《微生物工程》按照微生物工程工業(yè)生產(chǎn)流程進行編排，全書共分12章，內(nèi)容包括微生物工程的概念、發(fā)展史、微生物菌種選育的原理和方法、培養(yǎng)基的設計、微生物發(fā)酵過程的基本原理、發(fā)酵過程的參數(shù)控制原理、基因工程菌的培養(yǎng)、動植物和微藻細胞培養(yǎng)、清潔生產(chǎn)、生物煉制，扼要介紹了典型微生物發(fā)酵產(chǎn)品如抗生素、酶制劑、氨基酸、酒精等的生產(chǎn)工藝。《微生物工程》可供師范院校、農(nóng)林院校、綜合性大學的生物工程、生物技術專業(yè)的專業(yè)教材，也可作為生物制藥、食品科學與工程、生物科學等專業(yè)的教學參考書，同時也適合相關領域的專業(yè)人員參考。
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微生物工程具有悠久的歷史，在食品、醫(yī)藥、化工、能源、材料、環(huán)境保護和冶金采礦等領域為人類作出了巨大的貢獻，從生物工程的發(fā)展過程，可以看出微生物工程一直在起帶頭作用，它是現(xiàn)代生物工程的組成部分，是基因工程、酶工程、細胞工程等生物技術實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的橋梁和關鍵技術。近年來隨著基因組學、組合生物合成、蛋白質(zhì)組學、代謝組學等的融人，微生物工程內(nèi)涵也日益豐富，特別是利用代謝組學進行代謝工程研究，結合生物信息學和計算生物學的研究，可達到改造和控制細胞性質(zhì)、提高底物利用及產(chǎn)品收率、促進微生物工程發(fā)展的目的。
由于微生物工程涉及面廣，現(xiàn)有教材各有側重點，適用范圍各異，編寫一部適合高師和理工院校自身實際教學情況同時又能兼顧其他方面內(nèi)容的教材顯得十分重要。正是基于此，在科學出版社上海分社、高等師范院校新世紀教材籌委會的指導倡議下，約請全國部分高師院校、理工大學的老師編寫了本教材，參加編寫的人員都是多年教授本門課程的一線教師。本書的編排格式按照微生物工程工業(yè)生產(chǎn)流程，根據(jù)學科發(fā)展情況新增一些內(nèi)容，全書共分12章，內(nèi)容包括微生物工程的概念、發(fā)展史、微生物菌種選育的原理和方法、培養(yǎng)基的設計、微生物發(fā)酵過程的基本原理、發(fā)酵過程的參數(shù)控制、基因工程菌的培養(yǎng)、動植物和微藻細胞培養(yǎng)、清潔生產(chǎn)、生物煉制，扼要介紹了典型微生物發(fā)酵產(chǎn)品如抗生素、酶制劑、氨基酸、酒精等的生產(chǎn)工藝�？紤]到微生物發(fā)酵產(chǎn)品的分離精制理論和技術在微生物工程下游加工工藝的教科書如《生物分離技術》、《生化分離工程》等已有詳盡的敘述，本書不再介紹，本教材采用了較多的圖和表，以便于教和學；每章附有知識點和復習思考題，希望有助讀者理解和掌握有關概念、原理和方法。
目錄
前言
第1章 微生物工程概論 1
1.1 微生物工程的概念和特點 1
1.1.1 微生物工程的概念 1
1.1.2 微生物工程的特點 2
1.2 微生物工程的發(fā)展簡史 3
1.2.1 微生物工程的自然發(fā)酵時期 4
1.2.2 微生物工程的近代時期——純培養(yǎng)時期 5
1.2.3 微生物工程的發(fā)展時期——深層培養(yǎng)(通氣攪拌)和代謝控制發(fā)酵時期 6
1.2.4 微生物工程的現(xiàn)代時期——基因工程時期 7
1.3 微生物工程的發(fā)展趨勢 8
1.3.1 微生物工程的現(xiàn)狀 8
1.3.2 微生物工程發(fā)展趨勢 9
第2章 工業(yè)微生物菌種的選育及擴大培養(yǎng) 13
