微生物工程
出版社:科学
出版日期:2010-9
ISBN:9787030283269
作者:陈必链 编
页数:324页
章节摘录
以微生物为基础的发酵技术，首先必须具备优良的生产菌种.在生产实践中，菌种的来源是多方面的，有了菌种还要改造与提高，使之更加符合人们的要求。所以，要对工业微生物菌种进行选育。育种的目的是使微生物菌种的生长代谢符合人们生产的要求，然后应用于工业生产，为人类服务，为企业产生效益。 各类微生物广泛存在于包括土壤、空气、水和各种动植物表面和部分器官的自然界中。在长期的进化过程中，微生物与其他生物一样，经受着各种环境条件（包括各种十分弱的诱发突变的物理、化学甚至生物因子）的考验，最后适者生存，形成了由各种微生物物种组成的微生物资源。因此人们可以从这些环境中直接分离那些为适应环境而建立了非常完善的或特殊的代谢调控能力的微生物，通过进一步筛选，用于工业生产，或作为出发菌株，选育高产或特殊代谢产物的菌种，即工业微生物的分离与筛选。这是获得各种工业微生物优良菌种的重要手段与有效途径之一。另外，也常被用作发酵工业日常生产过程对菌种进行纯化复壮的有效手段。人们应该尽量采用从自然界直接分离获得的符合目的的微生物菌种，因为它们的遗传性状往往是十分稳定的。但是微生物的自然资源因突变率低，且不定向而难以满足人类生产的需要。所以为了加快微生物的定向进化，就必须主动改造微生物，即微生物的育种。随着科学研究技术的不断发展，微生物的育种已越来越成为发酵工业获得优良生产菌种的重要手段。
前言
微生物工程具有悠久的历史，在食品、医药、化工、能源、材料、环境保护和冶金采矿等领域为人类作出了巨大的贡献，从生物工程的发展过程，可以看出微生物工程一直在起带头作用，它是现代生物工程的组成部分，是基因工程、酶工程、细胞工程等生物技术实现产业化的桥梁和关键技术。近年来随着基因组学、组合生物合成、蛋白质组学、代谢组学等的融人，微生物工程内涵也日益丰富，特别是利用代谢组学进行代谢工程研究，结合生物信息学和计算生物学的研究，可达到改造和控制细胞性质、提高底物利用及产品收率、促进微生物工程发展的目的。 由于微生物工程涉及面广，现有教材各有侧重点，适用范围各异，编写一部适合高师和理工院校自身实际教学情况同时又能兼顾其他方面内容的教材显得十分重要。正是基于此，在科学出版社上海分社、高等师范院校新世纪教材筹委会的指导倡议下，约请全国部分高师院校、理工大学的老师编写了本教材，参加编写的人员都是多年教授本门课程的一线教师。本书的编排格式按照微生物工程工业生产流程，根据学科发展情况新增一些内容，全书共分12章，内容包括微生物工程的概念、发展史、微生物菌种选育的原理和方法、培养基的设计、微生物发酵过程的基本原理、发酵过程的参数控制、基因工程菌的培养、动植物和微藻细胞培养、清洁生产、生物炼制，扼要介绍了典型微生物发酵产品如抗生素、酶制剂、氨基酸、酒精等的生产工艺。考虑到微生物发酵产品的分离精制理论和技术在微生物工程下游加工工艺的教科书如《生物分离技术》、《生化分离工程》等已有详尽的叙述，本书不再介绍，本教材采用了较多的图和表，以便于教和学；每章附有知识点和复习思考题，希望有助读者理解和掌握有关概念、原理和方法。
书籍目录
