微生物工程工艺原理.pdf

1、21世纪生物科学与工程系列教材微生物工程工艺原理（第二版）姚汝华 主编华南理工大学出版社广州内容简介本书被轻工总会全国高校发酵工程专业教材委员会评定为全国高校发酵工程专业通用教材。该书将各种工艺学的共性理论按单元操作归纳并组成一个崭新体系，系统地介绍了微生物工程的艺原理和生产技术。全书共五篇（十六章），主要内容包括微生物工业菌种与培养基、发酵机制、发酵工艺过程的控制、发酵产物的提取与精制、微生物工程相关的技术与经济学等。本书适合于高等院校生物、发酵、食品等专业的师生以及科研、设计部门和生产企业的工程技术人员学习参考使用。图书在版编目（CIP）数据微生物工程工艺原理桙姚汝华主编 版广州：华南理工

2、大学出版社， （世纪生物科学与工程系列教材）ISBN X畅微 畅姚 畅微生物生物工程 畅TQ中国版本图书馆CIP数据核字（）第号总发行：华南理工大学出版社（广州五山华南理工大学号楼，邮编）发行部电话： （传真）E唱mail ：scut202 scut畅edu畅cn http ：桙桙www畅scutpress畅com畅cn责任编辑：胡 元 张 颖印刷者：广东省农垦总局印刷厂开 本： 桙 印张： 字数：千版 次：年月第版第次印刷印 数： 册定 价： 元版权所有 盗版必究前 言枟微生学工程工艺原理枠原是一本供华南理工大学生物化工专业试用，并供从事微生物工业生产的科研人员参考的材料，自年使用以来，已有

3、年，反映较好。编者根据当前这门学科的发展对原材料进行了改编，并被轻工总会全国高校发酵工程专业教材委员会评定为全国高校发酵工程专业通用教材。本书根据发酵工程专业课程体系改革的精神，将各种工艺学的共性理论按单元操作归纳组成新体系，系统地介绍微生物工程的工艺原理和生产技术。全书共有六篇（二十章），主要内容包括绪论、微生物工业菌种与培养基、发酵机制、发酵工艺过程的控制、工业发酵染菌的防治和灭菌、发酵产物的提取与精制以及与微生物工程相关的技术与经济学等内容。本书由姚汝华教授主编，云逢霖副教授参与编写。其中第二、第四篇为云逢霖副教授编写，其余各篇、章及绪论由姚汝华教授编写。在改编过程中，编者结合年来微生物

4、工业的理论和应用的新进展，对原试用教材进行了修改，补充了新内容，力求反映新的进展。本教材曾经陈连就教授审阅并提供了许多宝贵意见，在此特表示衷心感谢和深切缅怀。另外，苏正定、梁杰和路福平等同志在协助本书的出版方面做了不少工作，在此也一并致以谢意。由于编者水平所限，一定存在不足之处，恳切希望读者提出宝贵意见，以便今后进一步修正提高。编 者再版前言十几年前在写枟微生物工程工艺原理枠（第一版）教材时，没想到它在年正式出版后能够得到微生物工程相关专业的师生和工程技术人员的普遍接受和认可，随后被轻工总会全国高校发酵工程专业教材委员会评定为全国高校发酵工程专业通用教材。以后历经多次印刷，发行两万余册。枟微生

5、物工程工艺原理枠（第二版）由姚汝华教授主编，周世水博士改编。姚汝华教授根据教材应“与时俱进”的精神和科学发展的观点，结合近几年微生物工程工艺的理论发展和微生物工业的应用新进展及其可持续发展，对原版教材进行了重新编写。在改编过程中有针对性地调整了篇章结构及相关章节的内容，删除旧内容，补充大量新内容，将理论与生产实践相结合，力求能够反映本学科的最新进展，以增强本书的理论性、新颖性和实用性。本书结合当前学科发展，是华南理工大学微生物工程专业多年来教学经验的总结，并根据发酵工程专业课程体系改革的精神，将微生物工程工艺学涉及的各种共性理论按单元操作进行分类并归纳成一崭新体系，系统地介绍了微生物工程的工艺

6、原理和生产技术。全书由年原版（第一版）的六篇（共二十章）内容改编成为年新版（第二版）的五篇（共十六章）内容，主要内容包括微生物工业菌种与培养基、微生物发酵机制、发酵工艺过程的控制、发酵产物的提取与精制和微生物工程相关的技术与经济学等内容。新的篇章安排更突出内容的相关性、条理性和连贯性。枟微生物工程工艺原理枠（第二版）的改编主旨是：突出主要内容，以发酵机制、发酵工艺过程的控制、发酵产物的提取与精制三篇为重点篇章和教学核心内容，超过全书篇幅的四分之三。同时，为增强本书内容的系统性，还阐述了菌种的保藏与选育、培养基的制备与灭菌等基本内容。为涵盖相关发展技术及其内容，修订和简化了固定化技术和废水生物法

