.6 初级代谢产物的调节 125
3.4 微生物初级代谢与次级代谢的关系 126
3.3.7 产生菌生长速率的调节 126
3.5 代谢工程 128
3.5.1 代谢工程概述 128
3.5.2 代谢工程的研究对象 130
3.5.3 代谢工程的研究内容 135
3.5.4 代谢工程的应用 141
思考题 144
第4章 微生物菌种分离筛选与育种 145
4.1 野生菌株的分离、筛选 145
4.1.1 含微生物样品的采集 145
4.1.2 含微生物样品的富集培养 148
4.1.3 微生物的分离 149
4.1.4 微生物筛选和目的产物的鉴别 154
4.2 微生物诱变育种 155
4.2.1 诱变育种方法 156
4.2.2 变株的分离与筛选 160
4.3 微生物原生质体融合育种 169
4.3.1 原生质体融合原理和程序 169
4.3.2 原生质体融合中亲本、培养基和遗传标记的选择 170
4.3.3 原生质体制备与再生 172
4.3.4 融合体和重组体的检出 181
4.4.1 菌种保藏方法 184
4.4 微生物菌种保藏 184
4.4.2 菌种保藏注意事项 189
思考题 190
第5章 基因工程菌的构建 191
5.1 基因工程菌研究概述 191
5.1.1 基因工程在微生物工程中的应用 191
5.1.2 工程菌构建的基本原理与过程 193
5.2 基因工程菌构建中常用的载体系统与工具酶 193
5.2.1 载体系统 193
5.2.2 基因工程常用的酶 201
5.3.1 DNA的制备 205
5.3 工程菌构建的主要步骤 205
5.3.2 目的基因的分离 207
5.3.3 DNA的重组 208
5.3.4 重组体DNA的转化 208
5.3.5 重组质粒的细菌菌落的鉴定 210
5.3.6 目的基因的表达 211
思考题 213
第6章 微生物发酵过程及控制 214
6.1 微生物发酵过程与发酵动力学概述 214
6.1.1 分批发酵 215
6.1.2 补料分批发酵 227
6.1.3 半连续发酵 231
6.1.4 连续发酵 231
6.1.5 细胞高密度培养 237
6.2 微生物发酵过程控制 240
6.2.1 发酵工程参数检测 241
6.2.2 代谢过程模型 242
6.2.3 发酵过程PID控制 247
6.2.4 发酵过程推理控制 251
6.2.5 发酵过程自适应控制 253
6.2.6 发酵过程优化控制 259
6.3 微生物发酵过程溶解氧的传递 268
6.3.1 微生物需氧及供氧的关系 269
6.3.2 氧传递途径和传质阻力 273
6.3.3 影响氧传递速率的因素及控制 276
6.3.4 溶解氧及KLa的测定 286
6.4 微生物发酵过程的中间控制 292
6.4.1 温度的控制 293
6.4.2 pH值的控制 295
6.4.3 补料的控制 300
6.4.4 泡沫的控制 303
6.4.5 发酵终点的判断 308
6.5 发酵过程中的染菌与噬菌体的防治 310
6.5.1 染菌对发酵的影响 310
6.5.2 杂菌污染的原因分析 311
6.5.3 杂菌污染的途径和防治 312
6.5.4 染菌的检查和判断 314
6.5.5 杂菌污染的挽救与处理 315
6.5.6 噬菌体污染的防治 315
思考题 317
7.1.1 抗生素的定义、命名与应用 321
7.1 抗生素概述 321
第7章 抗生素发酵工程 321
中篇 微生物工程各论 321
7.1.2 抗生素分类 324
7.2 抗生素产生菌 327
7.2.1 放线菌 327
7.2.2 细菌 328
7.2.3 真菌 328
7.3 抗生素的生物合成 329
7.3.1 抗生素产生菌的主要代谢调节 330
7.3.2 主要抗生素的生物合成机制和代谢调节 333
7.4.1 β-内酰胺类抗生素——青霉素 340
7.4 主要抗生素发酵工艺 340
7.4.2 氨基糖苷类抗生素——庆大霉素 343
7.4.3 四环素类抗生素——金霉素和四环素 347
7.4.4 大环内酯类抗生素——红霉素 350
