绪论 1
一、微生物工程的特征 1
二、微生物工程发展史 2
三、微生物工业的范围 4
四、国内外微生物工业概况及其发展趋势 4
五、“微生物工程工艺原理”课程的任务与内容 5
第一篇 微生物工业菌种与培养基 7
第一章 菌种与种子扩大培养 7
第一节 微生物工业用菌种 7
一、微生物工业对菌种的要求 7
二、工业上常用的微生物 7
三、菌种保藏 9
四、菌种选育 11
五、防止菌种退化的措施 11
第二节 种子扩大培养 12
一、种子扩大培养的任务 12
二、工业微生物的培养类型 12
三、影响种子质量的主要因素 14
第二章 培养基的制备与灭菌 18
第一节 培养基的原材料 18
一、培养基的营养成分 18
二、培养基的类型 19
三、培养基的选择 19
四、原料转换及意义 20
第二节 淀粉水解糖的制备 21
一、淀粉水解糖的制备方法 21
二、淀粉酸水解的理论基础 23
第三节 糖蜜的前处理 31
一、糖蜜的来源与特点 31
二、糖蜜前处理的方法 31
三、谷氨酸发酵的糖蜜预处理 32
第四节 纤维素代粮发酵 34
一、纤维素的结构 34
二、纤维素的化学反应特点 35
三、纤维素的酶反应特点 35
第五节 前体物质与促进剂 35
一、生物合成的前体物质 35
二、发酵过程中的促进剂和抑制剂 37
第六节 培养基灭菌 38
一、灭菌与消毒在发酵工业中的应用 38
二、灭菌方法 38
三、加热灭菌原理 42
四、影响培养基灭菌的其他因素 46
五、培养基灭菌时间的计算 47
六、分批灭菌和连续灭菌的比较 49
七、培养基灭菌条件 49
第二篇 微生物发酵机制 51
第三章 糖嫌气性发酵产物积累机制 51
第一节 糖酵解途径的特点及调节机制 51
一、糖酵解途径的特点 51
二、糖酵解的调节机制 54
第二节 酒精发酵机制 55
一、乙醇生成机制 55
二、巴斯德效应 55
三、酒精发酵副产物的生成 56
第三节 甘油的合成机制 58
第四节 乳酸发酵机制 60
一、同型乳酸发酵 60
二、异型乳酸发酵 61
第四章 柠檬酸发酵机制 63
一、柠檬酸生物合成途径 63
二、柠檬酸生物合成的代谢调节 64
三、乙醛酸循环和醋酸发酵柠檬酸 69
第五章 氨基酸发酵机制 70
第一节 氨基酸发酵的代谢调控 70
第二节 谷氨酸发酵机制 74
一、谷氨酸生物合成途径及调节机制 74
二、细胞膜通透性控制 78
三、菌种选育模型 80
第三节 赖氨酸发酵机制 83
一、赖氨酸生物合成途径 83
二、细菌中赖氨酸生物合成的调节机制 84
三、酵母和霉菌的赖氨酸生物合成途径和调节机制 86
四、赖氨酸产生菌的育种途径 88
第四节 色氨酸发酵机制 95
一、色氨酸生物合成途径 95
二、色氨酸生物合成的调节机制 95
三、色氨酸产生菌的育种途径 98
第五节 亮氨酸发酵机制 99
一、亮氨酸生物合成途径 99
二、亮氨酸生物合成的调节机制 100
三、亮氨酸高产菌株的育种途径 100
第六节 精氨酸发酵机制 101
一、精氨酸生物合成途径 101
二、精氨酸生物合成的调节机制 101
三、精氨酸产生菌的育种途径 102
第六章 核酸类物质的发酵机制 104
第一节 核苷酸的生物合成途径 104
一、嘌呤核苷酸的全合成途径 104
二、嘌呤核苷酸生物合成系的突变株 107
三、嘧啶核苷酸的全合成途径 108
四、核苷酸生物合成的补救途径 108
第二节 嘌呤核苷酸生物合成的代谢调节机制及育种途径 109
一、嘌呤核苷酸生物合成的调节机制 110
二、细胞膜通透性调节 111
三、嘌呤核苷及核苷酸产生菌的育种途径 113
第三节 嘧啶核苷酸生物合成的调节机制 117
第七章 抗生素的发酵机制 119
第一节 抗生素的生物合成 119
一、微生物的次级代谢与初级代谢的关系 119
二、抗生素的生物合成类型 121
三、几种抗生素的生物合成 122
第二节 抗生素生物合成的调节机制 128
一、细胞生长期到抗生素产生期的过渡 128
二、酶的诱导作用 129
三、分解代谢产物的调节控制 129
四、磷酸盐的调节 131
五、NH+4的抑制作用 132
六、初级代谢调节对次级代谢的作用 132
七、次级代谢的反馈抑制 134
八、次级代谢的能荷调节 134
第三篇 发酵工艺过程控制 135
