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现代工业发酵调控学（第三版） 
定 价：55 元
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《现代工业发酵调控学》内容贯穿怎样才能充分表达菌种的生产潜力和如何运用发酵调控的理论和手段来分析和解决发酵研究和生产中遇到的问题。介绍。微生物的代谢规律和发酵调控的基本知识；从各种代谢产物合成过程的共同特点和调控方式去理解，从分子、细胞和工艺工程水平去探讨微生物产物合成与调节的内在机制及外在环境条件的优化，控制；重点介绍典型代谢产物的生产与调节，判断发酵进程的各种参数，分析各参数与产物合成之间的关系，计算机在发酵工程中的应用及放大策略。《现代工业发酵调控学》修订版删除一些过时的内容，浓缩一般生物化学已详述的基础代谢，增补国内外发酵调控学的新的理论与科研生产方面的新发展与科研成果
适读人群 ：本书适合作为发酵调控学、生物工艺学、工业微生物、工业生化、发酵工程、微生物制药与抗生素工艺的专业教材，也可以作为医药、轻工、农林和师范专业以及从事生物技术、生化工程、工业发酵方面的研究与生产人员的进修和参考资料。 《现代工业发酵调控学》是一本非常经典的发酵调控学教材范本，被教育部学位管理与研究生教育司推荐为研究生教学用书，重印10次，发行量过万，被江南大学，华东理工等高校选作指定教材。《现代工业发酵调控学》第三版，作者将新的概念和具体科研与生产经验进行整合、精炼，极大丰富了有关微生物代谢调控、优化发酵产物合成生产的知识，为读者提供高效、绿色、节能的生物过程产品研究技术路线和调控思路。
第三版前言
自2006年《现代工业发酵调控学》第二版问世以来，又过了近10年，本书已经先后7次印刷。发酵科学理论和行业工程技术又有了新的提升与拓展，引进了许多新的概念和具体科研与生产经验，极大丰富了有关微生物代谢调控、优化发酵产物合成生产的知识。在大数据信息化新时代，海量数据与信息的积累、整合、精炼，开拓了发酵工业新的视野，开创了更为高效、绿色、节能的生物过程产品研究技术路线和调控思路。 第三版延续体现了多学科交叉的优势，在生物过程优化与放大的问题上引入系统生物学的概念和内容，介绍生物技术产业化中需要解决的共性和关键技术问题。以基因工程、代谢工程手段优化代谢调控网络，利用13C同位素示踪技术研究发现细胞微观代谢流的定量研究。通过细胞生理特性与反应器流场特性相结合的手段，终实现工业规模发酵工艺的优化及理性放大。 编者为了使本书跟上时代，适应广大读者的需要，通阅了新近大量的有关文献、专著、学术会议纪要，收集整理一些精辟的有关发酵工程的新观点与论述，以充实本教材，并附有被引用的文献。 本书相比第二版，做了如下调整：对所有章节都进行了精简；对第1章微生物生长与调节主要增添了有关菌丝结团的动力学，并且更详细阐述了菌体的运输机制及其过程动力学。第2章中的初级代谢，对其相关新近研究成果做了补充介绍。重点对第3、4、5章三章内容进行修订与增补，并列举了大量的2006～2014年的国内外相关文献内容。第3章内容中更详细介绍了细菌转录的分子基础；在代谢工程的应用上补充了提升目标产物产率与得率的具体策略和重构全新产物的方法。第4章在基因工程应用方面增添了强化产物的分泌，并介绍了合成生物学的新研究进展，特别介绍了如何把合成生物学的理念应用于发酵工程研究中。第5章发酵过程控制与优化方面增添了动物细胞培养方面的进展；混合过程中流变学的定量测定；计算流体动力学分析在生物反应器流场分布研究中的应用，尤其在过程参数对菌丝形态从而对产物合成的影响方面做了系统的介绍。 针对发酵过程采集获得的海量数据，在第6章“发酵过程参数检测与计算机监控”中，重点就发酵过程建模和计算机控制方面提出了具体解决方案和应用实例。 第三版不仅可作为研究生或本科生的学位课程教材，还可以作为发酵行业技术人员与工程硕士学位工业发酵工艺技术培训的教材。 