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第一篇 总论3

第一章 绪论3

一、发酵工程的沿革3

二、现代生物技术的兴起与发酵工程的进展6

三、微生物发酵工业产品类型8

四、发酵培养方法与过程12

第二章 菌种选育理论与技术15

第一节 自然选育16

一、菌种退化与变异原因17

二、自然选育的方法18

第二节 诱变育种18

一、突变诱发过程19

二、诱变育种方案的设计22

三、突变的诱发23

四、突变株的筛选25

五、突变高产基因的表达32

第三节 杂交育种33

一、细菌的杂交育种33

二、放线菌的杂交育种34

三、霉菌的杂交育种36

第四节 原生质体技术39

一、原生质体制备39

二、原生质体的融合41

三、融合子的选择41

四、原生质体的再生41

六、原生质体再生与常规诱变相结合43

五、原生质体的诱变43

七、灭活原生质体融合技术在育种中的应用44

第五节 分子生物学在菌种选育中的应用44

一、链霉菌的基本生物学特性44

二、链霉菌的基因克隆45

三、用基因工程肓种技术生产氨基酸48

第三章 培养基49

第一节 概述49

一、培养基组成49

二、培养基组成影响细胞分化和产物形成49

三、配制工业发酵培养基的一般要求52

第二节 培养基的成分52

一、碳源53

二、氮源54

三、无机盐和微量元素56

四、水57

五、前体57

六、消沫剂57

七、其他成分58

第三节 培养基的种类与选择58

一、培养基的种类58

二、培养基的设计59

三、培养基的筛选61

第四节 影响培养基质量的因素61

一、原材料质量的影响61

三、灭菌的影响63

二、水质的影响63

四、pH的影响64

五、其他影响因素64

第四章 灭菌与除菌70

第一节 灭菌的基本原理70

一、几种常用灭菌方法的基本原理70

二、湿热灭菌的原理71

第二节 培养基和发酵设备的灭菌73

一、培养基灭菌温度的选择73

二、培养基的灭菌方法75

三、发酵设备的灭菌79

第三节 空气除菌80

一、空气除菌的方法80

二、介质过滤除菌的机制82

三、空气过滤除菌的工艺流程84

第四节 无菌检查与染菌的处理86

一、无菌检查86

二、污染杂菌及其处理87

三、污染噬菌体及其处理88

第五节 制服染菌的要点89

一、染菌原因的分析90

二、制服染菌的要点90

第五章 生产菌种的制备和保藏92

第一节 生产菌种的制备过程92

一、孢子制备92

二、种子制备93

一、影响孢子质量的因素及其控制94

第二节 生产菌种的质量控制94

二、影响种子质量的因素及其控制96

第三节 生产菌种的保藏99

一、菌种保藏的目的与原理99

二、菌种的复壮101

三、国内外主要菌种保藏机构简介102

第六章 发酵过程中的通气与搅拌104

第一节 发酵过程中氧的需求104

一、微生物对氧的需求104

二、氧在液体中的溶解特性106

三、影响微生物需氧量的因素107

第二节 氧在溶液中的传递108

一、氧传递的阻力108

二、氧的传递方程式109

第三节 发酵液的流变学110

一、液流类型110

二、发酵液的流变学112

第四节 影响供氧的因素113

一、影响氧传递推动力的因素113

二、影响液相体积氧传递系数KLα的因素114

第五节 液相体积氧传递系数KLα的测定117

一、发酵液中溶解氧浓度的测定118

二、摄氧率的测定118

三、液相体积氧传递系数KLα的测定118

第七章 发酵过程的控制121

第一节 微生物发酵类型121

二、需氧发酵与厌氧发酵122

一、分批发酵、补料分批发酵与连续发酵122

三、生长偶联型、部分生长偶联型和非生长偶联型发酵123

第二节 发酵过程的工艺参数控制124

一、物理参数125

