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1　绪论1

1.1　现代微生物发酵的研究内容和特点1

1.1.1　发酵及发酵微生物1

1.1.2　现代微生物发酵工程研究的内容2

1.1.3　微生物发酵的特点2

1.1.4　微生物发酵工程在生物技术产业中的地位2

1.2　微生物发酵工程的发展简史3

1.2.1　天然发酵阶段4

1.2.2　纯培养技术的建立4

1.2.3　深层培养（通气搅拌）技术的建立5

1.2.4　代谢控制发酵技术的建立5

1.2.5　发酵原料的改变5

1.2.6　基因工程引入发酵5

1.3　现代微生物发酵工程的应用6

1.3.1　营养丰富的发酵食品日益增多6

1.3.2　医药和保健食品蓬勃发展6

1.3.3　减缓资源、能源危机7

1.3.4　深入广泛地改善环境7

复习和思考题8

2　微生物的菌种选育和保藏9

2.1　微生物发酵的关键因素——菌种9

2.1.1　现代发酵工程中常用的微生物菌种及其代谢产物9

2.1.2　发酵工业对微生物菌种的要求12

2.1.3　从自然界选种12

2.1.4　从生产中选种17

2.2　微生物选育种17

2.2.1　诱变育种18

2.2.2　变异菌的筛选方案24

2.3　杂交育种28

2.3.1　细菌的杂交育种28

2.3.2　真菌的杂交育种30

2.4　原生质体融合育种32

2.4.1　亲株的选择32

2.4.2　原生质体制备33

2.4.3　原生质体再生33

2.4.4　原生质体融合34

2.4.5　融合子的检出与鉴定34

2.4.6　原生质体再生率和融合率计算35

2.4.7　原生质体电融合技术35

2.5　菌种退化、复壮和保藏35

2.5.1　菌种的退化现象与复壮36

2.5.2　菌种的保藏37

2.5.3　国内外主要的菌种保藏机构40

复习和思考题40

3　微生物发酵的代谢调节与控制41

3.1　糖、醇、有机酸发酵的代谢调控41

3.1.1　葡萄糖的分解代谢41

3.1.2　厌氧发酵机制47

3.1.3　好氧发酵机制50

3.1.4　糖分解代谢中的调节53

3.2　氨基酸发酵的代谢调控56

3.2.1　氨基酸的生物合成56

3.2.2　氨基酸发酵机制60

3.3　抗生素发酵的代谢调控63

3.3.1　次级代谢产物生物合成的主要途径64

3.3.2　抗生素发酵调控机制65

3.3.3　抗生素生物合成途径的遗传控制69

复习和思考题70

4　微生物发酵工程概述71

4.1　微生物发酵类型71

4.1.1　按微生物对氧的要求分类71

4.1.2　按微生物发酵采用的培养基状态分类71

4.1.3　发酵的一般工艺过程72

4.2　原料的选择及处理73

4.2.1　选择合适的原料73

4.2.2　淀粉水解糖的制备73

4.2.3　糖蜜预处理78

4.3　灭菌与空气净化工程79

4.3.1　培养基湿热灭菌方法及设备79

4.3.2　空气净化及设备82

4.4　微生物发酵（反应）动力学85

4.4.1　微生物发酵（反应）动力学数学模型建立的原则85

4.4.2　微生物发酵（反应）动力学数学模型86

4.5　菌种的培养91

4.5.1 菌种扩大培养91

4.5.2　发酵阶段的条件控制92

4.6　发酵过程的分析检验96

4.6.1　生物学检验97

4.6.2　生化检验97

4.6.3　杂菌和噬菌体的污染、防治与挽救98

4.7　发酵培养方法100

4.7.1　分批发酵101

4.7.2　连续发酵102

4.7.3　补料分批发酵103

4.7.4　混菌发酵104

4.8　发酵设备104

4.8.1 微生物发酵设备类型及发展趋势104

4.8.2　通风固态发酵设备105

4.8.3　通风发酵设备106

4.8.4　厌氧发酵设备111

4.9　计算机在发酵过程中的应用111

复习和思考题112

5　发酵产物的分离纯化113

5.1　下游加工过程概述113

5.1.1　下游加工过程的重要性113

5.1.2　下游加工过程的特点113