7、处理等内容；为了提高工程技术人员的经济观念和生产成本观念，重新编写了发酵经济学一章。云逢霖教授参与了第一版的编写，赵继伦副教授、刘耘副教授在改编过程中提出了宝贵意见，在此表示衷心感谢！由于编者水平所限，难免存在疏漏和不足之处，恳请读者提出宝贵意见，以便今后进一步修改和提高。年于广州华南理工大学目 录绪 论（）一、微生物工程的特征（）二、微生物工程发展史（）三、微生物工业的范围（）四、国内外微生物工业概况及其发展趋势（）五、“微生物工程工艺原理”的课程任务与内容（）第一篇 微生物工业菌种与培养基第一章 菌种与种子扩大培养（）第一节 微生物工业用菌种（）一、微生物工业对菌种的要求（）二、工业上常用

8、的微生物（）三、菌种保藏（）四、菌种选育（）五、防止菌种退化的措施（）第二节 种子扩大培养（）一、种子扩大培养的任务（）二、工业微生物的培养类型（）三、影响种子质量的主要因素（）第二章 培养基的制备与灭菌（）第一节 培养基的原材料（）一、培养基的营养成分（）二、培养基的类型（）三、发酵培养基的选择（）四、原料转换及意义（）第二节 淀粉水解糖的制备（）一、淀粉水解糖的制备方法（）二、淀粉酸水解理论基础（）第三节 糖蜜的前处理（）一、糖蜜的来源与特点（）二、糖蜜前处理的方法（）三、谷氨酸发酵的糖蜜预处理（）第四节 纤维素代粮发酵（）一、纤维素的结构（）二、纤维素的化学反应特点（）三、纤维素的酶反应

9、特点（）第五节 前体物质与促进剂（）一、生物合成的前体物质（）二、发酵过程中的促进剂和抑制物（）第六节 培养基灭菌（）一、灭菌与消毒在发酵工业中的应用（）二、灭菌方法（）三、加热灭菌原理（）四、影响培养基灭菌的其他因素（）五、培养基灭菌时间的计算（）六、分批灭菌和连续灭菌的比较（）七、培养基灭菌条件（）第二篇 发酵机制第三章 糖嫌气性发酵产物积累机制（）第一节 糖酵解途径的特点及调节机制（）一、糖酵解途径的特点（）二、糖酵解的调节机制（）第二节 酒精发酵机制（）一、乙醇生成机制（）二、巴斯德效应（）三、酒精发酵副产物的生成（）第三节 甘油的合成机制（）第四节 乳酸发酵机制（）一、同型乳酸发酵（

10、）目 录二、异型乳酸发酵（）第四章 柠檬酸发酵机制（）一、柠檬酸生物合成途径（）二、柠檬酸生物合成的代谢调节（）三、乙醛酸循环和醋酸发酵柠檬酸（）第五章 氨基酸发酵机制（）第一节 氨基酸发酵的代谢调控（）第二节 谷氨酸发酵机制（）一、谷氨酸生物合成途径及调节机制（）二、细胞膜通透性控制（）三、菌种选育模型（）第三节 赖氨酸发酵机制（）一、赖氨酸生物合成途径（）二、细菌中赖氨酸生物合成的调节机制（）三、酵母和霉菌的赖氨酸生物合成途径和调节机制（）四、赖氨酸生产菌的育种途径（）第四节 色氨酸发酵机制（）一、色氨酸生物合成途径（）二、色氨酸生物合成的调节机制（）三、色氨酸生产菌的育种途径（）第五节

11、亮氨酸发酵机制（）一、亮氨酸生物合成途径（）二、亮氨酸生物合成的调节机制（）三、亮氨酸高产菌株的育种途径（）第六节 精氨酸发酵机制（）一、精氨酸生物合成途径（）二、精氨酸生物合成的调节机制（）三、精氨酸生产菌的育种途径（）第六章 核酸类物质的发酵机制（）第一节 核苷酸的生物合成途径（）一、嘌呤核苷酸的全合成途径（）二、嘌呤核苷酸生物合成系的突变株（）三、嘧啶核苷酸的全合成途径（）四、核苷酸生物合成的补救途径（）第二节 嘌呤核苷酸生物合成的代谢调节机制及育种途径（）一、嘌呤核苷酸生物合成的调节机制（）二、细胞膜通透性调节（）三、嘌呤核苷及核苷酸产生菌的育种途径（）第三节 嘧啶核苷酸生物合成的调节

