发酵工程

本书是一本系统介绍发酵工程基础理论和技术的教材，它以发酵工程为主线，紧密联系生产实践，突出了系统性、前沿性、科学性和实践性等特色。本书四篇共分33章，分别为发酵反应过程原理篇、产物分离和纯化过程篇、发酵工程生产设备篇、典型发酵工程过程篇，内容主要包括菌种的选育、微生物代谢调节、发酵工艺控制、产物分离和纯化、发酵生产设备、典型发酵工程过程等。参与编写者在教学与生产实践上均有较为丰富的经验。通过本书的学习，可使学生全面掌握发酵工程的原理与应用，熟悉现代发酵工业的发展方向，为学生今后从事与发酵工业相关的生产、研究和开发打下良好的理论与技术基础。

前言
第1章概论1
1.1发酵工程的发展简史1
1.1.1传统生物技术的追溯2
1.1.2发酵技术发展的第一转折时期2
1.1.3发酵技术发展的第二转折时期3
1.1.4发酵技术发展的第三转折时期4
1.1.5发酵技术发展的第四转折时期5
1.2发酵工业的特征7
1.3发酵工业的应用范畴7
1.3.1微生物菌体发酵8
1.3.2微生物酶发酵8
1.3.3微生物代谢产物发酵8
1.3.4微生物转化发酵8
1.3.5现代生物技术的生物细胞发酵9
1.3.6微生物处理废水9
1.3.7其他9
1.4发酵工程在生物工程中的位置9
1.5现代发酵工程的意义和展望10
本章小结11
复习题11
主要参考文献11
第一篇发酵反应过程原理篇
第2章菌种的来源15
2.1生物物质产生菌的筛选15
2.1.1生物活性物质的主要来源15
2.1.2标本的采集16
2.1.3样本的预处理17
2.2菌种的分离18
2.2.1集菌培养18
2.2.2纯化分离20
2.2.3纯培养的验证22
2.3工业微生物分离的注意事项22
本章小结23
复习题23
主要参考文献23
第3章菌种的选育及保藏25
3.1自然选育25
3.1.1自然变异的产生25
3.1.2自然选育的方法25
3.2诱变育种26
3.2.1诱变育种的原理及诱变剂26
3.2.2诱变育种的步骤27
3.2.3影响诱变效果的主要因素28
3.3杂交育种31
3.3.1准性生殖31
3.3.2接合32
3.3.3原生质体融合32
3.4代谢控制育种35
3.5基因工程育种36
3.5.1目的基因的获得37
3.5.2载体的选择与准备39
3.5.3基因与载体的连接40
3.5.4外源基因的导入40
3.5.5重组体的筛选和产物的表达41
3.6微生物菌种的保藏与复壮42
3.6.1菌种保藏42
3.6.2菌种的复壮45
3.6.3菌种保藏机构和分工46
本章小结47
复习题47
主要参考文献48
第4章微生物代谢调节49
4.1微生物的代谢类型和自我调节49
4.1.1微生物的代谢类型49
4.1.2微生物自我调节的部位49
4.2酶活性调节50
4.2.1酶的激活作用与抑制作用50
4.2.2酶活性调节的机制51
4.3酶合成调节52
4.3.1酶合成的诱导作用53
4.3.2酶合成的阻遏53
4.3.3酶合成调节的机制55
4.4分支生物合成途径的调节57
4.4.1同工酶调节58
4.4.2协同反馈调节59
4.4.3累积反馈调节59
4.4.4增效反馈调节59
4.4.5顺序反馈调节59
4.4.6联合激活或反馈调节59
4.4.7酶的共价修饰59
4.5能荷调节60
4.6代谢调控61
4.6.1发酵条件的控制61
4.6.2发酵与分离过程耦合62
4.6.3改变细胞透性62
4.6.4菌种遗传特性的改变62
4.7次级代谢与次级代谢调节64
4.7.1初级代谢与次级代谢64
4.7.2次级代谢的调节类型64
4.8代谢工程66
4.8.1改变代谢途径66
4.8.2扩展代谢途径68
4.8.3转移或构建新的代谢途径69
本章小结69
复习题70
主要参考文献70
第5章发酵工业培养基的设计72
5.1发酵工业培养基的基本要求72
5.2培养基的成分73
5.2.1碳源73
5.2.2氮源74
5.2.3无机盐及微量元素74
5.2.4水75
5.2.5生长调节物质75
5.3培养基的类型76
5.3.1按纯度分类76
5.3.2按形态分类76
5.3.3按用途分类77
5.4培养基的设计78
5.4.1菌体同化能力78
5.4.2碳氮比78
5.4.3pH78
5.4.4补料79
5.4.5影响培养基质量的其他因素79
5.5发酵培养基的优化方法80
5.5.1理论转化率的计算80
5.5.2培养基优化实验设计80
本章小结86
复习题86
主要参考文献87
第6章发酵灭菌与空气的净化88
6.1灭菌的方法88
6.1.1干热灭菌法88
6.1.2湿热灭菌法88
6.1.3射线灭菌法89
6.1.4化学药剂灭菌法89
6.1.5过滤除菌法90
6.1.6火焰灭菌法90