5.1.3　下游加工过程的一般流程113

5.2　发酵液的预处理与固-液分离114

5.2.1　发酵液的预处理114

5.2.2　发酵液的相对纯化115

5.2.3　固-液分离过程及设备简介115

5.2.4　微生物细胞的破碎117

5.3　发酵产物的初分离119

5.3.1　沉淀法119

5.3.2　萃取法121

5.3.3　膜分离法126

5.3.4　吸附法128

5.3.5　离子交换法129

5.4　发酵产物的纯化131

5.4.1　液相层析法132

5.4.2　结晶法136

5.5　产物的干燥138

5.5.1　喷雾干燥138

5.5.2　气流干燥138

5.5.3　沸腾干燥139

5.5.4　冷冻干燥139

复习和思考题140

6　固定化酶及细胞141

6.1 固定化酶的制备141

6.1.1 固定化酶的定义141

6.1.2　载体的选择141

6.1.3　固定化酶的制备方法142

6.1.4　固定化酶反应器145

6.2　固定化细胞的制备146

6.2.1 固定化细胞的制备方法146

6.2.2　固定化细胞的类型及生理状态148

6.2.3　固定化细胞的特性148

6.2.4　固定化细胞的优缺点150

6.2.5　固定化酶和细胞的应用150

复习和思考题152

7　基因工程与微生物工程菌的构建153

7.1　基因工程菌的构建简介153

7.1.1　基因工程的概述153

7.1.2　目的基因的获取153

7.1.3　表达载体的构建与筛选155

7.1.4　基因重组157

7.1.5　原核细胞的转化、重组体的筛选与鉴定158

7.2　基因工程菌的不稳定性及其对策160

7.2.1 质粒的不稳定性160

7.2.2　提高质粒稳定性的方法160

7.2.3　重组工程菌的培养161

7.3　高密度培养165

7.3.1　高密度培养的定义165

7.3.2　影响高密度培养的因素165

7.3.3　如何达到高密度培养167

7.4　基因工程在生产生物小分子中的应用169

7.4.1 生产维生素169

7.4.2　生产氨基酸169

7.4.3　生产抗生素171

7.5　基因工程在生产生物大分子中的应用174

7.5.1　生产黄原胶174

7.5.2　生产合成橡胶175

7.5.3　生产生物可降解塑料176

复习和思考题177

8　氨基酸发酵178

8.1　概述178

8.1.1　氨基酸生产方法178

8.1.2　氨基酸的应用178

8.2　氨基酸发酵菌种选育及发酵调控179

8.2.1　用于氨基酸发酵的微生物179

8.2.2　氨基酸产生菌的选育180

8.2.3　氨基酸发酵调控183

8.2.4　氨基酸的提取和精制185

8.3　谷氨酸发酵185

8.3.1　谷氨酸生产概述185

8.3.2　谷氨酸发酵的微生物185

8.3.3　糖质原料谷氨酸发酵187

8.3.4　谷氨酸的提取和精制（味精制造）193

8.4　赖氨酸发酵196

8.4.1　赖氨酸生产概述196

8.4.2　赖氨酸发酵的微生物199

8.4.3　糖质原料赖氨酸发酵200

8.4.4　赖氨酸的提取和精制203

复习和思考题204

9　核苷、核苷酸类物质发酵206

9.1 概述206

9.2　核苷酸类物质产生菌的分离和选育207

9.2.1 核苷酸类物质产生菌的分离207

9.2.2　核苷酸类物质产生菌的选育207

9.2.3　利用基因工程技术构建核苷、核苷酸工程菌株208

9.3　发酵法生产核苷、核苷酸208

9.3.1　肌苷及肌苷酸发酵208

9.3.2　鸟苷及鸟苷酸发酵215

9.3.3　腺苷、腺苷酸和其他核苷酸类似物发酵219

复习和思考题220

10　有机酸发酵221

10.1 概述221

10.2　柠檬酸发酵221

10.2.1　柠檬酸发酵的微生物222

10.2.2　柠檬酸发酵工艺及控制条件223

10.2.3　柠檬酸的提取和精制224

10.3　乳酸发酵227

10.3.1　乳酸发酵的微生物228