12、机制（）第七章 抗生素的发酵机制（）第一节 抗生素的生物合成（）一、微生物的次级代谢与初级代谢的关系（）二、抗生素的生物合成类型（）三、几种抗生素的生物合成（）第二节 抗生素生物合成的调节机制（）一、细胞生长期到抗生素产生期的过渡（）二、酶的诱导作用（）三、分解代谢产物的调节控制（）四、磷酸盐的调节（）五、NH的抑制作用（）六、初级代谢调节对次级代谢的作用（）七、次级代谢的反馈抑制（）八、次级代谢的能荷调节（）微生物工程工艺原理第三篇 发酵工艺过程的控制第八章 发酵动力学（）第一节 微生物生长代谢过程中的质量平衡（）一、微生物生长代谢过程中的碳平衡（）二、微生物生长代谢过程中的ATP循环与氧平

13、衡（）三、微生物生长代谢过程中的氮平衡（）第二节 微生物发酵的动力学（）一、分批培养（）二、补料分批培养（）三、连续培养（）第三节 微生物生长代谢过程数学模型的建立（）一、连续培养时微生物生长的数学模型（）二、分批培养时微生物生长的数学模型（）三、谷氨酸发酵的数学模型（）四、数学模型与优化控制（）第九章 发酵供氧（）第一节 微生物需氧和溶解氧的控制（）一、供氧与微生物呼吸及代谢产物的关系（）二、微生物的临界氧浓度（）三、发酵过程溶解氧的变化（）四、溶解氧控制的意义（）第二节 传质理论（）一、氧的传递途径与传质阻力（）二、气体溶解过程的双膜理论（）三、氧传质方程式（）第三节 影响氧传递速率的主要

14、因素（）一、搅拌（）二、空气线速度（）三、空气分布管（）四、氧的分压（）五、发酵罐内液柱高度（）六、发酵罐体积（）七、发酵液的物理性质（）第四节 溶氧系数的测定（）一、亚硫酸盐氧化法（）二、取样极谱法（）三、排气法（）四、复膜电极测定KL 和氧分析仪测定KG （）五、溶氧系数的换算（）第五节 溶解氧的测量和控制（）一、溶解氧连续检测的意义（）二、溶解氧连续测定在发酵控制上的应用（）第六节 空气除菌（）一、空气中的微生物（）二、空气除菌的方法（）三、介质过滤除菌（）四、空气过滤器（）五、空气预处理流程（）第十章 发酵过程的控制（）第一节 温度控制（）一、发酵热（）二、发酵热的测定及计算（）三、温

15、度对微生物生长的影响（）四、温度对发酵的影响（）五、最适温度的控制（）第二节 pH值的控制（）一、pH值对菌体生长和代谢产物合成的影响（）二、影响pH值变化的因素（）三、发酵过程pH值的调节及控制（）第三节 泡沫的控制（）目 录一、泡沫的性质（）二、发酵过程泡沫的变化（）三、化学消泡（）四、机械消泡（）第四节 补料的控制（）一、FBC的作用（）二、补料的内容（）三、补料的原则（）四、补糖的控制（）五、补充氮源及无机盐（）第五节 菌体浓度与基质对发酵的影响（）一、菌体浓度对发酵的影响（）二、基质对发酵的影响及其控制（）第六节 二氧化碳和呼吸商（）一、CO对菌体生长和产物合成的影响（）二、排气中C

16、O浓度与发酵的关系（）三、呼吸商与发酵的关系（）四、CO浓度的控制（）第七节 微生物发酵终点的判断（）一、经济因素（）二、产品质量因素（）三、特殊因素（）第十一章 工业发酵染菌的防治（）第一节 工业发酵染菌的危害（）一、染菌对各种发酵的影响（）二、不同染菌对发酵的影响（）三、不同染菌时期对发酵的影响（）四、染菌程度对发酵的影响（）五、染菌对产物提取和产品质量的影响（）第二节 染菌的检查、分析与防治（）一、种子培养和发酵的异常现象（）二、染菌的检查与判断（）三、发酵染菌率和染菌原因分析（）四、染菌途径及预防（）五、染菌的拯救与处理（）第四篇 发酵产物的提取与精制第十二章 发酵产物的提取与精制概论

