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第一章 总论1

一、生物技术及其产业的发展回顾与展望1

二、生物反应过程的组成与特点11

三、微生物工程的应用领域12

四、生物工艺发展简史15

五、生物工艺原理课程的内容和任务17

思考与练习题17

第二章 生物工业菌种与种子的扩大培养18

第一节 工业生产常用的微生物及要求18

一、工业生产常用的微生物18

二、微生物工业对菌种的要求19

第二节 工业微生物菌种的衰退、复壮与保藏19

一、菌种的衰退19

二、菌种的复壮21

三、菌种的保藏22

第三节 工业微生物菌种的选育24

一、自然选育24

二、诱变育种26

第四节 生产菌种的改良37

一、原生质体融合技术38

二、DNA重组技术40

三、基因组重排技术47

四、基因工程技术的应用49

第五节 种子的扩大培养54

一、种子扩大培养的任务54

二、种子培养方法55

三、种子制备阶段55

四、影响种子质量的因素56

五、种子质量标准58

六、种子异常的分析58

思考与练习题59

第三章 发酵培养基及其制备60

第一节 发酵培养基的选择60

一、发酵培养基选择的依据60

二、发酵培养基选择的原则61

第二节 发酵培养基的设计与优化62

一、发酵培养基设计应注意的问题62

二、发酵培养基的优化64

第三节 发酵培养基的成分及来源66

一、工业上常用的碳源67

二、工业上常用的氮源67

三、无机盐67

四、生长因子68

五、前体物质和促进剂70

第四节 淀粉水解糖的制备73

一、淀粉水解糖的制备方法73

二、酸水解法制糖75

三、双酶水解法制糖79

四、水解糖液的质量要求84

第五节 糖蜜原料85

一、糖蜜原料的分类85

二、糖蜜原料的性质和组成86

三、糖蜜的预处理86

第六节 植物纤维原料87

一、纤维素原料的生物炼制87

二、木质纤维素基化学品88

三、纤维素原料的来源88

思考与练习题91

第四章 培养基灭菌与空气的净化92

第一节 灭菌92

一、灭菌的方法92

二、培养基湿热灭菌的原理93

三、发酵培养基的灭菌97

四、培养基与设备、管道灭菌条件101

第二节 空气的净化101

一、空气净化的方法102

二、空气净化的流程102

三、空气的过滤除菌原理和介质104

思考与练习题110

第五章 发酵机制与代谢调控111

第一节 厌氧发酵机制与代谢调控112

一、酵母菌的酒精发酵112

二、细菌的酒精发酵115

三、乳酸发酵115

四、甘油发酵116

五、丙酸和丁酸发酵117

六、己酸发酵118

七、甲烷（沼气）发酵118

第二节 好氧发酵与代谢调控119

一、柠檬酸发酵119

二、醋酸发酵123

三、衣康酸发酵123

四、葡萄糖酸发酵124

五、氨基酸发酵124

六、核苷酸发酵131

七、抗生素发酵134

思考与练习题144

第六章 微生物反应动力学145

第一节 微生物反应概论145

一、微生物反应过程的主要特征145

二、微生物反应过程基本概念146

三、微生物反应动力学的描述方法149

第二节 微生物反应模式与发酵操作方法151

一、生物反应动力学分类151

二、发酵操作方法153

第三节 微生物发酵动力学159

一、分批发酵动力学159

二、补料分批发酵动力学164

三、连续发酵动力学167

第四节 微生物生长代谢过程中的质量平衡170

一、微生物生长代谢过程中基质与产物之间碳元素平衡170

二、微生物生长代谢过程中的碳源平衡171

三、微生物生长代谢过程中的氮平衡172

四、微生物生长代谢过程中的氧平衡172

五、YATP与ATP平衡173

六、通风培养时氧的消耗与ATP数量之间的关系174

第五节 微生物生长代谢过程的数学模型175

一、分批培养微生物生长的数学模型175

二、连续培养微生物生长的数学模型176

三、发酵工艺最优化控制178

思考与练习题179

第七章 生物工艺过程控制180

第一节 发酵过程中的代谢变化与控制参数180

一、初级代谢的代谢变化180

二、次级代谢的代谢变化181

三、发酵过程的主要控制参数183

第二节 温度对发酵的影响及其控制185

一、温度对发酵的影响185

二、影响发酵温度变化的因素185

三、温度的控制186

第三节 pH值对发酵的影响及其控制187

一、pH值对发酵的影响187

二、发酵过程pH值的变化188

三、发酵pH值的确定和控制188

第四节 溶解氧对发酵的影响及其控制190

一、溶解氧对发酵的影响190

二、供氧与微生物呼吸代谢的关系191

三、发酵过程溶解氧的变化194

四、溶解氧浓度控制195

第五节 菌体浓度与基质对发酵的影响及其控制195

一、菌体浓度对发酵的影响及其控制195

二、基质对发酵的影响及其控制196

第六节 CO2和呼吸商199

一、CO2对菌体生长和产物生成的影响199

二、排气中CO2浓度与菌体量、pH值、排气氧之间的关系199

三、呼吸商与发酵的关系200

四、CO2浓度的控制200

第七节 泡沫对发酵的影响及其控制202

一、泡沫的形成及其对发酵的影响202

二、泡沫的控制203

第八节 发酵终点的判断204

一、经济因素204

二、产品质量因素205

