发酵工程实验教程（李冠华）

发酵工程是利用微生物的特定性状和功能生产有益产品，或将微生物直接用于工业生产体系的一门与化学工程紧密结合的综合性学科；涉及食品、饲料、医药、环保、石化等多个领域；随着现代生物技术产业的快速发展，其在国民经济中占有日趋重要的地位。本书紧密结合新时代发酵工程产业发展需求，更加注重培养学生的动手能力，使学生的理论知识与生产实际更加紧密结合。通过相关实验课程的学习，学生也能更好地了解发酵产业现状与市场需求，对所学知识有一个全新的认识。
本书强调发酵工程的系统性，重视学生工程理念的培养；始终坚持基础实验技能训练与前沿技术学习并重，不仅有发酵微生物纯培养、保藏和鉴定等基础操作实验，也包含了适应性进化选育、培养基汽爆灭菌等前沿技术；探索性、开放性实验比例显著提高，开放性实验具有多样性的特点，要求学生根据结果进行科学分析；实验内容紧密联系生产实践，行业特色鲜明，在保证基本教学要求的前提下，强化了工业酶特别是饲用酶发酵的内容；此外，本书重新绘制了发酵工程操作基础示意图，引入了本教学团队设计开发的3个虚拟仿真实验，供读者学习、教学或培训使用。
李冠华和苑琳完成了全书内容设计、章节编排和统稿工作。王彦凤编写第一章，吴佳嫱编写第二章，赵志敏编写第三章，刘滢编写第四章，苏优拉编写第五章和第六章的第八节，李冠华编写第六章大部分内容，郝慧芳编写第六章的第九节。
教材编写过程中，作者总结了内蒙古大学生命科学学院20年来在发酵工程教学、科研方面的工作，参考和引用了大量前人的学术成果，得到了“生物科学拔尖学生培养计划2.0建设项目”和内蒙古自治区高校生物种质资源保护与利用工程研究中心的资助，在此一并表示诚挚的感谢。
由于作者知识和水平有限，书中存有疏漏和不足，敬请读者批评指正，以便日臻完善。

李冠华 苑琳
2023年7月于呼和浩特

李冠华，内蒙古大学副教授，内蒙古自治区高等学校“青年科技英才”。主要从事固态发酵的教学及科研工作。主持国家自然科学基金等各类教、科研项目10余项。发表学术论文30余篇；获授权中国发明专利2项，完成软件著作权登记2项。担任内蒙古生物化学学会理事，内蒙古营养学会理事，国家自然科学基金函评专家，全国大学生生命科学竞赛函评专家。

现代生物技术产业发展日新月异，发酵工程及其产品在国民经济中占有日趋重要的地位，这对发酵工程实验教学提出了新要求。本书坚持“新工科”所强调的科学、技术、工程和人文教育相统一的要求，围绕发酵工程“上游、中游、下游”三部分，开展教材的编写。内容包括发酵工程操作基础、发酵工程菌种选育、发酵培养基的设计与优化、发酵过程的监测与控制、发酵产物的分离与分析以及发酵工程综合实验，共6章，48个实验。
本书是石油和化工行业“十四五”规划教材，可以作为普通高等院校生物技术、生物工程、生物科学、食品科学与工程等专业本科教材和高职院校相关专业教材，也可作为生物与医药专业研究生的参考书，还可作为发酵相关企事业单位从业人员的培训手册。

第一章发酵工程操作基础 001
第一节常用发酵培养基的配制 001
第二节发酵实验消毒、灭菌方法 004
第三节发酵菌种分离 008
第四节发酵菌种保藏 014
第五节常见发酵菌种形态观察 018
第六节革兰氏染色鉴定发酵菌种 022
第七节常见发酵菌种的生理生化鉴定 024
第八节利用16S rDNA 序列鉴定发酵细菌 029
第九节利用ITS 序列鉴定发酵真菌 031

第二章发酵工程菌种选育 034
第一节土壤中产淀粉酶芽孢杆菌的富集与筛选 034
第二节紫外诱变法选育酒酒球菌乙醇胁迫耐受菌株 038
第三节化学诱变法选育高产片球菌素乳酸片球菌菌株 041
第四节基于ARTP 和适应性进化选育耐胃酸凝结芽孢杆菌 044
第五节原生质体融合技术选育高产ε-聚赖氨酸（ε-PL）白色链霉菌 048
第六节CRISPR 技术改造谷氨酸棒杆菌生产γ-氨基丁酸 051

第三章发酵培养基的设计与优化 057
第一节汽爆灭菌配制枯草芽孢杆菌培养基 057
第二节碱处理木质素配制浑浊红球菌Rhodococcus opacus PD630培养基 062
第三节木质素不灭菌的增溶液态发酵培养基设计 066
第四节补料分批发酵产L-山梨糖脱氢酶培养基的设计与优化 070
第五节酵母原生质体融合培养基的设计 075
第六节促进芽孢形成发酵培养基的正交优化 079
第七节产纤维素酶发酵培养基的响应面优化 085
第八节神经网络结合遗传算法优化链霉菌产葡糖异构酶发酵培养基 089

第四章发酵过程的监测与控制 097
第一节液态发酵产淀粉酶过程监测 097
第二节大肠埃希菌连续液态发酵过程监测 101
第三节流加培养液液态发酵过程监测 105
第四节固态发酵红曲的过程监测 110
第五节液态发酵生产谷氨酸过程的监测与控制 117
第六节酱油酿造过程的监测与控制 122
第七节麸曲白酒发酵过程监测与控制 127
第八节液态发酵透明质酸过程监测 132
第九节生物传感器监测米根霉菌丝球半连续发酵 135

第五章发酵产物的分离与分析 140
第一节离子交换法提取谷氨酸 140
第二节双水相萃取α-淀粉酶 142
第三节超临界流体萃取真菌茯苓多糖 145
第四节真菌茯苓多糖的单糖组成分析 148
第五节超高效液相色谱-质谱法分析发酵液中的阿维菌素 151
第六节利用电子鼻和电子舌分析市售酿造酱油的风味 154

第六章发酵工程综合实验 158
第一节搅拌式液态发酵罐生产碱性磷酸酶 158
第二节搅拌式液态发酵罐生产柠檬酸 163
第三节浅盘固态发酵生产漆酶 166
第四节产漆酶乳酸乳球菌的构建及青贮实验 169
第五节CRISPR/Cas9 改造少动鞘氨醇单胞菌发酵生产结冷胶 173
第六节纤维素酶荧光探针的制备及应用 178
第七节固态发酵炮制党参 182
第八节草食家畜益生元工业化生产虚拟仿真实验 185
第九节口蹄疫疫苗工业化生产虚拟仿真实验 186
第十节纳滤膜过滤法浓缩精制青霉素虚拟仿真实验 187

附录Ⅰ常用培养基配制方法 189

附录Ⅱ常用试剂配制方法 192

参考文献 194