二、化学参数125

三、生物参数126

第三节 发酵过程中的代谢变化127

一、初级代谢产物发酵的代谢变化127

二、次级代谢产物发酵的代谢变化128

第四节 菌体浓度的影响及其控制129

一、影响菌体生长的因素130

二、菌浓对初级代谢和次级代谢的影响130

一、碳源的影响和控制131

第五节 营养基质的影响及其控制131

二、氮源的影响和控制132

三、磷酸盐的影响和控制133

第六节 温度的影响及其控制134

一、温度对发酵的影响134

二、影响发酵温度变化的因素135

三、温度的控制136

第七节 pH的影响及其控制137

一、pH对发酵的影响137

二、发酵pH的变化138

三、发酵pH的确定和控制138

第八节 溶氧的影响及其控制141

一、溶氧对发酵的影响141

二、发酵过程的溶氧变化142

三、溶氧浓度的控制143

第九节 二氧化碳的影响及其控制144

一、二氧化碳对发酵的影响144

二、二氧化碳浓度的控制145

第十节 补料分批发酵146

一、补料分批发酵的作用146

二、补料的方式和控制147

第十一节 泡沫的影响及其控制148

第十二节 发酵终点的判断151

一、发酵动力学研究的内容153

二、研究发酵动力学的方法153

第一节 概论153

第八章 发酵动力学153

三、发酵动力学与过程优化控制154

第二节 质量和能量的平衡155

一、得率与维持因数155

二、有机化合物中的化学能158

三、发酵过程的化学计量式159

四、质量平衡162

五、能量平衡164

六、质量平衡和能量平衡的统一166

第三节 微生物生长与产物合成动力学167

一、微生物生长动力学167

二、产物合成动力学170

第四节 发酵过程动力学模拟与优化171

一、分批发酵171

二、连续发酵177

三、动力学参数的确定181

四、补料分批发酵过程的优化185

第九章 发酵过程检测与自控188

第一节 发酵检测188

一、概述188

二、发酵传感器191

三、发酵过程其他重要检测技术199

四、发酵过程检测的可靠性204

第二节 发酵过程变量的间接估计205

一、与基质消耗有关变量的估计205

二、与呼吸有关变量的估计206

三、与传质有关变量的估计207

四、与细胞生长有关变量的估计208

第三节 发酵过程自控213

一、基本自控系统214

二、发酵自控系统的硬件结构217

第十章 微生物代谢产物的生物合成与调控220

第一节 微生物初级代谢产物的生物合成与调控221

一、微生物生物合成的初级代谢产物221

二、初级代谢产物生物合成中的主要调控机制221

第二节 微生物次级代谢产物的生物合成与调控229

一、次级代谢与初级代谢的关系229

二、微生物合成的次级代谢产物的基本特征231

三、次级代谢产物的构建单位的生源说和生物合成232

四、次级代谢产物生物合成的基本过程239

五、次级代谢产物生物合成的主要调控机制241

六、编码次级代谢产物生物合成酶的基因表达调节252

第十一章 发酵过程的实验室研究、中试和放大260

第一节 实验室研究260

一、实验设备260

二、摇瓶实验263

三、实验室研究和统计学方法265

第二节 微生物摇瓶与发酵罐培养的差异和发酵规模改变的影响271

一、摇瓶和发酵罐培养的差异271

二、发酵罐规模改变的影响273

第三节 发酵规模的缩小和放大274

一、放大的过程274

二、放大的理论基础274

三、放大的准则275

四、放大(或缩小)的方法276

第十二章 发酵工业与环境保护284

第一节 基本概念与治污意义284

一、基本概念284

二、治污意义285

第二节 污水处理方法概论286

一、生物处理法的分类286

二、好氧生物处理的原理287

三、厌氧消化处理的原理289

四、生物处理装置293

