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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YkJ 145

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Koa 183

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