三、特殊因素205

第九节 发酵过程检测与自控205

一、生物传感器206

二、发酵过程其他重要检测技术211

三、发酵过程变量的间接估计211

四、发酵过程自控214

思考与练习题219

第八章 基因工程菌的发酵生产220

第一节 基因工程菌发酵的特点220

第二节 基因工程菌的稳定性221

一、影响质粒稳定性的因素221

二、提高质粒稳定性的措施223

第三节 基因工程菌发酵工艺225

一、培养基的组成与发酵条件225

二、基因工程菌发酵的工艺过程227

三、基因工程菌的培养设备229

四、高密度发酵229

第四节 基因工程菌发酵过程的检测与控制232

一、发酵培养的检测与控制参数232

二、生物学参数的检测与控制232

三、物理化学参数的检测与控制234

第五节 基因工程菌的安全性及防护235

一、基因工程产业化的生物安全235

二、基因工程菌的防护237

三、基因工程产物的分离纯化239

思考与练习题241

第九章 固定化细胞发酵技术242

第一节 固定化细胞概论242

一、固定化细胞定义242

二、固定化细胞分类、形态特征和性质242

三、固定化细胞的表征243

第二节 固定化细胞的原理与方法244

一、包埋法244

二、载体结合法245

三、絮凝法245

四、交联法246

第三节 固定化细胞的效果246

一、目的产物的产量提高247

二、克隆基因产物的高效表达247

三、质粒的遗传稳定性248

第四节 影响固定化细胞效率的因素248

一、固定化载体248

二、胶粒浓度和大小249

三、培养基的营养组成和培养条件249

第五节 固定化细胞技术的应用250

一、利用固定化细胞生产各种产物250

二、固定化技术的其他应用251

第六节 共固定化技术253

思考与练习题253

第十章 动植物细胞大规模培养254

第一节 动物细胞的培养254

一、动物细胞的形态254

二、动物细胞培养的应用255

三、动物细胞培养基的组成256

四、动物细胞培养的环境要求258

五、动物细胞体外培养的一般过程259

六、动物细胞培养的方式260

七、动物细胞大规模培养工艺263

八、细胞培养用生物反应器265

九、抗凋亡策略在细胞大规模培养中的应用267

第二节 植物细胞的培养268

一、植物细胞培养流程268

二、植物细胞培养基的组成269

三、植物细胞培养的方法270

四、植物细胞的大规模培养技术271

五、影响植物细胞培养的因素273

思考与练习题275

第十一章 发酵生产染菌及其防治276

第一节 染菌对发酵的影响276

一、染菌对不同发酵过程的影响276

二、染菌发生的不同时间对发酵的影响276

三、不同染菌程度对发酵的影响277

第二节 发酵异常现象及原因分析277

一、种子培养和发酵的异常现象277

二、染菌的检查和判断278

三、发酵染菌原因分析279

第三节 杂菌污染的途径和防治281

一、种子带菌及其防治281

二、空气带菌及其防治281

三、操作失误导致染菌及其防治282

四、设备渗漏或“死角”造成的染菌及其防治282

五、噬菌体污染及其防治283

六、杂菌污染的挽救与处理284

思考与练习题285

第十二章 生物工艺实例简介286

第一节 啤酒生产工艺286

一、啤酒生产原辅料286

二、麦芽制造286

三、麦芽汁制备288

四、啤酒发酵290

第二节 葡萄酒生产工艺292

一、葡萄原料292

二、葡萄酒酿造辅料293

三、葡萄酒酿造的工艺295

四、葡萄酒的陈酿与成熟297

五、葡萄酒的营养价值299

第三节 有机酸发酵生产工艺300

一、有机酸的来源与用途300

二、衣康酸的发酵生产工艺300

三、柠檬酸的深层发酵工艺302

四、乳酸发酵工艺304

第四节 氨基酸生产工艺304

一、谷氨酸发酵工艺305

二、赖氨酸发酵工艺307

三、精氨酸发酵工艺308

第五节 酶制剂生产工艺309

一、微生物细胞生长与产酶的关系310

二、微生物酶合成的调节与控制311

三、微生物酶的生产条件312

四、酶的提取技术313

五、微生物蛋白酶生产工艺314

六、淀粉酶的生产工艺315

第六节 抗生素生产工艺316

一、抗生素的应用317

二、抗生素生产的工艺过程318

三、青霉素的生产工艺319

第七节 干扰素生产工艺320

一、干扰素概况321

二、干扰素的基本特性及作用特点322

三、干扰素的临床应用322

四、基因工程假单胞杆菌发酵生产干扰素-a2b的工艺过程323

第八节 维生素C生产工艺324

一、莱氏法生产工艺325

二、二步发酵法生产工艺325

第九节 甾体激素的微生物转化327

一、生物转化的发展327

二、生物转化反应的应用328

三、生物转化的工艺流程328

四、甾体药物的生物转化329

第十节 单细胞蛋白生产工艺332

一、SCP生产的一般工艺过程333

二、SCP生产的微生物334

三、生产SCP的基质335

四、单细胞蛋白质的提取和纯化335

第十一节 微生物多糖发酵生产336

一、短梗霉多糖337

二、黄原胶337

三、结冷胶338

第十二节 生物质能源的开发与利用339

一、燃料乙醇340

二、生物制氢340

三、生物柴油342

思考与练习题343

参考文献344