尽管编者与出版社编辑对第三版作了多次的修改和校核，疏漏与不妥总是难免，欢迎有关专家与学者批评指正。 编者 于华东理工大学 2016年6月 版前言 本书是在华东理工大学(前华东化工学院)生化工程系的“发酵生理学”课程的基础上，结合作者多年从事本科生的“发酵生理学”以及研究生的“发酵调控学”学位课程的教学心得和发酵调控学方面科研经验而编写的。在内容方面既兼顾系统的基础理论知识，又尽可能介绍研究与工业生产应用方面的新进展。本书适合作为发酵调控学、生物工艺学、工业微生物、工业生化、发酵工程、微生物制药与抗生素工艺学的专业教材，也可作为医药、轻工、农林与师范的专业参考书以及从事生物技术、生化工程、工业发酵方面的研究与生产人员的进修与参考资料。每章后都列有大量的参考文献，供读者进一步参阅。 微生物是地球上不可缺少的生物成员，它与动、植物及人类有着唇齿相依的关系，并为他们与环境的改造不断做出重大贡献。利用微生物酿造是人类在文字出现以前就已掌握的技术，直到今日，微生物工程已发展到各个领域的广泛应用。由于微生物细胞相对简单，它又是研究生命活动的基本材料。通过细胞与分子水平的研究，现已掌握了大量有关细胞生理生化与代谢调节的知识，且能运用这些知识来改造微生物，使之造福于人类。 微生物的生理代谢活动涉及由多种代谢途径组成的网络，其中有上千种酶，这些酶的活性在野生型菌株中受到严密的控制。为了适应环境，它们能及时调整自身的生理代谢机能，使之合理地利用养分，以求生存与发展。在自然界，微生物从不过量合成一些它所不需要的物质。因此，过量生产某些化合物对生产菌来说，是一种“病态”过程，其固有的调节机制随时可能恢复到有利于其生长繁殖的方向，这也许就是生产菌种经多次传代，其生产性能容易蜕变的原因之一。 如果人们掌握了微生物内在的调节规律，各种生理机能，代谢网络的调控机制，便能操纵微生物，充分满足生产菌种过量合成某些代谢产物的环境需求，让它始终按人们需要的方向发展。 好的发酵工艺不仅要有生产性能优良的菌株，还要有合适的环境条件，才能使其生产潜力充分表达出来。一般而言，能表达生产菌种的潜力的90%，便很不错。通常，高产菌种对工艺控制的要求更高，对一些影响因素更敏感，因此，如果没有发酵调控的基本知识，就很难保证生产的稳定与发展。 基因工程技术的引进，使得菌种的改造更容易按人的意志转移。因此，要得到一株高产，甚至能合成新产物的重组菌，已不是高不可攀。但要从实验室研究进入生产开发阶段，到产品问世却非轻而易举的事。重组菌的充分表达，高产菌株潜力的挖掘，需要相应的发酵工艺与设备条件的紧密配合才能做到。 尽管对微生物的一些主要代谢途径与产物合成途径已积累了相当多的知识，但对许多天然产物的合成调节机制仍是一知半解。近年来，生物工厂的上游与下游工段引进了不少新的生产方法与监控策略，特别是设备的改进，发酵调控策略的更新，过程监控方法的日益完善,使得这些公司得益不浅。 工业发酵过程是实现产物合成所必需的重要生产步骤。许多生物活性物质，如抗生素和基因工程菌产物能否顺利表达获得高产，关键在于发酵调控的正确与否。发酵过程的控制除了要详细了解对象的动态生物特性，对与生产有关的代谢网络作定量分析，还要有工程的概念与技巧，才能控制研究或生产的对象。本书从分子、细胞和工艺工程水平去研讨微生物产物合成与调节的内在机制及外在环境条件的优化和控制。 本书的特色是以工业发酵过程的调控为主线，将微生物的生理生化和分子生物学的知识运用于阐述微生物的代谢调节与发酵规律，并结合生化反应过程原理，解释影响发酵过程的各种因素，如何进行数据分析，过程正常与否，怎样实现优化控制。介绍各类典型代谢产物的生产与调节和各种用于判断发酵进程的参数，分析各参数与产物合成之间的关系，介绍计算机在发酵工程中的应用和定量生物工程研究与开发以及代谢调控的新进展，如代谢工程。本书注重理论联系实际，学以致用，经典与现代相结合。 本书的内容共分为6章。