第三节 发酵废液的处理298

一、发酵废液的特征298

二、发酵废液的处理方法299

第四节 发酵工业废渣的处理299

一、废菌丝气流干燥工艺流程300

三、废菌丝焚烧工艺流程301

二、废菌丝厌氧消化工艺流程301

第十三章 发酵过程经济学302

第一节 发酵成本的构成及影响因素302

一、发酵成本的构成302

二、影响发酵成本的因素304

第二节 发酵成本的控制及过程的经济学评价309

一、降低原材料成本309

二、节能311

三、提高设备利用率314

四、发酵过程的经济学评价315

第一节 概述321

一、发展概况321

第十四章 β-内酰胺类抗生素的生物合成与发酵321

第二篇 分论321

二、作用机制323

三、临床应用的主要β-内酰胺类抗生素323

第二节 青霉素327

一、天然存在的青霉素327

二、菌株改良与保存327

三、青霉素的发酵生产328

四、青霉素的生物合成途径与代谢调控331

第三节 头孢菌素C335

一、生物合成与代谢调控335

二、菌种选育与保存337

三、发酵过程优化338

四、7-ACA的酶法制备与直接发酵生产340

第四节 其他重要的β-内酰胺类抗生素341

一、头霉素341

二、噻纳霉素342

三、克拉维酸343

第十五章 四环素类抗生素的生物合成与发酵347

第一节 概述347

第二节 四环素类抗生素的生物合成348

第三节 四环素类抗生素的发酵生产349

第十六章 大环内酯类(包含蒽环类)抗生素的生物合成与发酵354

第一节 概述354

二、生物合成356

一、生产菌种356

第二节 红霉素356

三、发酵生产357

第三节 柱晶白霉素与螺旋霉素360

一、生物合成360

二、发酵生产363

第四节 泰乐星364

一、生物合成364

二、发酵生产364

第五节 阿弗菌素365

一、生物合成365

二、发酵生产367

第六节 利福霉素367

一、生物合成368

二、发酵生产369

第七节 阿克拉霉素和柔红霉素371

一、生物合成373

二、发酵生产374

第十七章 氨基糖苷类抗生素的生物合成与发酵377

第一节 概述377

第二节 链霉素族抗生素379

一、链霉素的生物合成380

二、发酵生产383

第三节 新霉素族抗生素384

一、新霉素的生物合成385

二、发酵生产387

一、卡那霉素的生物合成388

第四节 卡那霉素族抗生素388

二、发酵生产389

第五节 庆大霉素族抗生素389

一、庆大霉素的生物合成390

二、发酵生产391

第六节 基他氨基糖苷类抗生素393

一、妥布霉素393

二、广谱抗生素10670393

第十八章 聚醚类抗生素394

第一节 概述394

一、聚醚类抗生素的化学结构394

二、生物合成396

三、产生菌398

一、莫能菌素的生物合成399

第二节 莫能菌素399

第三节 盐霉素400

二、发酵生产400

第十九章 肽类及其他抗生素的生物合成与发酵402

第一节 肽类抗生素概述402

一、基本概念与结构特征402

二、生物合成402

三、产生菌403

四、发酵生产404

五、用途405

六、新的研究进展405

第二节 杆菌肽406

一、杆菌肽406

三、杆菌肽(锌)的发酵生产408

二、杆菌肽锌408

第三节 多粘菌素409

第四节 林可霉素410

一、林可霉素的生物合成411

二、发酵生产411

第五节 万古霉素413

第六节 赤霉素414

一、赤霉素的生物合成415

二、发酵生产416

第七节 创新霉素419

第八节 链阳性菌素421

第九节 青蒿素422

第一节 概述425

第二十章 氨基酸的生物合成与发酵425

一、氨基酸的生产方法426

二、氨基酸产生菌的选育428

三、氨基酸发酵的代谢控制432

