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绪论1

一、微生物工程的特征1

二、微生物工程发展史2

三、微生物工业的特点及其范围4

四、国内外微生物工业概况及其发展趋向5

五、《微生物工程工艺原理》的课程任务和内容7

第一篇 微生物工业菌种与培养基9

第一章 菌种与种子扩大培养9

第一节 微生物工业用菌种9

一、微生物工业对菌种的要求9

二、工业上常用的微生物9

三、生产用菌种的保藏及选育12

四、防止菌种衰退的措施13

第二节 种子扩大培养14

一、种子扩大培养的任务14

二、工业微生物的培养类型14

三、影响种子质量的主要因素16

第二章 培养基及其制备20

第一节 培养基的原材料20

一、培养基的营养成分20

二、培养基的类型21

三、发酵培养基的选择22

四、原料转换及意义23

第二节 淀粉水解糖的制备23

一、淀粉水解糖的制备方法24

二、淀粉酸水解理论基础26

第三节 糖蜜的前处理34

一、糖蜜的来源与特点34

二、糖蜜前处理的方法35

三、谷氨酸发酵的糖蜜预处理35

第四节 石油代粮发酵的原料38

一、石油代粮发酵的特点38

二、石油代粮发酵原料的选择39

第五节 前体物质、促进剂40

一、生物合成的前体物质40

一、发酵过程中的促进剂和抑制剂41

第二篇 发酵机制43

第三章 糖嫌气性发酵产物积累机制43

第一节 糖酵解途径的特点及调节机制43

一、糖酵解途径的特点43

二、糖酵解的调节机制45

第二节 酒精发酵机制46

一、乙醇生成机制46

二、巴斯德效应46

三、酒精发酵中副产物的生成47

第三节 甘油的合成机制49

第四节 乳酸发酵机制50

一、同型乳酸发酵50

二、异型乳酸发酵50

第四章 柠檬酸发酵机制53

第一节 柠檬酸生物合成途径53

第二节 柠檬酸生物合成的代谢调节54

一、糖酵解及丙酮酸代谢的调节55

二、三羧酸循环的调节57

第三节 乙醛酸循环和醋酸发酵柠檬酸59

第五章 谷氨酸发酵机制61

第一节 谷氨酸生物合成途径及调节机制61

一、EMP途径和HMP途径61

二、TCA、DCA和CO2固定作用62

三、氨的导入65

第二节 细胞膜通透性控制67

第三节 菌种选育模型与控制方法68

第六章 天冬氨酸族氨基酸发酵机制72

第一节 天冬氨酸族氨基酸生物合成途径及代谢调节机制72

一、天冬氨酸族氨基酸生物合成途径72

二、天冬氨酸族氨基酸生物合成的代谢调节机制72

三、酵母和霉菌的赖氨酸生物合成途径和调节机制76

第二节 赖氨酸生产菌的育种途径77

第三节 苏氨酸、蛋氨酸、高丝氨酸和天冬氨酸的育种途径85

一、苏氨酸的育种途径85

二、高丝氨酸菌种的选育途径86

三、蛋氨酸的育种途径87

四、天冬氨酸的育种途径88

第七章 其他氨基酸发酵机制89

第一节 芳香族氨基酸发酵机制89

一、芳香族氨基酸生物合成途径89

二、生物合成的调节机制89

三、色氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸发酵的育种途径92

第二节 分枝链氨基酸发酵机制94

一、分枝链氨基酸生物合成途径95

二、生物合成的代谢调节机制95

三、代谢调节的解除与育种途径96

第三节 鸟氨酸、瓜氨酸和精氨酸的发酵机制98

一、鸟氨酸、瓜氨酸和精氨酸的生物合成途径98

二、生物合成的调节机制99

三、鸟氨酸、瓜氨酸和精氨酸生产菌株的选育途径99

第八章 核酸类物质的积累机制101

第一节 核苷酸的生物合成途径101

一、嘌呤核苷酸的全合成途径101

二、嘌呤核苷酸生物合成系的突变株104

三、嘧啶核苷酸的全合成途径106

四、核苷酸生物合成的补救途径106

第二节 嘌呤核苷酸生物合成的代谢调节机制及育种途径107

一、嘌呤核苷酸生物合成的调节控制机制107

二、细胞膜通透性调节109

三、嘌呤核苷及核苷酸产生菌的育种途径111

第三节 嘧啶核苷酸生物合成的调节机制115

第九章 抗生素的生物合成与调节机制117

第一节 抗生素的生物合成117

一、微生物的次级代谢与初级代谢的关系117

二、抗生素的生物合成类型118

三、几种抗生素的生物合成118

第二节 抗生素生物合成的代谢调节机制126

一、细胞生长期到抗生素产生期的过渡126

二、酶的诱导作用127

三、分解代谢产物的调节控制128

