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第一章 绪论1

一、国内外生物技术产业的发展现状1

二、生物反应过程的特点2

三、生物工艺过程的共性4

四、微生物工业产品类型4

五、生物工艺发展简史5

六、生物工艺原理课程的内容和任务7

第二章 生物工业菌种与种子的扩大培养8

第一节 工业生产常用的微生物及要求8

一、工业生产常用的微生物8

二、微生物工业对菌种的要求9

第二节 工业微生物菌种的衰退、复壮与保藏10

一、微生物菌种的衰退10

二、菌种的复壮12

三、菌种的保藏13

一、自然选育15

第三节 工业微生物菌种的选育15

二、诱变育种的程序17

三、诱变育种方案设计18

第四节 生产菌种的改良31

一、常规的杂交育种31

二、原生质体融合33

三、DNA重组技术36

第五节 种子的扩大培养40

二、种子制备的过程41

一、种子扩大培养的任务41

三、种子培养42

四、种子质量的控制43

思考与练习题48

第三章 培养基及制备49

第一节 培养基选择和配制的原则49

一、培养基的类型和用途49

二、培养基的选择49

三、培养基的配制原则50

四、培养基成分配比的选择51

第二节 工业发酵培养基52

一、工业上常用的碳源53

二、工业上常用的氮源54

三、无机盐54

四、生长因子55

五、前体物质和促进剂57

第三节 淀粉水解糖的制备60

一、淀粉水解糖的制备方法60

二、淀粉酸水解原理61

三、淀粉酸水解工艺64

四、双酶水解法制糖66

五、水解糖液的质量要求71

第四节 糖蜜原料72

一、糖蜜原料的分类72

三、糖蜜的预处理73

三、糖蜜原料的性质和组成73

第五节 石油代粮发酵的原料74

一、石油代粮发酵的特点74

二、石油代粮发酵原料的选择75

第六节 其他原料发酵75

一、农作物纤维下脚料75

三、工厂纤维和半纤维素下脚料77

四、城市废纤维物质77

二、森林和木材加工工业的下脚料77

五、亚硫酸盐废液78

六、食品加工业下脚料78

思考与练习题78

第四章 灭菌与空气的净化79

第一节 灭菌79

一、灭菌的方法79

二、湿热灭菌的原理81

三、培养基的灭菌84

第二节 空气的净化88

四、培养基与设备、管道灭菌条件88

二、空气净化的流程89

一、空气净化的方法89

三、空气的过滤除菌原理和介质92

思考与练习题99

第五章 厌氧发酵机制100

第一节 酒精发酵机制101

一、酵母菌的酒精发酵101

二、细菌的酒精发酵104

第二节 乳酸发酵机制104

一、同型乳酸发酵104

二、异型乳酸发酵104

第三节 甘油发酵机制105

一、亚硫酸盐法甘油发酵105

第四节 丙酸丁酸发酵机制106

一、丙酸发酵106

二、碱法甘油发酵106

二、丁酸发酵107

第五节 由乙醇、乙酸生成已酸的发酵机制107

第六节 甲烷(沼气)发酵机制107

思考与练习题109

第六章 好氧发酵机制110

第一节 有机酸发酵机制110

一、柠檬酸发酵机制110

三、衣康酸发酵机制113

二、醋酸发酵机制113

四、葡萄糖酸发酵机制114

第二节 氨基酸发酵机制114

一、氨基酸发酵的代谢控制115

二、谷氨酸发酵机制118

三、鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸发酵机制119

四、天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径120

二、嘌呤核苷酸的代谢调节机制122

一、嘌呤核苷酸的生物合成途径122

第三节 核苷酸发酵机制122

三、肌苷发酵机制125

四、肌苷酸发酵机制125

第四节 抗生素发酵机制126

一、次级代谢产物及特征126

二、生物合成抗生素与初级代谢的关系126

三、抗生素生产菌的主要代谢调节机制128

四、抗生素的合成机制129

思考与练习题132

第七章 生物反应动力学133

第一节 生物反应过程动力学描述133

一、菌体生长速率133

二、基质消耗速率133

三、代谢产物的生成速率134

四、混合生长学134

一、生物反应动力学分类135

第二节 生物反应模式与发酵方法135

二、发酵方法137

第三节 微生物发酵动力学140

一、分批发酵动力学140

二、补料分批发酵动力学146

三、连续发酵动力学148

一、微生物生长代谢过程中基质与产物之间的碳元素平衡152

二、微生物生长过程中的碳源平衡152

第四节 微生物生长代谢过程中的质量平衡152

三、微生物生长代谢过程中的氮平衡154

四、微生物生长代谢过程中的氧平衡154

五、YATP与ATP平衡155

六、通风培养时氧的消耗与ATP数量之间的关系156

第五节 微生物生长代谢过程的数学模型157

一、分批培养微生物生长的数学模型157

二、连续培养微生物生长的数学模型158

三、发酵工艺最优化控制160

思考与练习题162

第八章 生物工艺过程控制163

