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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9

三、微生物工程的应用领域10

四、生物工艺发展简史12

五、生物工艺原理课程的内容和任务13

第二章 生物工业菌种与种子的扩大培养15

第一节 工业生产常用的微生物及要求15

一、工业生产常用的微生物15

二、微生物工业对菌种的要求16

第二节 工业微生物菌种的衰退、复壮与保藏16

一、微生物菌种的衰退16

二、菌种的复壮19

三、菌种的保藏20

第三节 工业微生物菌种的选育21

一、自然选育22

二、诱变育种24

第四节 生产菌种的改良35

一、原生质体融合技术36

二、DNA重组技术38

第五节 种子的扩大培养52

一、种子扩大培养的任务52

二、种子制备的过程52

三、种子培养53

四、种子质量的控制54

思考与练习题58

第三章 发酵培养基及其制备59

第一节 发酵培养基的选择59

一、发酵培养基选择的依据59

二、发酵培养基成分选择的原则60

第二节 发酵培养基的设计与优化61

一、发酵培养基配制时应注意的问题61

二、发酵培养基设计时应注意的问题62

三、培养基的设计与优化63

第三节 发酵培养基的成分及来源65

一、工业上常用的碳源66

二、工业上常用的氮源66

三、无机盐66

四、生长因子67

五、前体物质和促进剂69

第四节 淀粉水解糖的制备72

一、淀粉水解糖的制备方法72

二、淀粉酸水解原理74

三、淀粉酸水解工艺76

四、双酶水解法制糖78

五、水解糖液的质量要求83

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85

三、糖蜜的预处理85

第六节 石油代粮发酵的原料86

一、石油代粮发酵的特点86

二、石油代粮发酵原料的选择87

第七节 其他原料发酵87

一、农作物纤维下脚料88

二、森林和木材加工工业的下脚料89

三、工厂纤维和半纤维素下脚料89

四、城市废纤维物质89

五、亚硫酸盐废液90

六、食品加工业下脚料90

思考与练习题90

第四章 灭菌与空气的净化91

第一节 灭菌91

一、灭菌的方法91

二、湿热灭菌的原理93

三、发酵培养基的灭菌96

四、培养基与设备、管道灭菌条件99

第二节 空气的净化100

一、空气净化的方法100

二、空气净化的流程101

三、空气的过滤除菌原理和介质103

思考与练习题109

第五章 发酵机制与代谢调控110

第一节 厌氧发酵机制与代谢调控111

一、酵母菌的酒精发酵111

二、细菌的酒精发酵114

三、乳酸发酵114

四、甘油发酵115

五、丙酸和丁酸发酵116

六、己酸发酵117

七、甲烷（沼气）发酵117

第二节 好氧发酵与代谢调控118

一、柠檬酸发酵119

二、醋酸发酵122

三、衣康酸发酵122

四、葡萄糖酸发酵123

五、氨基酸发酵123

六、核苷酸发酵130

七、抗生素发酵134

思考与练习题143

第六章 生物反应动力学144

第一节 生物反应过程动力学描述144

一、菌体生长速率144

二、基质消耗速率144

三、代谢产物的生成速率145

第二节 生物反应模式与发酵方法145

一、生物反应动力学分类146

二、发酵方法148

第三节 微生物发酵动力学153

一、分批发酵动力学154

二、补料分批发酵动力学159

三、连续发酵动力学161

第四节 微生物生长代谢过程中的质量平衡164

一、微生物生长代谢过程中基质与产物之间碳元素平衡164

二、微生物生长过程中的碳源平衡165

三、微生物生长代谢过程中的氮平衡166

四、微生物生长代谢过程中的氧平衡167

五、YATP与ATP平衡167

六、通风培养时氧的消耗与ATP数量之间的关系168

第五节 微生物生长代谢过程的数学模型169

一、分批培养微生物生长的数学模型169

二、连续培养微生物生长的数学模型171

三、发酵工艺最优化控制173

思考与练习题174

第七章 生物工艺过程控制175

第一节 发酵过程中的代谢变化与控制参数175

一、初级代谢的代谢变化175

二、次级代谢的代谢变化176

三、发酵过程的主要控制参数178

第二节 温度对发酵的影响及其控制180

一、温度对发酵的影响180

二、影响发酵温度变化的因素180

三、温度的控制181

第三节 pH值对发酵的影响及其控制182

一、pH值对发酵的影响182

二、发酵过程pH值的变化183

三、发酵pH值的确定和控制183

第四节 溶解氧对发酵的影响及其控制185

一、溶解氧对发酵的影响185

二、供氧与微生物呼吸代谢的关系186

三、发酵过程溶解氧的变化188

四、溶解氧浓度控制189

第五节 菌体浓度与基质对发酵的影响及其控制190

一、菌体浓度对发酵的影响及其控制190

二、基质对发酵的影响及其控制191

第六节 CO2和呼吸商193

一、CO2对菌体生长和产物生成的影响193