2.1 工業(yè)微生物菌種 14
2.1.1 工業(yè)發(fā)酵對微生物菌種的要求 14
2.1.2 工業(yè)微生物常用菌種 14
2.2 工業(yè)微生物菌種的分離和選育 19
2.2.1 工業(yè)微生物菌種的分離與篩選 19
2.2.2 工業(yè)微生物菌種的選育 23
2.3 種子的擴大培養(yǎng) 37
2.3.1 種子擴大培養(yǎng)的作用與目的 37
2.3.2 優(yōu)質(zhì)種子的標準 37
2.3.3 種子擴大培養(yǎng)的工藝流程 37
2.3.4 實驗室菌種擴大培養(yǎng) 37
2.3.5 生產(chǎn)車間菌種擴大培養(yǎng) 38
2.3.6 種子質(zhì)量的檢查 38
2.3.7 影響種子質(zhì)量的因素 39
2.3.8 種子異常分析 39
2.3.9 種子質(zhì)量的控制措施 39
2.4 工業(yè)微生物菌種的保藏 40
2.4.1 斜面保藏法 40
2.4.2 液體石蠟油保藏法 41
2.4.3 干燥保藏法 42
2.4.4 冷凍干燥保藏法 43
2.4.5 真空干燥法 46
2.4.6 液氮超低溫保藏法 46
2.4.7 液相保藏法 46
第3章 工業(yè)微生物的代謝調(diào)節(jié)和代謝工程 48
3.1 微生物的代謝與代謝調(diào)節(jié) 49
3.1.1 微生物代謝 49
3.1.2 微生物代謝調(diào)節(jié)的方式 49
3.1.3 酶活性的調(diào)節(jié) 50
3.1.4 酶合成的調(diào)節(jié) 52
3.2 初級代謝及代謝調(diào)節(jié) 56
3.2.1 初級代謝 56
3.2.2 初級代謝調(diào)節(jié) 56
3.3 次級代謝及次級代謝調(diào)節(jié) 61
3.3.1 次級代謝產(chǎn)物的特征 61
3.3.2 次級代謝產(chǎn)物的類型 62
3.3.3 次級代謝產(chǎn)物的生物合成 63
3.3.4 次級代謝的調(diào)節(jié) 64
3.4 微生物代謝工程及其應用 67
3.4.1 代謝工程概述 68
3.4.2 代謝工程的研究方法 70
3.4.3 代謝工程的應用 72
第4章 培養(yǎng)基的設計與滅菌 76
4.1 工業(yè)微生物培養(yǎng)基的成分 76
4.1.1 碳源 77
4.1.2 氮源 78
4.1.3 能源 79
4.1.4 無機鹽 79
4.1.5 生長因子 80
4.1.6 水分 81
4.2 工業(yè)微生物培養(yǎng)基的種類 82
4.2.1 按培養(yǎng)基成分分類 82
4.2.2 按培養(yǎng)基外觀的物理狀態(tài)分類 83
4.2.3 按培養(yǎng)基的用途分類 84
4.3 工業(yè)微生物培養(yǎng)基的設計和優(yōu)化 86
4.3.1 設計培養(yǎng)基的四個原則 86
4.3.2 設計工業(yè)微生物培養(yǎng)基的三道程序 88
4.4 工業(yè)微生物培養(yǎng)基的滅菌 89
4.4.1 濕熱滅菌法 90
4.4.2 過濾除菌法 93
4.4.3 微波滅菌法 93
第5章 微生物發(fā)酵過程原理 95
5.1 微生物反應動力學概述 96
5.1.1 微生物反應動力學與發(fā)酵過程控制 96
5.1.2 微生物反應過程計量學 96
5.1.3 微生物反應動力學 100
5.2 微生物發(fā)酵操作方式 102
5.2.1 分批式操作 102
5.2.2 補料分批式操作 103
5.2.3 連續(xù)式操作 104
5.2.4 三種操作方式比較 106
5.3 微生物發(fā)酵動力學 106
5.3.1 分批培養(yǎng)動力學 106
5.3.2 補料分批培養(yǎng)動力學 111