17、（）第一节 发酵产物的提取与精制概述（）一、发酵产物的分类（）二、发酵产物提取与精制的过程（）三、发酵产物提取与精制的程序（）第二节 发酵醪的预处理（）一、发酵醪的一般特征（）二、发酵醪预处理的要求（）三、菌体的分离（）四、不过滤提取（）五、细胞破碎（）第十三章 发酵产物的提取与精制方法（）第一节 萃取（）一、溶媒萃取法的基本原理（）二、常用溶媒萃取的工艺（）三、影响溶媒萃取的主要因素（）四、溶媒的回收（）五、新颖的萃取技术（）第二节 吸附（）一、吸附的目的及原理（）二、吸附平衡（）三、吸附剂的种类（）四、吸附脱色（）五、吸附操作工艺（）微生物工程工艺原理第三节 离子交换法（）一、离子交换原理

18、（）二、离子交换平衡（）三、离子交换剂的结构（）四、离子交换剂的分类（）五、离子交换树脂的理化性能（）六、离子交换树脂的选择性（）七、影响离子交换速度的主要因素（）八、离子交换操作方式（）九、离子交换法提取谷氨酸（）第四节 膜分离法（）一、膜分离法的分类及原理（）二、膜的种类及特性（）三、膜分离设备（）四、操作特性（）五、影响膜分离速度的因素（）六、膜分离法在发酵工业中的应用（）七、电渗析分离法（）八、膜的污染与清洗（）九、膜生物反应器（）第五节 层析法（）一、各种层析法的基本原理及特点（）二、凝胶层析法的基本原理（）三、凝胶层析法常用凝胶（）四、凝胶柱的制备及操作技术（）五、影响凝胶层析的因

19、素（）六、防止微生物污染凝胶的方法（）七、凝胶的再生和干燥（）八、凝胶层析法在工业发酵中的应用（）第六节 浓缩（）一、蒸发浓缩法（）二、冰冻浓缩法（）三、吸收浓缩法（）四、超滤浓缩法（）第七节 沉淀法（）一、沉淀法概述（）二、等电点法（）三、盐析法（）四、有机溶剂沉淀法（）五、热沉淀（）六、其他沉淀法（）第八节 结晶（）一、结晶生成的原理（）二、影响结晶生成的因素（）三、重结晶（）四、结晶器（）五、工业发酵中常用的结晶方法（）第九节 干燥（）一、干燥原理（）二、常用的干燥方法及干燥过程（）三、影响干燥速度的因素（）四、工业发酵中常用的干燥过程（）第十节 蒸馏（）一、蒸馏原理（）二、蒸馏方法的分

20、类（）三、蒸馏流程选择的依据（）四、工业发酵中的各种蒸馏（）第五篇 微生物工程相关的技术与经济学第十四章 固定化技术（）第一节 固定化酶（）一、制备固定化酶的依据（）二、固定化酶的性质（）三、固定化酶在发酵工业中的应用（）第二节 固定化细胞（）一、制备固定化细胞的依据（）二、固定化细胞的性质（）目 录三、固定化细胞在发酵工业中的应用（）第三节 固定化活细胞（）一、固定化活细胞的优点（）二、固定化活细胞的制备（）三、固定化活细胞的应用（）第四节 共固定化技术（）一、共固定化的类型（）二、共固定化特性及其应用（）第十五章 废水的生物处理法（）第一节 概述（）第二节 活性污泥法（）一、活性污泥法的作

21、用原理（）二、活性污泥中的微生物（）三、活性污泥法的工艺流程（）四、活性污泥的培养与驯化（）第三节 生物滤池法（）一、净化机理及特点（）二、生物滤池法的处理方式（）三、生物滤池的构造（）第四节 氧化塘法（）一、氧化塘的特征（）二、好氧塘和兼性塘（）三、厌氧塘（）第五节 厌氧生物处理法（）一、基本原理（）二、厌氧生物处理过程及其特征（）三、厌氧消化微生物（）四、新型厌氧生物反应器（）第十六章 发酵经济学（）第一节 发酵经济学概述（）一、经济学基本概念（）二、发酵经济学概述（）第二节 市场、产品与成本（）一、了解市场需求（）二、开发新产品（）三、产品成本（）第三节 产品成本的控制（）一、选育优良菌株（）二、培养基成本分析（）三、无菌空气与通气搅拌（）四、能耗费用（）五、培养方式（）六、产物提取成本（）七、工厂（车间）规模（）八、市场经济信息分析（）第四节 成本平衡（）一、自动化程度与产品成本的平衡（）二、规模经济与产品成本的平衡（）三、产品质量与生产成本的平衡（）参考文献（）微生物工程工艺原理