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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E351

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