5.3.3 連續(xù)培養(yǎng)動力學 113
第6章 發(fā)酵過程工藝的優(yōu)化與控制 120
6.1 溫度對微生物發(fā)酵的影響及控制 121
6.1.1 溫度對發(fā)酵的影響 121
6.1.2 影響發(fā)酵溫度的因素——發(fā)酵熱 122
6.1.3 發(fā)酵過程溫度的控制 123
6.2 pH對發(fā)酵的影響和控制 124
6.2.1 pH對發(fā)酵過程的影響 124
6.2.2 發(fā)酵過程中影響pH變化的因素 125
6.2.3 發(fā)酵過程pH的選擇與控制 125
6.3 溶解氧對發(fā)酵的影響及控制 127
6.3.1 氧的傳質(zhì)阻力與傳質(zhì)方程式 127
6.3.2 影響氧傳遞速率的主要因素 129
6.3.3 發(fā)酵液中溶解氧濃度的控制 133
6.4 基質(zhì)濃度控制 134
6.4.1 基質(zhì)濃度對發(fā)酵的影響 134
6.4.2 補料的方式及控制 134
6.5 二氧化碳對發(fā)酵的影響及控制 138
6.5.1 二氧化碳對發(fā)酵的影響 138
6.5.2 二氧化碳濃度的控制 139
6.5.3 呼吸商與發(fā)酵的關系 139
6.6 泡沫對發(fā)酵的影響及控制 140
6.6.1 泡沫對發(fā)酵的影響 140
6.6.2 泡沫的形成和性質(zhì) 140
6.6.3 發(fā)酵過程中泡沫的消長規(guī)律 140
6.6.4 泡沫的控制 141
6.7 發(fā)酵過程的優(yōu)化與控制 144
6.7.1 發(fā)酵過程的優(yōu)化 144
6.7.2 發(fā)酵過程自控 146
第7章 發(fā)酵染菌及其防治 149
7.1 染菌對發(fā)酵生產(chǎn)的影響 150
7.1.1 染菌對不同產(chǎn)品發(fā)酵過程的影響 150
7.1.2 不同時間發(fā)生染菌對發(fā)酵的影響 150
7.1.3 染菌程度對發(fā)酵的影響 151
7.2 發(fā)酵染菌的途徑分析 151
7.2.1 發(fā)酵染菌后的異常表現(xiàn) 151
7.2.2 染菌的檢查判斷 153
7.2.3 染菌原因分析 155
7.3 發(fā)酵染菌原因及防治對策 156
7.3.1 種子帶菌及防治 156
7.3.2 空氣帶菌及防治 157
7.3.3 操作失誤導致染菌及其防治 159
7.3.4 設備因素造成的染菌及其防治 163
7.3.5 噬菌體的污染及防治 165
第8章 基因工程菌的培養(yǎng) 168
8.1 概述 169
8.2 宿主 載體系統(tǒng) 169
8.2.1 宿主系統(tǒng) 169
8.2.2 表達系統(tǒng) 169
8.2.3 微生物表面表達系統(tǒng) 170
8.2.4 低等真核細胞 170
8.2.5 哺乳動物細胞 171
8.3 基因工程菌生產(chǎn)的特性 171
8.3.1 基因工程菌的不穩(wěn)定性 171
8.3.2 分離丟失 172
8.3.3 質(zhì)粒結構不穩(wěn)定性 172
8.3.4 宿主細胞突變 172
8.4 重組大腸埃希菌的高密度培養(yǎng)策略 172
8.4.1 控制基質(zhì)濃度流加 173
8.4.2 恒pH流加 173
8.4.3 恒溶氧流加 173
8.4.4 控制比生長速率的葡萄糖流加 173
8.4.5 D-氨基酸氧化酶在大腸埃希菌中高效表達 174
8.5 基因工程菌生長與表達的影響因素 174
8.5.1 溶氧濃度對工程菌發(fā)酵的影響 175
8.5.2 pH對工程菌生長和表達的影響 175
8.5.3 誘導時間對外源蛋白表達的影響 176
8.5.4 誘導時機對表達的影響 176
8.5.5 乙酸對生長和表達的影響 177