前言第1章 微生物工程概论1 1.1 微生物工程的概念和特点1 1.1.1 微生物工程的概念1 1.1.2 微生物工程的特点2 1.2 微生物工程的发展简史3 1.2.1 微生物工程的自然发酵时期4 1.2.2 微生物工程的近代时期——纯培养时期5 1.2.3 微生物工程的发展时期——深层培养(通气搅拌)和代谢控制发酵时期6 1.2.4 微生物工程的现代时期——基因工程时期7 1.3 微生物工程的发展趋势8 1.3.1 微生物工程的现状8 1.3.2 微生物工程发展趋势9第2章 工业微生物菌种的选育及扩大培养13 2.1 工业微生物菌种14 2.1.1 工业发酵对微生物菌种的要求14 2.1.2 工业微生物常用菌种14 2.2 工业微生物菌种的分离和选育19 2.2.1 工业微生物菌种的分离与筛选19 2.2.2 工业微生物菌种的选育23 2.3 种子的扩大培养37 2.3.1 种子扩大培养的作用与目的37 2.3.2 优质种子的标准37 2.3.3 种子扩大培养的工艺流程37 2.3.4 实验室菌种扩大培养37 2.3.5 生产车间菌种扩大培养38 2.3.6 种子质量的检查38 2.3.7 影响种子质量的因素39 2.3.8 种子异常分析39 2.3.9 种子质量的控制措施39 2.4 工业微生物菌种的保藏40 2.4.1 斜面保藏法40 2.4.2 液体石蜡油保藏法41 2.4.3 干燥保藏法42 2.4.4 冷冻干燥保藏法43 2.4.5 真空干燥法46 2.4.6 液氮超低温保藏法46 2.4.7 液相保藏法46第3章 工业微生物的代谢调节和代谢工程48 3.1 微生物的代谢与代谢调节49 3.1.1 微生物代谢49 3.1.2 微生物代谢调节的方式49 3.1.3 酶活性的调节50 3.1.4 酶合成的调节52 3.2 初级代谢及代谢调节56 3.2.1 初级代谢56 3.2.2 初级代谢调节56 3.3 次级代谢及次级代谢调节61 3.3.1 次级代谢产物的特征61 3.3.2 次级代谢产物的类型62 3.3.3 次级代谢产物的生物合成63 3.3.4 次级代谢的调节64 3.4 微生物代谢工程及其应用67 3.4.1 代谢工程概述68 3.4.2 代谢工程的研究方法70 3.4.3 代谢工程的应用72第4章 培养基的设计与灭菌76 4.1 工业微生物培养基的成分76 4.1.1 碳源77 4.1.2 氮源78 4.1.3 能源79 4.1.4 无机盐79 4.1.5 生长因子80 4.1.6 水分81 4.2 工业微生物培养基的种类82 4.2.1 按培养基成分分类82 4.2.2 按培养基外观的物理状态分类83 4.2.3 按培养基的用途分类84 4.3 工业微生物培养基的设计和优化86 4.3.1 设计培养基的四个原则86 4.3.2 设计工业微生物培养基的三道程序88 4.4 工业微生物培养基的灭菌89 4.4.1 湿热灭菌法90 4.4.2 过滤除菌法93 4.4.3 微波灭菌法93第5章 微生物发酵过程原理95 5.1 微生物反应动力学概述96 5.1.1 微生物反应动力学与发酵过程控制96 5.1.2 微生物反应过程计量学96 5.1.3 微生物反应动力学100 5.2 微生物发酵操作方式102 5.2.1 分批式操作102 5.2.2 补料分批式操作103 5.2.3 连续式操作104 5.2.4 三种操作方式比较106 5.3 微生物发酵动力学106 5.3.1 分批培养动力学106 5.3.2 补料分批培养动力学111 5.3.3 连续培养动力学113第6章 发酵过程工艺的优化与控制120 6.1 温度对微生物发酵的影响及控制121 6.1.1 温度对发酵的影响121 6.1.2 影响发酵温度的因素——发酵热122 6.1.3 发酵过程温度的控制123 6.2 pH对发酵的影响和控制124 6.2.1 pH对发酵过程的影响124 6.2.2 发酵过程中影响pH变化的因素125 6.2.3 发酵过程pH的选择与控制125 6.3 溶解氧对发酵的影响及控制127 6.3.1 氧的传质阻力与传质方程式127 6.3.2 影响氧传递速率的主要因素129 