第二节 门冬氨酸衍生的氨基酸437

一、赖氨酸437

二、苏氨酸438

第三节 分支氨基酸441

一、异亮氨酸、亮氨酸和缬氨酸的生物合成途径441

二、异亮氨酸发酵441

三、亮氨酸发酵442

一、生产菌种以及生物合成代谢途径和调节443

第四节 芳香族氨基酸443

二、发酵与影响因素444

第二十一章 维生素446

第一节 维生素C446

一、概述446

二、生产方法447

第二节 维生素B2451

一、概述451

二、产生菌452

三、发酵生产452

四、生物合成453

第三节 维生素B12455

一、概述455

三、生产概况456

二、产生菌456

四、生物合成457

第四节 其他维生素457

一、麦角甾醇(维生素D原)457

二、β-胡萝卜素457

第二十二章 核苷与核苷酸461

第一节 概论461

一、核酸类物质的生产方法462

二、核苷酸的生物合成及其调节463

第二节 肌苷和肌苷酸的生产468

一、肌苷发酵机制与生产菌种的选育469

二、肌苷发酵条件470

三、直接发酵法生产5’-IMP470

一、AMP的生产471

第三节 三磷酸腺苷发酵471

二、微生物磷酸化方法472

第二十三章 药用酶与酶抑制剂474

第一节 概述474

一、优良产酶菌种的标准475

二、产酶菌种的筛选475

三、组成型突变株的选育477

四、酶的发酵生产478

第二节 淀粉酶和糖化酶481

一、概述481

二、微生物淀粉酶的主要类别及其作用特点481

三、淀粉水解酶的应用482

二、产酶菌种的筛选483

一、产酶菌种483

第三节 蛋白酶483

三、环境因子对产酶的影响484

四、培养基对产酶的影响485

第四节 青霉素酰化酶485

一、产酶菌种486

二、产酶菌种的筛选487

三、青霉素酰化酶的生产488

第五节 辅酶A490

一、辅酶A的生物合成途径490

二、辅酶A的生产490

一、概述492

二、微生物产生的具有降血脂作用的酶抑制剂492

第六节 酶抑制剂492

三、微生物产生的具有降血压作用的酶抑制剂495

四、微生物产生的具有抗血栓作用的酶抑制剂496

五、微生物产生的具有抗肿瘤作用的酶抑制剂496

六、微生物产生的抑制HIV复制的抑制剂498

七、微生物产生的其他的酶抑制剂501

第二十四章 微生物来源的几类生理活性物质503

第一节 免疫调节剂503

一、微生物来源的免疫抑制剂503

二、微生物来源的免疫增强剂513

第二节 微生物来源的受体拮抗剂515

一、微生物来源的具有降血压作用的受体拮抗剂515

二、微生物来源的具有抗血栓作用的受体拮抗剂519

四、微生物来源的作用于神经系统的受体拮抗剂521

三、微生物来源的具有抗炎作用的受体拮抗剂521

五、微生物来源的其他受体拮抗剂523

第三节 药用多糖524

一、真菌多糖524

二、多抗甲素525

三、右旋糖酐526

第四节 微生物来源的其他生理活性物质527

一、微生物来源的抗氧化剂527

二、微生物来源的神经营养因子类物质528

三、微生物来源的植物生长调节剂528

四、微生物来源的具有刺激细胞纤维蛋白溶解作用的生理活性物质529

第一节 微生物转化的应用530

一、生产某些重要的中间体或药物530

第二十五章 微生物转化530

二、对化合物结构进行修饰531

三、生产新的化合物531

四、生产手性药物和手性中间体531

五、药物代谢方面的研究532

第二节 微生物转化的特点和类型532

一、微生物转化的特点532

二、微生物转化的反应类型533

第三节 甾类激素的微生物发酵536

一、甾类化合物简介536

二、甾类激素生产的原料和基本过程538

三、微生物转化的发酵工艺539

第四节 大环内酯类抗生素的微生物转化542

一、微生物转化反应543

二、用于转化的微生物544