內容簡介
全書主要分為菌種選育、微生物反應過程的最佳化與放大、生物分離與提取、定量分析四部分內容，書後摘編了與實驗相關的附錄與參考文獻。編寫中主要以部分微生物（細菌、放線菌和真菌）的篩選、發酵過程控制、產物提取與定量分析為主線，突出每個實驗的基本原理、操作技能及數據處理方法。為適應“厚基礎、重套用、高工程素質”的人才培育模式，目前，許多高校的生物工程專業均開設有綜合大實驗課程，教學用時為三周，本書即可為此課程提供成套的綜合大實驗內容。
本書可作為高等院校生物工程專業本科生和碩士生的實驗教學用書，也可作為高等院校和師範院校的生物科學、生物技術和食品科學等專業本科生和碩士生的學習用書，還可供從事微生物發酵行業的企業和研究所人員參考。
圖書序言
一、現代生物工程的內涵
生物工程，是20世紀70年代初開始興起的一門綜合性套用學科，最初指的是醫學工程、農業工程、環境工程、衛生工程、人體功能工程的總稱，不涉及化學催化反應的內容。現代生物工程，一般認為是以生物學（微生物學、生物化學、分子生物學、細胞生物學、細胞生理學等）為基礎，結合現代工程技術（化學工程、機械工程、計算機技術與軟體工程等），充分運用分子生物學的最新成就，定向地改造生物（微生物、動物、植物等）及其功能，再通過全自動控制生物反應器對這類改造過的生物（如“基因工程菌”等）進行擴大培養，以生產對人類有用的代謝產物或發揮這些生物獨特生理功能的一門新興綜合性套用學科。現代生物工程的套用領域非常廣泛，包括農業、工業、醫學、藥物學、能源、環保、冶金、化工原料等，可概括為五大工程：基因工程、細胞工程、發酵工程、酶工程和生物反應器工程。
現代生物工程、現代信息學和新材料學已被視為人類21世紀三大前沿學科，也是當前國際上優先發展的高技術領域之一。近年來，我國把生物工程納入科學發展的重點，其目標就是解決十幾億人口的食物、醫療保健以及能源等重大問題。
二、生物工程專業學生應具備的素質和面臨的機遇及挑戰
加州理工大學馮·卡門說：“科學家研究已有世界，工程師創造未來的世界。”國外已開發國家的高等工程教育面向實際，突出能力培養。國外許多高校十分重視對學生工程素質的培育，所謂工程素質，是指學生在掌握多學科知識的基礎上，在生產實踐中用系統的、全面的、發展的觀點發現問題、分析問題和解決問題的綜合能力。工程素質的內涵除本專業知識外，還包括市場意識、安全意識、環境意識、群體意識、管理意識和創新意識等。美國麻省理工學院提出了高等工科教育要“回歸工程實踐”的教育理念，並把工科院校培養的目標定為“能更好地服務於國家和世界的工程領袖”。
隨著社會的進步，我國的高等教育逐漸實現了由精英教育向大眾化教育的轉型。招生規模的擴大雖然給越來越多的學生提供了接受高等教育的機會，由於一些地方高校教學資源短缺、專業定位不準確等多種因素的影響，使得工科類專業（包括生物工程專業）學生的工程素質呈下降趨勢，而用人單位對大學生的實踐能力要求越來越高，這樣就造成了工科類本科生在就業競爭中處於不利地位。教育部在教高[2007]1號、2號檔案中強調，“高度重視實踐環節，提高學生實踐能力”。黨的十七大報告也明確指出：“提高自主創新能力，建設創新型國家，是國家發展戰略的核心，是提高綜合國力的關鍵。”由此可見，黨和國家已經十分關注大學生實踐和創新能力的培養。