二、排气中CO2浓度与菌体量、pH值、排气氧之间的关系194

三、呼吸商与发酵的关系195

四、CO2浓度的控制195

第七节 泡沫对发酵的影响及其控制196

一、泡沫的形成及其对发酵的影响196

二、泡沫的消除197

第八节 发酵终点的判断198

一、经济因素199

二、产品质量因素199

三、特殊因素199

第九节 发酵过程检测与自控199

一、发酵传感器201

二、发酵过程其他重要检测技术203

三、发酵过程变量的间接估计205

四、发酵过程自控208

思考与练习题212

第八章 基因工程菌的发酵生产213

第一节 基因工程菌的稳定性213

一、影响质粒稳定性的因素214

二、提高质粒稳定性的措施215

第二节 基因工程菌的培养工艺216

一、培养基的组成与培养条件217

二、基因工程菌发酵的工艺过程217

三、基因工程菌的培养设备218

四、高密度发酵219

第三节 基因工程菌发酵过程的检测与控制222

一、发酵培养的检测与控制参数222

二、生物学参数的检测与控制222

三、物理化学参数的检测与控制224

第四节 工程菌的防护及基因工程产物的提取225

一、基因重组菌外漏的防范225

二、基因工程产物的提取226

思考与练习题227

第九章 发酵生产染菌及其防治228

第一节 染菌对发酵的影响228

一、染菌对不同发酵过程的影响228

二、染菌发生的不同时间对发酵的影响228

三、染菌程度对发酵的影响229

第二节 发酵异常现象及原因分析229

一、种子培养和发酵的异常现象229

二、染菌的检查和判断230

三、发酵染菌原因分析231

第三节 杂菌污染的途径和防治233

一、种子带菌及其防治233

二、空气带菌及其防治233

三、操作失误导致染菌及其防治233

四、设备渗漏或“死角”造成的染菌及其防治234

五、噬菌体污染及其防治235

六、杂菌污染的挽救与处理236

思考与练习题237

第十章 固定化酶与固定化细胞技术238

第一节 固定化酶238

一、固定化酶制备的方法238

二、固定化酶的性质242

三、影响固定化酶性能的因素243

第二节 辅因子的定义、分类及固定化243

一、辅因子的定义及分类243

二、辅因子的固定化244

三、辅酶的再生244

第三节 固定化细胞245

一、固定化细胞分类、形态特征和生理状态245

二、固定化细胞的制备246

三、固定化细胞的效果246

四、培养条件对质粒稳定性、菌体量及克隆基因产物的影响247

第四节 固定化生物催化剂的表征248

一、固定化酶（细胞）的活力248

二、偶联率及相对活力的测定248

三、固定化酶（细胞）的半衰期249

四、载体活化程度和固定化配基密度的测定249

第五节 固定化技术的应用249

一、利用固定化微生物生产各种产物249

二、利用固定化微生物细胞（酶）制造生物传感器250

三、药物控释载体250

四、酶的结构与功能研究252

五、其他方面的应用253

第六节 共固定化技术253

思考与练习题254

第十一章 动植物细胞大规模培养255

第一节 动物细胞的培养255

一、动物细胞的形态255

二、动物细胞培养的应用256

三、动物细胞培养基的组成257

四、动物细胞培养的环境要求258

五、动物细胞培养的方法260

六、动物细胞培养的工艺263

七、细胞培养用生物反应器264

八、细胞代谢267

第二节 植物细胞的培养269

一、植物细胞培养流程269

二、植物细胞培养基的组成270

三、植物细胞培养的方法271

四、植物细胞的大规模培养技术272

五、影响植物细胞培养的因素274

思考与练习题276

第十二章 生物工艺实例简介277

第一节 啤酒生产工艺277

一、啤酒生产原辅料277

二、麦芽制造277

三、麦芽汁制备280

四、啤酒发酵281

第二节 有机酸发酵生产工艺282

一、有机酸的来源与用途282

二、衣康酸的发酵生产工艺283

三、柠檬酸的深层发酵工艺284

第三节 氨基酸生产工艺285

一、氨基酸发酵的工艺控制286

二、谷氨酸生产工艺287

三、赖氨酸生产290

第四节 酶制剂生产工艺291

一、微生物细胞生长与产酶的关系291

二、微生物酶合成的调节与控制292

三、微生物酶的生产条件293

四、酶的提取技术295

五、微生物蛋白酶生产工艺296

六、淀粉酶的生产工艺296

第五节 抗生素生产工艺298

一、抗生素的应用298

二、抗生素生产的工艺过程299

三、青霉素的生产工艺300

第六节 单细胞蛋白生产工艺302

一、SCP生产的一般工艺过程303

二、SCP生产的微生物304

三、生产SCP的基质305

四、单细胞蛋白质的提取和纯化305

第七节 干扰素生产工艺306

一、干扰素概况306

二、干扰素的基本特性及作用特点307

三、干扰素的临床应用307

四、传统人白细胞干扰素IFNα生产工艺308

五、基因工程假单胞杆菌发酵生产干扰素-α2b的工艺过程308

第八节 维生素C生产工艺310

一、莱氏法生产工艺310

二、二步发酵法生产工艺310

思考与练习题312

参考文献313