6.2培养基和设备的灭菌90
6.2.1湿热灭菌的原理90
6.2.2培养基灭菌温度的选择93
6.2.3培养基的分批灭菌94
6.2.4培养基的连续灭菌95
6.3空气除菌97
6.3.1空气除菌方法98
6.3.2介质除菌的原理98
6.3.3介质过滤效率和过滤器计算99
本章小结101
复习题101
主要参考文献101
第7章种子扩大培养102
7.1种子制备工艺102
7.1.1实验室种子制备102
7.1.2生产车间种子制备103
7.1.3影响种子质量的因素103
7.2种子质量的控制措施107
7.2.1种子质量标准107
7.2.2种子质量检查107
7.2.3种子的异常分析109
7.2.4种子质量的控制措施109
本章小结110
复习题110
主要参考文献110
第8章发酵工艺控制111
8.1温度对发酵的影响及其调节控制111
8.1.1温度对发酵的影响111
8.1.2影响发酵温度的因素112
8.1.3发酵热的测定113
8.1.4*适温度的选择与发酵温度的控制113
8.2pH对发酵的影响及其调节控制114
8.2.1pH对发酵的影响114
8.2.2影响发酵pH的因素115
8.2.3*适pH的选择和调节115
8.3氧对发酵的影响及其调节控制116
8.3.1氧的传递和传质方程式116
8.3.2影响微生物对氧需求的因素118
8.3.3培养基的流变特性119
8.3.4影响供氧的因素121
8.3.5液相体积氧传质系数KLa的测定123
8.4二氧化碳对发酵的影响及其控制124
8.4.1二氧化碳的来源及其对发酵的影响124
8.4.2二氧化碳浓度的控制125
8.5泡沫对发酵的影响及其控制125
8.5.1泡沫产生的原因125
8.5.2泡沫对发酵的危害126
8.5.3泡沫的消长规律126
8.5.4泡沫的消除和防止126
本章小结127
复习题128
主要参考文献128
第9章发酵过程的检测与自控129
9.1发酵过程检测129
9.1.1概述129
9.1.2发酵传感器129
9.1.3发酵过程检测的可靠性134
9.2发酵过程变量的间接估计135
9.2.1与基质消耗有关变量的估计135
9.2.2与呼吸有关变量的估计135
9.2.3与细胞生长有关变量的估计136
9.3发酵过程自控137
9.3.1基本自控系统137
9.3.2发酵自控系统的硬件结构140
本章小结142
复习题143
主要参考文献143
第10章发酵染菌及其防治144
10.1染菌对发酵的影响144
10.1.1染菌对不同发酵过程的影响144
10.1.2染菌时间对发酵的影响144
10.1.3染菌程度对发酵的影响145
10.2发酵异常的判断及原因分析145
10.2.1种子培养和发酵的异常现象145
10.2.2染菌的检查和判断147
10.2.3发酵染菌原因分析148
10.3杂菌污染的途径和防治150
10.3.1种子带菌及其防治150
10.3.2空气带菌及其防治150
10.3.3操作失误导致染菌及其防治151
10.3.4设备渗漏或“死角”造成的染菌及其防治152
10.3.5噬菌体污染及其防治153
10.3.6杂菌污染的挽救与处理154
本章小结155
复习题155
主要参考文献155
第11章发酵动力学156
11.1分批培养动力学156
11.1.1分批培养中细胞的生长动力学156
11.1.2产物合成与微生物生长的动力学关系159
11.1.3分批培养过程的生产率160
11.2连续培养动力学160
11.2.1连续培养设备161
11.2.2单级恒化器连续培养动力学161
11.2.3多级串联和部分菌体再循环的连续培养162
11.2.4连续培养的应用163
11.3补料分批培养动力学164
本章小结165
复习题166
主要参考文献166
第12章发酵过程经济学167
12.1发酵成本的构成167
12.1.1固定成本167
12.1.2可变成本167
12.1.3发酵产品成本的分布168
12.2影响发酵成本的主要因素及成本控制168
12.2.1菌株选育168
12.2.2培养基成本169
12.2.3动力成本170
12.2.4培养方式170
12.2.5工厂规模171
12.2.6产物分离纯化172
12.2.7发酵自动化程度172
12.2.8发酵过程优化173
12.2.9市场经济分析173
12.3发酵过程经济分析173
12.3.1发酵过程的技术经济评价指标173
12.3.2发酵过程的经济效益分析174
本章小结175
复习题176
主要参考文献176
第13章现代生物技术在发酵工业中的应用177
13.1基因工程菌发酵177
13.1.1基因工程菌的来源和应用177
13.1.2基因工程菌的培养178
……