發酵工程實驗教程（李冠華）

發酵工程是利用微生物的特定性狀和功能生產有益產品，或將微生物直接用于工業生產體系的一門與化學工程緊密結合的綜合性學科；涉及食品、飼料、醫藥、環保、石化等多個領域；隨著現代生物技術產業的快速發展，其在國民經濟中占有日趨重要的地位。本書緊密結合新時代發酵工程產業發展需求，更加注重培養學生的動手能力，使學生的理論知識與生產實際更加緊密結合。通過相關實驗課程的學習，學生也能更好地了解發酵產業現狀與市場需求，對所學知識有一個全新的認識。
本書強調發酵工程的系統性，重視學生工程理念的培養；始終堅持基礎實驗技能訓練與前沿技術學習并重，不僅有發酵微生物純培養、保藏和鑒定等基礎操作實驗，也包含了適應性進化選育、培養基汽爆滅菌等前沿技術；探索性、開放性實驗比例顯著提高，開放性實驗具有多樣性的特點，要求學生根據結果進行科學分析；實驗內容緊密聯系生產實踐，行業特色鮮明，在保證基本教學要求的前提下，強化了工業酶特別是飼用酶發酵的內容；此外，本書重新繪制了發酵工程操作基礎示意圖，引入了本教學團隊設計開發的3個虛擬仿真實驗，供讀者學習、教學或培訓使用。
李冠華和苑琳完成了全書內容設計、章節編排和統稿工作。王彥鳳編寫第一章，吳佳嬙編寫第二章，趙志敏編寫第三章，劉瀅編寫第四章，蘇優拉編寫第五章和第六章的第八節，李冠華編寫第六章大部分內容，郝慧芳編寫第六章的第九節。
教材編寫過程中，作者總結了內蒙古大學生命科學學院20年來在發酵工程教學、科研方面的工作，參考和引用了大量前人的學術成果，得到了“生物科學拔尖學生培養計劃2.0建設項目”和內蒙古自治區高校生物種質資源保護與利用工程研究中心的資助，在此一并表示誠摯的感謝。
由于作者知識和水平有限，書中存有疏漏和不足，敬請讀者批評指正，以便日臻完善。

李冠華 苑琳
2023年7月于呼和浩特

李冠華，內蒙古大學副教授，內蒙古自治區高等學?！扒嗄昕萍加⒉拧?。主要從事固態發酵的教學及科研工作。主持國家自然科學基金等各類教、科研項目10余項。發表學術論文30余篇；獲授權中國發明專利2項，完成軟件著作權登記2項。擔任內蒙古生物化學學會理事，內蒙古營養學會理事，國家自然科學基金函評專家，全國大學生生命科學競賽函評專家。

現代生物技術產業發展日新月異，發酵工程及其產品在國民經濟中占有日趨重要的地位，這對發酵工程實驗教學提出了新要求。本書堅持“新工科”所強調的科學、技術、工程和人文教育相統一的要求，圍繞發酵工程“上游、中游、下游”三部分，開展教材的編寫。內容包括發酵工程操作基礎、發酵工程菌種選育、發酵培養基的設計與優化、發酵過程的監測與控制、發酵產物的分離與分析以及發酵工程綜合實驗，共6章，48個實驗。
本書是石油和化工行業“十四五”規劃教材，可以作為普通高等院校生物技術、生物工程、生物科學、食品科學與工程等專業本科教材和高職院校相關專業教材，也可作為生物與醫藥專業研究生的參考書，還可作為發酵相關企事業單位從業人員的培訓手冊。

第一章發酵工程操作基礎 001
第一節常用發酵培養基的配制 001
第二節發酵實驗消毒、滅菌方法 004
第三節發酵菌種分離 008
第四節發酵菌種保藏 014
第五節常見發酵菌種形態觀察 018
第六節革蘭氏染色鑒定發酵菌種 022
第七節常見發酵菌種的生理生化鑒定 024
第八節利用16S rDNA 序列鑒定發酵細菌 029
第九節利用ITS 序列鑒定發酵真菌 031

第二章發酵工程菌種選育 034
第一節土壤中產淀粉酶芽孢桿菌的富集與篩選 034
第二節紫外誘變法選育酒酒球菌乙醇脅迫耐受菌株 038
第三節化學誘變法選育高產片球菌素乳酸片球菌菌株 041
第四節基于ARTP 和適應性進化選育耐胃酸凝結芽孢桿菌 044
第五節原生質體融合技術選育高產ε-聚賴氨酸（ε-PL）白色鏈霉菌 048
第六節CRISPR 技術改造谷氨酸棒桿菌生產γ-氨基丁酸 051

第三章發酵培養基的設計與優化 057
第一節汽爆滅菌配制枯草芽孢桿菌培養基 057
第二節堿處理木質素配制渾濁紅球菌Rhodococcus opacus PD630培養基 062
第三節木質素不滅菌的增溶液態發酵培養基設計 066
第四節補料分批發酵產L-山梨糖脫氫酶培養基的設計與優化 070
第五節酵母原生質體融合培養基的設計 075
第六節促進芽孢形成發酵培養基的正交優化 079
第七節產纖維素酶發酵培養基的響應面優化 085
第八節神經網絡結合遺傳算法優化鏈霉菌產葡糖異構酶發酵培養基 089

第四章發酵過程的監測與控制 097
第一節液態發酵產淀粉酶過程監測 097
第二節大腸埃希菌連續液態發酵過程監測 101
第三節流加培養液液態發酵過程監測 105
第四節固態發酵紅曲的過程監測 110
第五節液態發酵生產谷氨酸過程的監測與控制 117
第六節醬油釀造過程的監測與控制 122
第七節麩曲白酒發酵過程監測與控制 127
第八節液態發酵透明質酸過程監測 132
第九節生物傳感器監測米根霉菌絲球半連續發酵 135

第五章發酵產物的分離與分析 140
第一節離子交換法提取谷氨酸 140
第二節雙水相萃取α-淀粉酶 142
第三節超臨界流體萃取真菌茯苓多糖 145
第四節真菌茯苓多糖的單糖組成分析 148
第五節超高效液相色譜-質譜法分析發酵液中的阿維菌素 151
第六節利用電子鼻和電子舌分析市售釀造醬油的風味 154

第六章發酵工程綜合實驗 158
第一節攪拌式液態發酵罐生產堿性磷酸酶 158
第二節攪拌式液態發酵罐生產檸檬酸 163
第三節淺盤固態發酵生產漆酶 166
第四節產漆酶乳酸乳球菌的構建及青貯實驗 169
第五節CRISPR/Cas9 改造少動鞘氨醇單胞菌發酵生產結冷膠 173
第六節纖維素酶熒光探針的制備及應用 178
第七節固態發酵炮制黨參 182
第八節草食家畜益生元工業化生產虛擬仿真實驗 185
第九節口蹄疫疫苗工業化生產虛擬仿真實驗 186
第十節納濾膜過濾法濃縮精制青霉素虛擬仿真實驗 187

附錄Ⅰ常用培養基配制方法 189

附錄Ⅱ常用試劑配制方法 192

參考文獻 194