8.6 畢赤酵母(Pichia pastoris)表達策略 178
8.6.1 酵母作為宿主菌的優(yōu)點 178
8.6.2 三角酵母D-氨基酸氧化酶在畢赤酵母中表達 179
8.6.3 重組質(zhì)粒 179
8.6.4 重組畢赤酵母菌株發(fā)酵 179
8.6.5 重組菌株在5L發(fā)酵罐中培養(yǎng) 180
第9章 植物動物細胞和微藻培養(yǎng) 183
9.1 植物細胞培養(yǎng) 183
9.1.1 概述 183
9.1.2 植物細胞培養(yǎng)方法 185
9.1.3 植物細胞規(guī)模培養(yǎng)技術 187
9.2 微藻細胞培養(yǎng) 193
9.2.1 概述 193
9.2.2 微藻的培養(yǎng) 197
9.2.3 微藻的大規(guī)模培養(yǎng) 202
9.3 動物細胞培養(yǎng) 208
9.3.1 動物細胞培養(yǎng)的發(fā)展歷史 209
9.3.2 動物細胞的特征 210
9.3.3 培養(yǎng)基 212
9.3.4 動物細胞系的獲得與保存 215
9.3.5 動物細胞培養(yǎng)方法 217
9.3.6 動物細胞培養(yǎng)生物反應器 218
9.3.7 動物細胞培養(yǎng)過程參數(shù)的控制與檢測 220
第10章 生物煉制 222
10.1 生物煉制概述 223
10.1.1 生物煉制的基本定義 223
10.1.2 生物煉制與石油煉制 223
10.2 生物煉制系統(tǒng) 225
10.2.1 木質(zhì)纖維素原料的生物煉制 226
10.2.2 全谷物生物煉制 229
10.2.3 綠色生物煉制 230
10.3 生物煉制的核心技術 231
10.3.1 微生物細胞工廠 231
10.3.2 系統(tǒng)生物技術 233
10.3.3 五碳糖和六碳糖的等效代謝 234
10.4 生物基化學品制備技術 235
10.4.1 乙醇脫水技術 235
10.4.2 L-乳酸提取技術 236
第11章 微生物工程清潔生產(chǎn) 239
11.1 清潔生產(chǎn)的由來 240
11.2 清潔生產(chǎn)的基本概念 240
11.2.1 清潔生產(chǎn)的定義 240
11.2.2 清潔生產(chǎn)的目標 242
11.2.3 清潔生產(chǎn)的內(nèi)容 242
11.2.4 清潔生產(chǎn)的特征 244
11.2.5 實施清潔生產(chǎn)的意義 244
11.3 清潔生產(chǎn)國內(nèi)外發(fā)展概況 245
11.3.1 國際發(fā)展概況 245
11.3.2 國內(nèi)發(fā)展概況 245
11.4 清潔生產(chǎn)與微生物工程可持續(xù)發(fā)展 246
11.4.1 可持續(xù)發(fā)展的基本概念 246
11.4.2 微生物工程清潔生產(chǎn)與可持續(xù)發(fā)展 246
11.5 微生物工程清潔生產(chǎn)的基本對策 247
11.5.1 更新觀念 247
11.5.2 研究開發(fā)和推廣新型清潔生產(chǎn)技術 248
11.5.3 發(fā)展新型環(huán)保技術 248
11.5.4 限制有毒、有害化學品的生產(chǎn)和使用 248
11.5.5 實施資源化工程 248
11.5.6 開展企業(yè)清潔生產(chǎn)審核 249
11.6 清潔生產(chǎn)審核 249
11.6.1 清潔生產(chǎn)審核的定義 249
11.6.2 清潔生產(chǎn)審核類型 249
11.6.3 清潔生產(chǎn)審核標準 249
11.6.4 微生物工程行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標體系 249