第八章 发酵动力学 135
第一节 微生物生长代谢过程中的质量平衡 135
一、微生物生长代谢过程中的碳平衡 135
二、微生物生长代谢过程中的ATP循环与氧平衡 139
三、微生物生长代谢过程中的氮平衡 143
四、物料平衡的应用 144
第二节 微生物发酵动力学 144
一、分批培养 144
二、补料分批培养 149
三、连续培养 151
第三节 微生物生长代谢过程数学模型的建立 156
一、连续培养时微生物生长的数学模型 156
二、分批培养时微生物生长的数学模型 158
三、谷氨酸发酵的数学模型 160
四、数学模型与优化控制 163
第九章 发酵供氧理论与控制 164
第一节 微生物需氧和溶解氧的控制 164
一、供氧与微生物呼吸及代谢产物的关系 164
二、微生物的临界氧浓度 165
三、发酵过程溶解氧的变化 166
四、溶解氧控制的意义 167
五、供氧与高密度培养酵母 168
第二节 传质理论 169
一、氧的传递途径与传质阻力 169
二、气体溶解过程的双膜理论 171
三、氧传质方程式 172
第三节 影响氧传递速率的主要因素 173
一、搅拌 173
二、空气线速度 175
三、空气分布管 176
四、氧的分压 176
五、发酵罐内液柱高度 176
六、发酵罐体积 177
七、发酵液的物理性质 177
第四节 溶氧系数的测定 177
一、亚硫酸盐氧化法 178
二、取样极谱法 178
三、排气法 179
四、复膜电极测定KLα和氧分析仪测定KGα 179
五、溶氧系数的换算 180
第五节 溶解氧的测量和控制 181
一、溶解氧连续检测的意义 181
二、溶解氧连续测定在发酵控制上的应用 181
第六节 空气除菌 183
一、空气中的微生物 183
二、空气除菌的方法 183
三、介质过滤除菌 185
四、空气过滤器 189
五、空气预处理流程 192
第十章 发酵过程控制 194
第一节 温度控制 195
一、发酵热 195
二、发酵热的测定及计算 197
三、温度对微生物生长的影响 199
四、温度对发酵的影响 200
五、最适温度的控制 200
第二节pH值的控制 201
一、pH值对菌体生长和代谢产物合成的影响 201
二、影响pH值变化的因素 202
三、发酵过程pH值的调节及控制 202
第三节 泡沫的控制 204
一、泡沫的性质 204
二、发酵过程泡沫的变化 205
三、化学消泡 205
四、机械消泡 206
第四节 补料的控制 210
一、FBC的作用 210
二、补料的内容 211
三、补料的原则 211
四、补糖的控制 212
五、补充氮源及无机盐 213
第五节 菌体浓度与基质对发酵的影响 213
一、菌体浓度对发酵的影响 213
二、基质对发酵的影响及其控制 214
第六节 二氧化碳和呼吸商 216
一、CO2对菌体生长和产物合成的影响 216
二、排气中CO2浓度与发酵的关系 217
三、呼吸商与发酵的关系 217
四、CO2浓度的控制 218
第七节 微生物发酵终点的判断 218
一、经济因素 218
二、产品质量因素 218
三、特殊因素 219
第十一章 工业发酵染菌的防治 220
第一节 工业发酵染菌的危害 220
一、染菌对各种发酵的影响 220
二、不同染菌对发酵的影响 220
三、不同染菌时期对发酵的影响 221
四、染菌程度对发酵的影响 221
五、染菌对产物提取和产品质量的影响 222
第二节 染菌的检查、分析和防治 222
一、种子培养和发酵的异常现象 222
二、染菌的检查与判断 223
三、发酵染菌率和染菌原因分析 225
四、染菌途径及预防 227
五、染菌的拯救与处理 231
第四篇 发酵产物的提取与精制 232
第十二章 发酵产物的提取与精制概论 232
第一节 发酵产物的提取与精制概述 232
一、发酵产物的分类 232
二、发酵产物提取与精制的过程 233
三、发酵产物提取与精制的程序 233
第二节 发酵醪的预处理 234
一、发酵醪的一般特征 234
二、发酵醪预处理的要求 235
三、菌体的分离 236
四、不过滤提取 243
五、细胞破碎 243
第十三章 发酵产物的提取与精制技术 250
第一节 萃取 250
一、溶媒萃取法的基本原理 250
二、常用溶媒萃取的工艺 251