7.4.5 多肽类抗生素——多黏菌素E 351
7.4.6 抗肿瘤抗生素——阿霉素 352
7.4.7 抗真菌抗生素——灰黄霉素 354
7.4.8 农用抗生素——井冈霉素 356
7.5 半合成抗生素及其生产方法 357
7.5.1 半合成抗生素概述 357
7.5.2 半合成抗生素侧链 359
7.5.3 氨苄青霉素的生产方法 362
7.5.4 半合成头孢菌素的生产方法 364
思考题 367
第8章 氨基酸发酵工程 368
8.1 氨基酸概况 368
8.1.1 氨基酸的用途 368
8.1.2 氨基酸生产方法概论 371
8.1.3 氨基酸的工业现状和动态 372
8.1.4 氨基酸工业发展趋势 373
8.2.1 氨基酸代谢控制发酵基本策略 374
8.2 氨基酸发酵机制和代谢控制 374
8.2.2 谷氨酸发酵机制 377
8.2.3 天冬氨酸族氨基酸发酵机制 380
8.2.4 芳香族氨基酸发酵机制 387
8.2.5 分支链氨基酸发酵机制 390
8.2.6 精氨酸发酵机制 392
8.3 细胞工程和遗传工程在氨基酸育种中的应用 393
8.3.1 细胞工程育种技术的应用 394
8.3.2 遗传工程育种技术的应用 394
8.4.1 原材料的处理与培养基的制备 395
8.4 氨基酸发酵生产工艺 395
8.4.2 菌种的扩大培养和种子的质量要求 398
8.4.3 发酵条件的控制 399
8.4.4 发酵产品的提取与精制 401
8.5 谷氨酸生产工艺 401
8.5.1 原料处理与培养基配制 402
8.5.2 种子制备与扩大培养 402
8.5.3 发酵生产的工艺条件与控制 403
8.5.4 谷氨酸的提取和味精制造 404
8.6 赖氨酸生产工艺 406
8.6.1 培养基的配制 406
8.6.2 种子制备与扩大培养 407
8.6.3 发酵生产的工艺条件与控制 408
8.6.4 赖氨酸提取和精制 408
思考题 409
第9章 酶制剂发酵工程 410
9.1 酶制剂概述 410
9.1.1 酶制剂分类 411
9.1.2 酶制剂生产菌 412
9.1.3 酶制剂应用 416
9.1.4 我国酶制剂工业 418
9.2.1 蛋白酶发酵工艺 421
9.2 主要酶制剂发酵工艺 421
9.2.2 淀粉酶发酵工艺 427
9.2.3 脂肪酶发酵工艺 429
9.2.4 纤维素酶发酵工艺 430
9.2.5 植酸酶发酵工艺 431
思考题 435
第10章 有机酸发酵工程 436
10.1 有机酸发酵概述 436
10.1.1 有机酸的应用 436
10.1.2 有机酸产生菌 437
10.2.1 柠檬酸 438
10.2 主要有机酸发酵工艺 438
10.2.2 L-苹果酸（羟基丁二酸） 443
10.2.3 乳酸 446
10.2.4 衣康酸（甲叉丁二酸） 449
思考题 451
第11章 核酸类物质发酵工程 452
11.1 核酸类物质概述 452
11.1.1 核苷酸的生物合成及其代谢调节 453
11.1.2 核酸类物质产生菌 457
11.1.3 我国核酸类物质工业概况与前景 457
11.2.1 肌苷发酵 458
11.2 核酸类物质发酵工艺 458
11.2.2 三磷酸腺苷发酵 460
11.2.3 鸟苷酸发酵 461
思考题 461
第12章 有机溶剂发酵工程 462
12.1 有机溶剂概述 462
12.1.1 有机溶剂的发酵机制 462
12.1.2 有机溶剂产生菌 466
12.1.3 我国有机溶剂工业 467
12.2.1 酒精发酵工艺 469
12.2 主要有机溶剂发酵工艺 469
12.2.2 丙酮丁醇发酵工艺 471
12.2.3 甘油发酵工艺 472
思考题 473
第13章 酿造酒发酵工程 474
13.1 酿造酒概述 474
13.1.1 酿造酒类型 474
13.1.2 酿造酒主要微生物 477
13.1.3 我国酿造酒工业 478
13.2.1 啤酒发酵工艺 479
13.2 主要酿造酒发酵 479
13.2.2 葡萄酒发酵工艺 487