第1章微生物生长与调节是研究微生物的个体细胞及整个菌群的生长现象及其调控规律，对内是研究生长、分化、营养、呼吸与运输；对外是研究其受周围环境的影响，作出相应的调节。通过细胞周期与生长效率的阐述，剖析了生长速率对细胞大小与胞内核酸含量的影响，以及各种环境因素对生物量得率的影响。第2章介绍微生物的基础代谢，包括能量代谢的热力学，分解与组成代谢。活细胞是一开放的、永不平衡的系统；生命的进程是不可逆的。应用热力学来了解活细胞，通过引入“不平衡”或“不可逆”热力学可以克服其中若干限制。分析一些远离平衡的生化系统，包括进出物料流系统，由中枢与支路代谢途径和运输步骤组成的代谢网络将有助于了解微生物的生长繁殖和代谢产物合成的规律。第3章是在前一章的基础上论述微生物的代谢协调方式，了解通过哪些方式来控制酶活及酶的合成，并通过实例来阐明如何运用推理筛选与基因工程等手段打破或避开微生物的固有代谢调节机制，过量生产所需代谢产物。对近年来兴起的代谢工程的一些基本概念，代谢流(物流、信息流)分析，代谢控制分析，对基因操纵目标的分析与代谢设计均作了详细介绍。第4章，次级代谢产物的合成与调节着重研讨抗生素的生物合成机制与调节对抗生素工业生产的指导意义；微生物的表达调控技术在提高生产性能上的应用。第5章以较大篇幅阐述发酵过程技术原理、动力学、影响产物合成的各种因素，论述如何实现发酵过程的优化控制，并介绍基因工程产物的研究开发动向。第6章介绍表征发酵进程生理状态的各种参数的监测，各种参数间的相互关系及其与产物合成的关系，介绍用于控制的生物过程建模，发酵过程的估算技术与控制策略，用于发酵诊断和控制的数据分析。 本书综合收集整理了国内外大多数学者与专家在代谢调控与发酵控制方面的观点和经验，材料内容较为新颖，可反映出发酵调控学的新水平，且理论与工业生产实践密切结合。 本书的基础理论部分引用的一些经典著作，主要有Rehm H J等主编的“Biotechnology”2nd ed.Vol1“Biological Fundamentals”和Vol3“Bioprocessing”;Stouthamer A H编的“Quantitative Aspects of Growth and Metabolisms of Microorganisms”；Betina V编的“Bioactive Secondary Metabolites of Microorganisms”；Fiechter A主编的“Advin BiochemEng/BiotechnolVol51”；Mandelstam J等编的“Biochemistry of Bacterial Growth”；Vining L C编的“Biochemistry and Genetic Regulation of Commercial Important Antibiotics”；Rose A H编的“Secondary Products of Metabolism”；李友荣，马辉文编的《发酵生理学》；Fiechter A编的“Modern Biochemical Engineering”；Bu Lock J D等编的“Basic Biotechnology”；Stanbury P F等编的“Principles of Fermentation Technology”；俞俊棠，唐孝宣主编的《生物工艺学》，上册；Yoshida T,Shioya S编的“Proceeding of the 7th International Conference on Computer Application in Biotechnology”。 本书的编撰获得焦瑞身研究员的鼓励和帮助，并且得到上海市研究生教育课程改革与教材建设委员会及本校的关心与资助，生物工程学院与生化工程系的领导对本书的申请和编写给予支持和协助，化学工业出版社对本书的出版做了不懈的努力，赵玉清编辑对书稿作了精心的审阅修改，特此表示由衷的感谢。尽管我们对本书作了多次校对，但错漏在所难免，欢迎专家与读者批评指正。 