三、影响溶媒萃取的主要因素 254
四、溶媒的回收 257
五、新颖的萃取技术 258
第二节 吸附 263
一、吸附的目的及原理 263
二、吸附平衡 264
三、吸附剂的种类 265
四、吸附脱色 266
五、吸附操作工艺 267
第三节 离子交换法 272
一、离子交换原理 272
二、离子交换平衡 275
三、离子交换剂的结构 276
四、离子交换剂的分类 279
五、离子交换树脂的理化性能 282
六、离子交换树脂的选择性 284
七、影响离子交换速度的主要因素 285
八、离子交换操作方式 286
九、离子交换法提取谷氨酸 287
第四节 膜分离法 290
一、膜分离法的分类及原理 290
二、膜的种类及特性 293
三、膜分离设备 297
四、操作特性 299
五、影响膜分离速度的因素 302
六、膜分离法在发酵工业中的应用 303
七、电渗析分离法 309
八、膜的污染与清洗 312
九、膜生物反应器 313
第五节 层析法 315
一、各种层析法的基本原理及特点 315
二、凝胶层析法的基本原理 320
三、凝胶层析法常用凝胶 321
四、凝胶柱的制备及操作技术 324
五、影响凝胶层析的因素 326
六、防止微生物污染凝胶的方法 328
七、凝胶的再生和干燥 328
八、凝胶层析法在工业发酵中的应用 329
第六节 浓缩 330
一、蒸发浓缩法 330
二、冰冻浓缩法 335
三、吸收浓缩法 335
四、超滤浓缩法 336
第七节 沉淀法 337
一、沉淀法概述 337
二、等电点法 338
三、盐析法 340
四、有机溶剂沉淀法 342
五、热沉淀 344
六、其他沉淀法 344
第八节 结晶 345
一、结晶生成的原理 345
二、影响结晶生成的因素 346
三、重结晶 349
四、结晶器 350
五、工业发酵中常用的结晶方法 352
第九节 干燥 353
一、干燥原理 353
二、常用的干燥方法及干燥过程 354
三、影响干燥速度的因素 354
四、工业发酵中常用的干燥过程 355
第十节 蒸馏 365
一、蒸馏原理 365
二、蒸馏方法的分类 366
三、蒸馏流程选择的依据 366
四、工业发酵中的各种蒸馏 367
第五篇 微生物工程相关的技术与经济学 370
第十四章 固定化技术 370
第一节 固定化酶 370
一、制备固定化酶的依据 370
二、固定化酶的性质 370
三、固定化酶在发酵工业中的应用 371
第二节 固定化细胞 372
一、制备固定化细胞的依据 372
二、固定化细胞的性质 373
三、固定化细胞在发酵工业中的应用 373
第三节 固定化活细胞 374
一、固定化活细胞的优点 374
二、固定化活细胞的制备 375
三、固定化活细胞的应用 377
第四节 共固定化技术 380
一、共固定化的类型 380
二、共固定化特性及其应用 381
第十五章 废水的生物处理法 382
第一节 概述 382
第二节 活性污泥法 383
一、活性污泥法的作用原理 383
二、活性污泥中的微生物 384
三、活性污泥法的工艺流程 384
四、活性污泥的培养与驯化 385
第三节 生物滤池法 386
一、净化机理及特点 387
二、生物滤池法的处理方式 388
三、生物滤池的构造 389
第四节 氧化塘法 390
一、氧化塘的特征 390
二、好氧塘和兼性塘 391
三、厌氧塘 392
第五节 厌氧生物处理法 393
一、基本原理 393
二、厌氧生物处理过程及其特征 394
三、厌氧消化微生物 395
四、新型厌氧生物反应器 396
第十六章 发酵经济学 399
第一节 发酵经济学概述 399
一、经济学基本概念 399
二、发酵经济学概述 402
第二节 市场、产品与成本 403
一、了解市场需求 403
二、开发新产品 404
三、产品成本 404
第三节 产品成本的控制 404
一、选育优良菌株 404
二、培养基成本分析 405
三、无菌空气与通气搅拌 407
四、能耗费用 408
五、培养方式 408
六、产物提取成本 409
七、工厂（车间）规模 410
八、市场经济信息分析 411
第四节 成本平衡 411
一、自动化程度与产品成本的平衡 411
二、规模经济与产品成本的平衡 412
三、产品质量与生产成本的平衡 413
参考文献 415