10.3.2　乳酸发酵机制、工艺及控制条件229

10.3.3　乳酸的提取和精制235

10.4　苹果酸发酵237

10.4.1　苹果酸发酵的微生物238

10.4.2　苹果酸发酵工艺及控制条件238

10.4.3　苹果酸的提取和精制240

10.5　曲酸发酵241

10.5.1 曲酸发酵的微生物242

10.5.2　曲酸发酵工艺及控制条件242

10.5.3　曲酸的提取243

复习和思考题244

11　抗生素发酵245

11.1 概述245

11.1.1 主要天然抗生素的微生物来源246

11.1.2　抗生素的分类246

11.1.3　抗生素产生菌选育247

11.1.4　常用抗生素的生产方法249

11.2　青霉素发酵生产249

11.2.1　青霉素产生菌249

11.2.2　青霉素分子结构249

11.2.3　青霉素的作用机制、抗菌谱及稳定性250

11.2.4　青霉素发酵工艺流程及发酵控制251

11.2.5　青霉素提取252

11.2.6　青霉素的精制254

11.2.7　溶媒回收255

11.3　半合成抗生素255

11.3.1　半合成青霉素256

11.3.2　头孢菌素259

11.3.3　非典型β-内酰胺类抗生素262

11.3.4　半合成大环内酯类抗生素265

11.3.5　四环素类抗生素266

11.3.6　氨基糖苷类抗生素268

11.3.7　多黏菌素类抗生素270

复习和思考题271

12　生理活性物质的发酵272

12.1　发酵法生产维生素272

12.1.1　维生素B2（核黄素）发酵273

12.1.2　维生素B12（钴胺素）发酵275

12.1.3　维生素C（L-抗坏血酸）发酵278

12.1.4　维生素A原（8-胡萝卜素）的生物合成282

12.1.5　维生素H（生物素）的生物合成285

12.2　辅酶类生产285

12.2.1 辅酶A（CoA）285

12.2.2　烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）287

12.2.3　黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）288

12.3　甾体激素的微生物转化288

12.3.1 甾体激素的分子结构和生理功能288

12.3.2　微生物转化的特点和类型289

12.3.3　微生物转化的生产方式290

12.3.4　微生物转化生产甾体激素的工艺要点290

复习和思考题291

13　酶制剂的发酵293

13.1 概述293

13.1.1　微生物酶生产简史293

13.1.2　我国酶制剂研究及待改进的问题293

13.2 主要酶的应用294

13.3　酶制剂的生产技术295

13.3.1　α-淀粉酶的生产297

13.3.2　脂肪酶的生产298

13.3.3　蛋白酶的生产298

13.3.4　纤维素酶的生产299

13.4　酶的提纯与精制302

13.4.1　细胞破碎302

13.4.2　絮凝技术303

13.4.3　稳定剂的添加304

复习和思考题304

14　安全生产与发酵工业废料的再生和净化305

14.1 环境污染与微生物305

14 1.1　生物安全305

14.1.2　水质污染与微生物净化306

14.2　发酵工业废料的再生310

14.2.1 发酵工业废水、糟、渣的处理与利用310

14.2.2　沼气发酵312

14.2.3　利用藻类处理废水316

14.2.4 利用发酵工业废水生产单细胞蛋白318

复习和思考题319

实验一　利用碱法分离纸浆废液中的微生物320

实验二　化学、物理因素复合诱变育种324

实验三　黑曲霉发酵生产柠檬酸327

实验四 多黏菌素E发酵及管碟法测定生物效价330

实验五　噬菌体污染的检查和鉴定335

实验六　纤维素酶固态发酵实验340

实验七　酵母菌单倍体原生质体融合342

实验八　酿酒酵母细胞固定化与酒精发酵346

实验九　工程菌大肠杆菌的高密度发酵及主要生化指标检测350

主要参考文献353