编者 于华东理工大学 2001年8月 第二版前言 发酵调控学是生物工程中的重要研究方向，是进行过程优化的基础。只有充分了解与深入研究微生物的内部代谢调节规律，掌握微生物生理和代谢的协调，才能打破其固有的遗传守恒，充分表达其潜在的遗传型。世界上借助细胞培养的产品已占生物技术的40%以上，达数百亿元的产值。要提高生产水平，无不涉及细胞代谢及其调控的研究。由此生产的抗生素、氨基酸、维生素等在整个医药产品中占很大比例。目前大量生物技术已从实验室成果走向产业化，特别是基因工程药物、疫苗、单克隆抗体等现代生物技术产品已进入商品化阶段，成为国民经济重要的支柱产业。 发酵实际上是各种生化反应的综合过程，只要某一条件成为限制因素，就会对终生产产生影响。如何发现和控制这些限制因素就成为重要的研究课题。发酵过程控制除了要详细了解对象的动态生物特性，对与生产有关的代谢网络作定量分析，还要有工程学的概念与技巧，才能驾驭研究和生产的对象。发酵过程调控应与计算机在线传感监控手段相结合，才能实现过程优化。 本书的特色是以工业发酵过程的调控为主线，运用微生物的生理生化和分子生物学的知识来阐述微生物的代谢调节与发酵规律，并应用工程化的概念去实现生物过程研究成果的产业化。整个教材内容贯穿怎样才能充分表达菌种的生产潜力及如何运用发酵调控的理论和手段来分析和解决发酵研究及生产中遇到的实际问题。 本书旨在让读者系统了解与发酵有关的微生物生理生化、代谢网络、产物合成与调控、代谢工程技术原理及微生物的代谢规律和发酵调控的基本知识；从分子、细胞和工艺工程水平去探讨微生物产物合成与调节的内在机制及外在环境条件的优化、控制；重点介绍典型代谢产物的生产与调节，从物料或能量流的变化去发现其中的代谢本质，判断发酵进程的各种参数变化规律，分析各参数与产物合成之间的关系，并介绍了计算机在发酵工程中的应用及放大策略。 发酵调控学是我校生物化工及发酵工程两个硕士点的学位课程，自开课十几年来，曾采用《发酵生理学》及一些参考文献作教材。通过新老教师的共同努力，已出版了相应的教材《现代工业发酵调控学》，并获2002年第六届石油和化学工业教材二等奖。教学方式也进行了摸索，取得了较好课堂效果，获2002年度研究生课堂教学一等奖。 本书初版自2002年问世以来，一直受到有关读者的欢迎与关注，多次印刷。在这几年里发酵调控学的内涵又有了新的发展，如组合生物化学，代谢系统工程方法在发酵工程上的应用；生物信息，包括基因组学，代谢物组学，蛋白组学，相互作用组学等各种组学技术在工业微生物技术中的应用，运用多尺度（水平）及系统生物学的理论来全局性地优化微生物发酵过程。为了跟上现代发酵技术的发展步伐，第二版经多次修改，删除了一些过时的内容，补充了国内外有关文献的新内容及科研生产方面的新进展和本校科研的新成果，并被教育部学位管理与研究生教育司推荐为研究生教学用书。书中的重点概念均用黑体标注，并在每一章的后面列出相应的参考文献和复习思考题。 尽管编者与出版社编辑对再版作了很大的努力，以尽量满足有关读者的需求，但难免有错误与遗漏之处，欢迎有关专家与读者批评指正。 编者 于华东理工大学 2006年5月
储炬，华东理工大学，教授，博导， 国家生化工程技术研究中心（上海）副主任。从事发酵调控教学科研二十余年，承担华东理工大学本科生《发酵生理学》（36学时/年）的主讲教师，承担硕士生《发酵调控学》(36学时/年)主讲教授。
1微生物生长与调节1
1.1微生物的生长1 1.1.1生长的形式1 1.1.1.1细菌的生长1 1.1.1.2酵母的生长2 1.1.1.3菌丝的生长3 1.1.1.4细胞群体的生长4 1.1.1.5细菌群体的生长周期5 1.1.2生长的测量6 1.1.2.1细胞数目的测量7 1.1.2.2细胞量的测量8 1.1.2.3生物量的在线测量10 1.1.3环境对生长的影响13 1.1.3.1物理环境13 1.1.3.2化学环境17 1.1.4生长的变量和约束20 1.1.4.1细胞的大分子成分20 1.1.4.2限制步骤21 