13.2.3 黄酒发酵工艺 493
思考题 496
第14章 环保产业发酵工程 497
14.1 微生物环保产业概述 497
14.1.1 环保中主要的微生物 498
14.1.2 降解有害有毒污物的特殊微生物 499
14.1.3 微生物有效活菌剂的应用 501
14.2 环境保护中的微生物技术 501
14.2.1 废水好氧微生物处理工程 502
14.2.2 废水厌氧微生物处理工程 512
14.2.3 废水微生物脱氮降磷工程 515
14.2.4 水产养殖池水质净化微生物处理 519
思考题 521
下篇 微生物下游工程 525
第15章 微生物下游工程概论 525
15.1 微生物下游工程的特点和重要性 525
15.1.1 微生物下游工程的主要特点 525
15.2.2 微生物下游工程的主要单元操作 526
15.2.1 微生物下游工程的一般流程 526
15.2 微生物下游工程的主要过程 526
15.1.2 微生物下游工程的重要性 526
15.3 微生物下游工程的现状与发展 529
15.3.1 微生物下游工程的现状 529
15.3.2 发展微生物下游工程必须注意的几个问题 530
思考题 532
第16章 发酵液预处理和固液分离工艺 533
16.1 发酵液预处理 533
16.1.1 发酵产物分类 534
16.1.2 发酵液基本特性 534
16.1.3 发酵液预处理工艺 535
16.2.1 细胞的破碎 540
16.2 固液分离工艺 540
16.2.2 发酵液的粗过滤 545
16.2.3 发酵液的离心分离 551
思考题 553
第17章 膜分离工艺 554
17.1 膜分离概述 554
17.1.1 膜分离过程的特点和分类 554
17.1.2 膜 555
17.2 膜分离的主要过程及其应用 561
17.2.1 膜分离的主要过程 561
17.2.2 膜分离技术在微生物工程中的应用 566
思考题 570
第18章 离子交换工艺 571
18.1 离子交换概述 571
18.1.1 离子交换原理 571
18.1.2 离子交换剂结构和分类 572
18.1.3 离子交换树脂选择 573
18.2 离子交换工作原理 573
18.2.1 离子交换操作方式 574
18.2.2 影响离子交换速度的主要因素 575
思考题 576
19.1.1 凝胶层析原理 577
第19章 凝胶层析工艺 577
19.1 凝胶层析概述 577
19.1.2 凝胶类型 579
19.1.3 凝胶层析应用 584
19.2 凝胶层析工艺过程 585
19.2.1 凝胶柱的制备 585
19.2.2 凝胶层析过程 586
19.2.3 影响凝胶层析的主要因素 588
19.2.4 凝胶的再生和干燥 588
思考题 589
20.1.1 溶剂萃取原理 590
第20章 溶剂萃取工艺 590
20.1 溶剂萃取概述 590
20.1.2 溶剂萃取应用 593
20.2 溶剂萃取工艺过程 595
20.2.1 溶剂萃取方式 595
20.2.2 影响溶剂萃取的主要因素 598
思考题 599
第21章 结晶工艺 600
21.1 结晶概述 600
21.1.1 基本概念 600
21.1.2 过饱和溶液的形成 601
21.1.3 结晶机制与动力学 603
21.2 结晶工艺 605
21.2.1 结晶方法与设备 605
21.2.2 结晶过程计算 608
21.2.3 结晶工艺的应用与进展 609
思考题 611
第22章 干燥工艺 612
22.1 干燥概论 612
22.1.1 湿气体的热力学性质 613
22.1.2 湿物料的基本概念 614
22.1.3 干燥速率及过程计算 617
22.2 主要干燥过程及设备 621
22.2.1 气流干燥 622
22.2.2 喷雾干燥 623
22.2.3 沸腾干燥 624
22.2.4 冷冻干燥 625
22.2.5 其他干燥方法 628
22.2.6 干燥的节能及应用 629
思考题 630
参考文献 631
英文专业名词索引 637