11.7 微生物制藥行業(yè)的清潔生產(chǎn)實例 250
11.7.1 微生物制藥行業(yè)概況 250
11.7.2 微生物制藥行業(yè)存在的主要環(huán)境問題 250
11.7.3 微生物制藥行業(yè)清潔生產(chǎn)審核實例 251
第12章 微生物工程生產(chǎn)實例簡介 254
12.1 酒精發(fā)酵工藝 254
12.1.1 酒精性質(zhì)與用途 255
12.1.2 酒精生產(chǎn)概況 255
12.1.3 發(fā)酵法生產(chǎn)酒精機制 255
12.1.4 酒精發(fā)酵常用的微生物 256
12.1.5 酒精的生產(chǎn)原料與輔料 257
12.1.6 酒精生產(chǎn)工藝 258
12.1.7 酒精發(fā)酵工藝中的新技術 262
12.2 氨基酸生產(chǎn)工藝 263
12.2.1 氨基酸的用途 265
12.2.2 氨基酸的生產(chǎn)方法 266
12.2.3 氨基酸的發(fā)酵生產(chǎn)過程 267
12.2.4 谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)工藝 272
12.3 微生物酶制劑生產(chǎn)工藝 279
12.3.1 概述 279
12.3.2 酶制劑生產(chǎn)過程 282
12.3.3 酶制劑產(chǎn)品生產(chǎn)工藝及其工藝操作的關鍵點 284
12.4 抗生素生產(chǎn)工藝 291
12.4.1 概述 292
12.4.2 抗生素生產(chǎn)的一般工藝過程 302
12.4.3 頭孢菌素C生產(chǎn)工藝 305
12.5 廢水微生物處理技術 313
12.5.1 概述 313
12.5.2 赤霉素生產(chǎn)廢水處理工藝 315
12.5.3 乳酸生產(chǎn)廢水處理工藝 317
參考文獻 320
以微生物為基礎的發(fā)酵技術，首先必須具備優(yōu)良的生產(chǎn)菌種.在生產(chǎn)實踐中，菌種的來源是多方面的，有了菌種還要改造與提高，使之更加符合人們的要求。所以，要對工業(yè)微生物菌種進行選育。育種的目的是使微生物菌種的生長代謝符合人們生產(chǎn)的要求，然后應用于工業(yè)生產(chǎn)，為人類服務，為企業(yè)產(chǎn)生效益。
各類微生物廣泛存在于包括土壤、空氣、水和各種動植物表面和部分器官的自然界中。在長期的進化過程中，微生物與其他生物一樣，經(jīng)受著各種環(huán)境條件（包括各種十分弱的誘發(fā)突變的物理、化學甚至生物因子）的考驗，最后適者生存，形成了由各種微生物物種組成的微生物資源。因此人們可以從這些環(huán)境中直接分離那些為適應環(huán)境而建立了非常完善的或特殊的代謝調(diào)控能力的微生物，通過進一步篩選，用于工業(yè)生產(chǎn)，或作為出發(fā)菌株，選育高產(chǎn)或特殊代謝產(chǎn)物的菌種，即工業(yè)微生物的分離與篩選。這是獲得各種工業(yè)微生物優(yōu)良菌種的重要手段與有效途徑之一。另外，也常被用作發(fā)酵工業(yè)日常生產(chǎn)過程對菌種進行純化復壯的有效手段。人們應該盡量采用從自然界直接分離獲得的符合目的的微生物菌種，因為它們的遺傳性狀往往是十分穩(wěn)定的。但是微生物的自然資源因突變率低，且不定向而難以滿足人類生產(chǎn)的需要。所以為了加快微生物的定向進化，就必須主動改造微生物，即微生物的育種。隨著科學研究技術的不斷發(fā)展，微生物的育種已越來越成為發(fā)酵工業(yè)獲得優(yōu)良生產(chǎn)菌種的重要手段。
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