1.1.4.3生长对能量的需求21 1.1.4.4微生物热的释放22 1.2细胞周期22 1.2.1染色体复制与细胞分裂的调节23 1.2.2染色体复制的启动24 1.2.3细胞周期的研究方法24 1.2.3.1镜检法24 1.2.3.2同步培养法24 1.2.3.3同位素示踪法24 1.2.4生长速率与细胞大小的关系26 1.2.5生长速率对细胞内DNA含量的影响27 1.2.6生长速率对细胞组分的影响28 1.3生长效率28 1.3.1得率系数28 1.3.1.1分子得率系数28 1.3.1.2碳转化效率29 1.3.1.3电子平均数为基准的得率29 1.3.1.4基于热的产生的得率29 1.3.1.5以氧耗为基准的得率30 1.3.1.6基于ATP消耗的得率30 1.3.2测定生长效率时应注意的实际问题31 1.3.2.1分批与恒化培养31 1.3.2.2培养基组成31 1.3.2.3流出液的控制31 1.3.2.4取样与代谢物的分析31 1.3.3用于生物量形成的能量需求31 1.3.4呼吸效率32 1.3.5维持能与环境因素的关系33 1.3.5.1渗透压33 1.3.5.2水活度34 1.3.5.3氧和二氧化碳分压34 1.3.5.4温度36 1.3.5.5pH36 1.3.5.6副产物对生长得率的影响37 1.4生长调节37 1.4.1菌丝顶端生长37 1.4.1.1菌丝顶端生长机制38 1.4.1.2泡囊如何在菌丝顶端聚集39 1.4.1.3菌丝生长过程39 1.4.2菌丝分枝规律40 1.4.2.1分枝的形成40 1.4.2.2菌丝生长单位40 1.4.2.3菌丝结团的动力学41 1.4.2.4菌球内部扩散限制的后果42 1.4.2.5游离菌丝与菌球的破碎43 1.4.3微生物生长分化的调节43 1.4.3.1极化生长的调节44 1.4.3.2菌丝分枝启动的调节44 1.4.3.3菌丝空间分布的调节45 1.4.3.4链霉菌生长的调节45 1.5运输过程46 1.5.1细胞膜的结构与功能48 1.5.2运输器的分类系统49 1.5.3运输机制49 1.5.3.1通道与孔51 1.5.3.2电化势能驱动的运输器(次级运输过程)52 1.5.3.3初级主动运输器54 1.5.3.4基团转运蛋白54 1.5.3.5跨膜电子流系统57 1.5.3.6大分子的运输57 1.5.4运输过程动力学57 思考题59 参考文献60 2微生物的基础代谢62 2.1能量代谢原理62 2.1.1能量代谢的热力学63 2.1.1.1热力学第一定律和热焓63 2.1.1.2热力学第二定律、第三定律和熵64 2.1.2能量的产生与偶合65 2.1.2.1能量的产生65 2.1.2.2高能化合物66 2.1.2.3能量的偶合67 2.1.3氧还电位和移动电子载体68 2.1.3.1氧还电位68 2.1.3.2移动电子载体68 2.2微生物的分解代谢69 2.2.1葡萄糖分解代谢69 2.2.1.1酵解 (EMP) 途径70 2.2.1.2己糖单磷酸支路(HMS)70 2.2.1.3恩特纳多多罗夫(ED)途径71 2.2.1.4磷酸解酮酶(PK)途径71 2.2.1.5各种葡萄糖分解途径的相互关系71 2.2.1.6三羧酸(TCA)循环71 2.2.1.7乙醛酸循环72 2.2.2多糖和单糖的利用72 2.2.3厌氧代谢过程73 2.2.3.1乙醇发酵73 2.2.3.2丙酮、丁醇、乙酸、丁酸发酵74 2.2.3.3乳酸、丁二醇、甲烷发酵78 2.2.4脂肪酸、脂烃和芳香烃的氧化81 2.2.5氮的循环和氨基酸的降解82 2.2.5.1氮的循环82 2.2.5.2氨基酸的降解83 2.2.6硫的代谢83 2.2.7核苷酸的降解和有机磷的代谢84 2.2.8聚合物的氧化85 2.2.8.1淀粉86 2.2.8.2纤维素86
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