四、磷酸盐的调节129

五、NH4+的抑制作用130

六、初级代谢调节对次级代谢的作用130

七、次级代谢的反馈抑制131

八、次级代谢的能荷调节131

第三篇 发酵工艺过程的控制134

第十章 发酵动力学134

第一节 微生物生长代谢过程中的质量平衡134

一、微生物生长代谢过程中的碳平衡134

二、微生物生长代谢过程中的ATP循环与氧平衡139

第二节 微生物生长代谢过程的能量平衡144

一、有机物氧化焓变和有效电子转移144

二、自由能消耗对菌体得率YkJ145

三、微生物生长代谢过程的能量衡算146

四、碳源和氮源同时存在情况下的能量衡算148

五、通风发酵生成热的计算方法149

第三节 微生物生长代谢过程数学模型的建立150

一、连续培养时微生物生长数学模型150

二、分批培养时微生物生长数学模型152

三、谷氨酸发酵的数学模型154

第四节 微生物发酵的动力学158

一、分批培养158

二、补料分批培养161

三、连续培养164

第十一章 传质与通气170

第一节 微生物的需氧和溶解氧的控制170

一、供氧与微生物呼吸及代谢产物的关系170

二、微生物的临界氧浓度171

三、溶解氧控制的意义171

第二节 传质理论172

一、氧的传递途径与传质阻力172

二、气体溶解过程的双膜理论173

三、氧传质方程式175

第三节 影响氧传递速率的主要因素176

一、搅拌176

二、空气线速度179

三、空气分布管179

四、氧的分压180

五、发酵罐内液柱高度180

六、发酵罐体积180

七、发酵液的物理性质181

第四节 溶氧系数的测定181

一、亚硫酸盐氧化法181

二、取样极谱法182

三、排气法182

四、复膜电极测定KIa和氧分析仪测定Koa183

五、溶氧系数的换算184

第五节 溶解氧的测量和控制185

一、溶解氧连续检测的意义185

二、溶解氧连续测定在发酵控制上的应用186

第十二章 发酵的中间控制188

第一节 温度控制188

一、发酵热188

二、发酵热的测定及计算189

三、温度对微生物生长的影响190

四、温度对发酵的影响191

五、最适温度的控制192

第二节 pH值的控制193

一、pH值对菌生长和代谢产物形成的影响193

二、影响pH值变化的因素194

三、发酵过程pH值的调节及控制194

第三节 泡沫的控制195

一、泡沫的性质196

二、发酵过程泡沫变化197

三、化学消泡198

四、机械消泡199

第四节 补料的控制203

一、补料的内容204

二、补料的原则204

三、补糖的控制205

四、补充氮源及无机盐207

第四篇 工业发酵染菌的防治和灭菌208

第十三章 工业发酵染菌的防治208

第一节 工业发酵染菌的危害208

一、染菌对不同品种发酵的影响208

二、感染不同种类和性质的杂菌对发酵的影响209

三、不同污染时间对发酵的影响209

四、染菌程度对发酵的影响210

五、染菌对产物提取和产品质量的影响210

第二节 染菌的检查、原因分析和防止措施210

一、染菌的检查与判断210

二、发酵染菌率和染菌原因分析212

三、杂菌污染途径及预防213

第十四章 培养基与设备灭菌217

第一节 消毒与灭菌的意义和方法217

一、消毒与灭菌的区别217

二、消毒与灭菌在发酵工业中的应用217

三、灭菌方法217

第二节 培养基和设备灭菌220

一、加热灭菌原理221

二、影响培养基灭菌的其他因素226

三、培养基灭菌时间计算226

四、分批灭菌和连续灭菌比较228

五、培养基与设备、管道灭菌条件229

第十五章 空气除菌230

第一节 空气中的微生物与除菌方法230

一、空气中的微生物230

二、空气除菌方法231

第二节 介质过滤除菌233

一、绝对过滤233

二、介质过滤234

三、空气过滤器239

四、空气预处理流程242

第五篇 发酵产物的提取与精制246

第十六章 发酵产物的提取与精制概论246

第一节 发酵产物的提取与精制概论246

一、发酵产物的分类246

二、发酵产物提炼的步骤和方法247

三、发酵产物提取与精制的程序248

第二节 发酵醪的预处理249

一、发酵醪的一般特征249

二、发酵醪预处理的要求250

三、菌体的分离251

四、不过滤提取258

第十七章 发酵产物的提取与精制方法259

第一节 离子交换法259

一、离子交换原理259

二、离子交换剂的结构262