第一节 发酵过程中的代谢变化与控制参数163

一、初级代谢的代谢变化163

二、次级代谢的代谢变化165

三、发酵过程的主要控制参数167

第二节 温度对发酵的影响及其控制168

一、温度对发酵的影响168

二、影响发酵温度变化的因素169

三、温度的控制170

第三节 pH值对发酵的影响及其控制171

一、pH值对发酵的影响171

二、发酵过程pH值的变化172

三、发酵pH值的确定和控制172

第四节 溶解氧对发酵的影响及其控制173

一、溶解氧对发酵的影响173

二、供氧与微生物呼吸代谢的关系175

三、发酵过程溶解氧的变化176

四、溶解氧浓度控制177

第五节 菌体浓度与基质对发酵的影响及其控制177

一、菌体浓度对发酵的影响及控制177

二、基质对发酵影响及其控制179

第六节 CO2和呼吸商181

一、CO2对菌体生长和产物形成的影响182

二、排气中CO2浓度与菌体量、pH值、排气氧之间的关系182

三、呼吸商与发酵的关系183

四、CO2浓度的控制183

第七节 补料的控制184

一、FBC的作用184

二、补料的方式及控制185

第八节 泡沫对发酵的影响及其控制186

一、泡沫的形成及其对发酵的影响186

二、泡沫的消除186

一、经济因素188

第九节 发酵终点的判断188

三、特殊因素189

第十节 发酵过程检测与自控189

二、产品质量因素189

一、发酵传感器191

二、发酵过程其他重要检测技术194

三、发酵过程变量的间接估计195

四、发酵过程自控198

思考与练习题203

第九章 发酵生产染菌及其防治204

第一节 染菌对发酵的影响204

一、染菌对不同发酵过程的影响204

二、染菌发生的不同时间对发酵的影响204

三、染菌程度对发酵的影响205

第二节 发酵异常现象及原因分析205

一、种子培养和发酵的异常现象205

三、发酵染菌原因分析207

二、染菌的检查和判断207

第三节 杂菌污染的途径和防治209

一、种子带菌及其防治209

二、空气带菌及其防治209

三、操作失误导致染菌及其防治210

四、设备渗漏或“死角”造成的染菌及其防治210

五、噬菌体污染及其防治212

六、杂菌污染的挽救与处理213

思考与练习题213

第十章 固定化酶与固定化细胞技术214

第一节 固定化酶214

一、固定化酶制备的方法215

二、固定化酶的性质217

三、影响固定化酶性能的因素219

第二节 辅酶和辅基的固定化219

二、辅酶的再生220

三、辅基的固定化220

一、辅酶的固定化220

第三节 细胞的固定化221

一、固定化细胞分类、形态特征和生理状态221

二、固定化细胞的制备222

三、固定化细胞的性质222

四、培养条件对质粒稳定性、菌体量及克隆基因产物的影响223

第四节 评价固定化酶生物催化剂的指标224

一、固定化酶(细胞)的活力225

二、偶联率及相对活力的测定225

三、固定化酶(细胞)的半衰期225

第五节 固定化技术的应用225

一、利用固定化微生物生产各种产物225

二、利用固定化微生物细胞(酶)制造生物传感器226

三、药物控释载体226

四、酶的结构与功能研究228

五、其他方面的应用229

思考与练习题230

第六节 共固定化技术230

第十一章 动植物细胞大规模培养231

第一节 动物细胞的培养231

一、动物细胞的形态231

二、培养基的组成232

三、培养基制备应考虑的因素234

四、细胞培养的环境要求234

五、动物细胞培养的方法235

七、细胞代谢239

六、动物细胞大规模培养的工艺239

第二节 植物细胞的培养241

一、植物细胞培养流程242

二、植物细胞培养基的组成243

三、植物细胞培养的方法244

四、植物细胞的大规模培养技术245

五、影响植物细胞培养的因素247

思考与练习题249

二、麦芽制造250

一、啤酒生产原辅料250

第十二章 生物工艺实例简介250

第一节 啤酒生产工艺250

三、麦汁制备252

四、啤酒发酵254

第二节 有机酸发酵生产工艺256

一、有机酸的来源与用途256

二、衣康酸的发酵生产工艺256

三、柠檬酸的深层发酵工艺258

第三节 氨基酸生产工艺259

一、氨基酸发酵的工艺控制260

二、谷氨酸生产工艺261

三、赖氨酸生产263

第四节 酶制剂生产工艺265

一、微生物细胞生长与产酶的关系265

二、微生物酶合成的调节与控制266

三、微生物酶的生产条件267

四、酶的提取技术269

五、微生物蛋白酶生产工艺270

六、淀粉酶的生产工艺270

第五节 抗生素生产工艺272

一、抗生素的应用272

二、抗生素生产的工艺过程273

三、青霉素的生产工艺274

第六节 单细胞蛋白生产工艺276

一、SCP生产的一般工艺过程278

二、SCP生产的微生物278

三、生产SCP的基质279

四、单细胞蛋白质的提取和纯化279

第七节 其他产品的生产工艺280

一、多糖发酵生产工艺280

二、维生素B2(核黄素)发酵生产工艺281

思考与练习题282

参考文献283