6.3.3 发酵液中溶解氧浓度的控制133 6.4 基质浓度控制134 6.4.1 基质浓度对发酵的影响134 6.4.2 补料的方式及控制134 6.5 二氧化碳对发酵的影响及控制138 6.5.1 二氧化碳对发酵的影响138 6.5.2 二氧化碳浓度的控制139 6.5.3 呼吸商与发酵的关系139 6.6 泡沫对发酵的影响及控制140 6.6.1 泡沫对发酵的影响140 6.6.2 泡沫的形成和性质140 6.6.3 发酵过程中泡沫的消长规律140 6.6.4 泡沫的控制141 6.7 发酵过程的优化与控制144 6.7.1 发酵过程的优化144 6.7.2 发酵过程自控146第7章 发酵染菌及其防治149 7.1 染菌对发酵生产的影响150 7.1.1 染菌对不同产品发酵过程的影响150 7.1.2 不同时间发生染菌对发酵的影响150 7.1.3 染菌程度对发酵的影响151 7.2 发酵染菌的途径分析151 7.2.1 发酵染菌后的异常表现151 7.2.2 染菌的检查判断153 7.2.3 染菌原因分析155 7.3 发酵染菌原因及防治对策156 7.3.1 种子带菌及防治156 7.3.2 空气带菌及防治157 7.3.3 操作失误导致染菌及其防治159 7.3.4 设备因素造成的染菌及其防治163 7.3.5 噬菌体的污染及防治165第8章 基因工程菌的培养168 8.1 概述169 8.2 宿主载体系统169 8.2.1 宿主系统169 8.2.2 表达系统169 8.2.3 微生物表面表达系统170 8.2.4 低等真核细胞170 8.2.5 哺乳动物细胞171 8.3 基因工程菌生产的特性171 8.3.1 基因工程菌的不稳定性171 8.3.2 分离丢失172 8.3.3 质粒结构不稳定性172 8.3.4 宿主细胞突变172 8.4 重组大肠埃希菌的高密度培养策略172 8.4.1 控制基质浓度流加173 8.4.2 恒pH流加173 8.4.3 恒溶氧流加173 8.4.4 控制比生长速率的葡萄糖流加173 8.4.5 D氨基酸氧化酶在大肠埃希菌中高效表达174 8.5 基因工程菌生长与表达的影响因素174 8.5.1 溶氧浓度对工程菌发酵的影响175 8.5.2 pH对工程菌生长和表达的影响175 8.5.3 诱导时间对外源蛋白表达的影响176 8.5.4 诱导时机对表达的影响176 8.5.5 乙酸对生长和表达的影响177 8.6 毕赤酵母（Pichia pastoris）表达策略178 8.6.1 酵母作为宿主菌的优点178 8.6.2 三角酵母D氨基酸氧化酶在毕赤酵母中表达179 8.6.3 重组质粒179 8.6.4 重组毕赤酵母菌株发酵179 8.6.5 重组菌株在5 L发酵罐中培养180第9章 植物动物细胞和微藻培养183 9.1 植物细胞培养183 9.1.1 概述183 9.1.2 植物细胞培养方法185 9.1.3 植物细胞规模培养技术187 9.2 微藻细胞培养193 9.2.1 概述193 9.2.2 微藻的培养197 9.2.3 微藻的大规模培养202 9.3 动物细胞培养208 9.3.1 动物细胞培养的发展历史209 9.3.2 动物细胞的特征210 9.3.3 培养基212 9.3.4 动物细胞系的获得与保存215 9.3.5 动物细胞培养方法217 9.3.6 动物细胞培养生物反应器218 9.3.7 动物细胞培养过程参数的控制与检测220第10章 生物炼制222 10.1 生物炼制概述223 10.1.1 生物炼制的基本定义223 10.1.2 生物炼制与石油炼制223 10.2 生物炼制系统225 