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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 pH78

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 pH227

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0348

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