三、离子交换剂的分类265

四、离子交换树脂的理化性能267

五、离子交换树脂的选择性271

六、影响离子交换速度的主要因素273

七、离子交换操作方式273

八、离子交换提取谷氨酸274

第二节 膜分离法277

一、膜分离法的分类及简介278

二、膜的种类279

三、膜分离设备280

四、膜分离法在发酵工业中的应用283

第三节 离子交换膜电渗析分离法289

一、离子交换膜电渗析分离法概述289

二、离子交换膜的分类289

三、适合工业应用的离子交换膜所应具备的条件291

四、离子交换膜电渗析的基本理论291

五、离子交换膜电渗析流程294

六、离子交换膜电渗析制备无盐水295

七、离子交换膜电渗析提取柠檬酸与氨基酸296

第四节 凝胶层离法297

一、凝胶层离法概述297

二、凝胶层离法的基本原理298

三、常用于凝胶层离法的凝胶299

四、凝胶柱的制备及凝胶层离操作技术302

五、影响凝胶层离的因素304

六、防止微生物污染凝胶的方法306

七、凝胶的再生和干燥307

八、凝胶层离法在工业发酵上的应用308

第五节 沉淀法309

一、沉淀法概述309

二、等电点法310

三、盐析法313

四、有机溶剂沉淀法315

第六节 吸附法317

一、吸附的目的及原理317

二、吸附剂的种类317

三、活性炭吸附抗生素319

四、活性炭吸附脱色319

五、离子交换树脂脱色320

第七节 溶媒萃取法320

一、溶媒萃取法的基本原理321

二、常用的溶媒萃取提炼方法322

三、影响溶媒萃取的主要因素323

四、溶媒的回收326

第八节 浓缩327

一、蒸发浓缩法327

二、冰冻浓缩法333

三、吸收浓缩法333

四、超滤浓缩法333

第九节 结晶335

一、结晶生成基本原理335

二、影响结晶生成的因素337

三、工业发酵中常用的结晶方法338

四、工业发酵中常用的结晶设备339

第十节 干燥339

一、干燥原理340

二、常用的干燥方法340

三、影响干燥速度的因素民341

四、工业发酵中常用的干燥过程341

第十一节 蒸馏352

一、蒸馏原理353

二、蒸馏方法的分类354

三、蒸馏流程选择的依据354

四、工业发酵中的各种蒸馏355

第六篇 与微生物工程相关的技术与经济学358

第十八章 固定化技术358

第一节 固定化酶359

一、制备固定化酶的依据359

二、固定化酶的制备方法359

三、固定化酶的性质360

四、固定化酶在工业发酵中的应用362

第二节 固定化细胞364

一、固定化细胞的依据365

二、固定化细胞的制备方法365

三、固定化细胞的性质及优点368

四、固定化细胞的特性369

五、固定化细胞在发酵工业上的应用371

第三节 固定化活细胞372

一、固定化活细胞的优点372

二、固定化活细胞的制备372

三、固定化活细胞的应用374

第四节 共固定化技术377

一、共固定化的概念377

二、共固定化的形式377

三、共固定化特性及应用378

第十九章 废水的生物法处理380

第一节 概述380

一、生物处理废水的目的意义380

二、废水浓度指标和净化指标381

三、生物处理废水方法的类型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385

四、影响污泥活性的主要因素385

五、活性污泥的培养与驯化387

六、活性污泥系统的控制方法389

七、活性污泥法的各种改进方法392

第三节 生物滤池法395

一、净化机理395

二、生物滤池的处理方式397

三、生物滤池的负荷397

四、影响生物滤池处理效果的因素397

五、生物滤池的构造398

第四节 氧化塘法399

一、氧化塘的特征399

二、好氧塘和兼性塘400

三、氧化塘构造上的注意点402

四、藻类的去除403

五、厌氧塘403

六、曝气氧化塘403

第五节 厌氧生物处理法404

一、厌氧微生物处理法的任务404

二、基本原理404

三、影响厌氧发酵的主要因素406

四、传统甲烷发酵法409

第二十章 发酵经济学411

一、前言411

二、优良菌株选育411

三、培养基成本分析412

四、无菌空气与通风搅拌413

五、动力费(加热与冷却)415

六、培养方式415

七、产物提炼成本417

八、工厂(车间)规模418

九、市场经济信息分析419

参考文献420