10.2.1 木质纤维素原料的生物炼制226 10.2.2 全谷物生物炼制229 10.2.3 绿色生物炼制230 10.3 生物炼制的核心技术231 10.3.1 微生物细胞工厂231 10.3.2 系统生物技术233 10.3.3 五碳糖和六碳糖的等效代谢234 10.4 生物基化学品制备技术235 10.4.1 乙醇脱水技术235 10.4.2 L乳酸提取技术236第11章 微生物工程清洁生产239 11.1 清洁生产的由来240 11.2 清洁生产的基本概念240 11.2.1 清洁生产的定义240 11.2.2 清洁生产的目标242 11.2.3 清洁生产的内容242 11.2.4 清洁生产的特征244 11.2.5 实施清洁生产的意义244 11.3 清洁生产国内外发展概况245 11.3.1 国际发展概况245 11.3.2 国内发展概况245 11.4 清洁生产与微生物工程可持续发展246 11.4.1 可持续发展的基本概念246 11.4.2 微生物工程清洁生产与可持续发展246 11.5 微生物工程清洁生产的基本对策247 11.5.1 更新观念247 11.5.2 研究开发和推广新型清洁生产技术248 11.5.3 发展新型环保技术248 11.5.4 限制有毒、有害化学品的生产和使用248 11.5.5 实施资源化工程248 11.5.6 开展企业清洁生产审核249 11.6 清洁生产审核249 11.6.1 清洁生产审核的定义249 11.6.2 清洁生产审核类型249 11.6.3 清洁生产审核标准249 11.6.4 微生物工程行业清洁生产评价指标体系249 11.7 微生物制药行业的清洁生产实例250 11.7.1 微生物制药行业概况250 11.7.2 微生物制药行业存在的主要环境问题250 11.7.3 微生物制药行业清洁生产审核实例251第12章 微生物工程生产实例简介254 12.1 酒精发酵工艺254 12.1.1 酒精性质与用途255 12.1.2 酒精生产概况255 12.1.3 发酵法生产酒精机制255 12.1.4 酒精发酵常用的微生物256 12.1.5 酒精的生产原料与辅料257 12.1.6 酒精生产工艺258 12.1.7 酒精发酵工艺中的新技术262 12.2 氨基酸生产工艺263 12.2.1 氨基酸的用途265 12.2.2 氨基酸的生产方法266 12.2.3 氨基酸的发酵生产过程267 12.2.4 谷氨酸的发酵生产工艺272 12.3 微生物酶制剂生产工艺279 12.3.1 概述279 12.3.2 酶制剂生产过程282 12.3.3 酶制剂产品生产工艺及其工艺操作的关键点284 12.4 抗生素生产工艺291 12.4.1 概述292 12.4.2 抗生素生产的一般工艺过程302 12.4.3 头孢菌素C生产工艺305 12.5 废水微生物处理技术313 12.5.1 概述313 12.5.2 赤霉素生产废水处理工艺315 12.5.3 乳酸生产废水处理工艺317参考文献320
作者简介
《微生物工程》按照微生物工程工业生产流程进行编排，全书共分12章，内容包括微生物工程的概念、发展史、微生物菌种选育的原理和方法、培养基的设计、微生物发酵过程的基本原理、发酵过程的参数控制原理、基因工程菌的培养、动植物和微藻细胞培养、清洁生产、生物炼制，扼要介绍了典型微生物发酵产品如抗生素、酶制剂、氨基酸、酒精等的生产工艺。《微生物工程》可供师范院校、农林院校、综合性大学的生物工程、生物技术专业的专业教材，也可作为生物制药、食品科学与工程、生物科学等专业的教学参考书，同时也适合相关领域的专业人员参考。
图书封面