現在，知識體系更新速度非常快，為適應與時俱進的時代浪潮，生物工程專業應該培養適應21世紀社會主義現代化建設需要的人才：德、智、體、美、勞全面發展；掌握較為廣泛的生物、化學和工程學的基本理論及實驗技能；具有良好的工程學基礎、較強的學習能力、一定的創新意識和良好的科學素養，能在生物工程領域從事設計、生產、管理、新技術研究和產品開發。
部分專家將生物工程視為對未來有較大影響力的朝陽行業，許多地區已將生物工程作為高新技術產業進行發展，因此，生物工程專業的學生正面臨著各種各樣的機遇：生命奧秘的探究空間越來越大；基因工程藥物（如促紅細胞生成素）的市場銷售額連續多年實現跳躍式增長；就業市場越來越廣闊。面對諸多機遇的同時，許多挑戰也擺在面前：生物合成藥物及相關產品的科技含量越來越高；能源危機和擴大生產之間的矛盾越來越尖銳；龐大的生物工程就業隊伍與市場對高工程素質的人才需求之間的矛盾不斷升級。基於此，生物工程專業應該培養“厚基礎、重實踐、強能力、高素質”的套用型人才。
三、生物工程專業開設綜合大實驗的目的、意義及主要內容
生物工程專業開設綜合大實驗正是強化學生實踐環節、提高學生動手能力的有效手段之一。通過為期三周的綜合大實驗的訓練，學生可在實驗設計能力、動手能力、創新能力、團隊合作精神等方面有大幅提高，不但為其後續的畢業課題研究打下堅實的基礎，還可增強學生的就業市場競爭力。
全書主要分為菌種選育、微生物反應過程的最佳化與放大、生物分離與提取、定量分析四部分內容，書後摘編了與實驗相關的附錄與參考文獻。
菌種選育包括：林可鏈黴菌菌株選育綜合大實驗；酵母菌選育綜合大實驗；大腸桿菌選育綜合大實驗；蛋白酶和澱粉酶產生菌的篩選綜合大實驗。
微生物反應過程的最佳化與放大的內容包括：微生物反應過程的最佳化與調控原理；微生物反應過程的最佳化與控制實驗。
生物分離與提取的內容包括：生物分離方法、分離設備和分離原理介紹；發酵液成分的分離與提取；DNA的提取與定量測定；天然藥物的提取實驗。
定量分析的內容包括：發酵液的常規參數檢測大實驗；酶的活力測定大實驗；白酒的主要成分檢測大實驗；啤酒的成分及衛生學指標檢測大實驗。
本課程建議安排在短學期連續進行，全部實驗可在二至三周內完成。各院校生物工程專業可根據實際情況並按照本書的內容選擇成套實驗。
本書得以完成，全靠所有參編者的共同努力。儘管我們竭力使本書能滿足所有相關讀者的需求，但由於編者水平有限，不足及疏漏之處在所難免，懇請同行、讀者批評指正。
圖書目錄
第一部分 菌種選育
1-1 微生物菌種選育方式與原理
1-2 菌種選育實驗
實驗1-1 林可鏈黴菌菌株選育綜合大實驗
實驗1-2 酵母菌選育綜合大實驗
實驗1-2-1 酵母菌營養缺陷型的篩選
實驗1-2-2 酵母菌原生質體融合
實驗1-2-3 酵母菌呼吸缺陷型的篩選
實驗1-2-4 質粒DNA轉化啤酒酵母
實驗1-3 大腸桿菌選育綜合大實驗
實驗1-3-1 大腸桿菌營養缺陷型的篩選
實驗1-3-2 質粒DNA轉化感受態大腸桿菌
實驗1-4 蛋白酶和澱粉酶產生菌的篩選綜合大實驗
實驗1-4-1 鹼性蛋白酶高產菌株的選育
實驗1-4-2 產澱粉酶菌株的紫外誘變及平板初篩
第二部分 微生物反應過程的最佳化與放大
2-1 微生物反應過程的最佳化與調控原理
2-2 微生物反應過程的最佳化與控制實驗
實驗2-1 林可黴素生物合成過程的最佳化與控制
實驗2-2 紅黴素生物合成過程的最佳化與控制
實驗2-3 新黴素發酵綜合實驗
實驗2-4全麥芽啤酒的生產
實驗2-5 蘇雲金芽孢桿菌的發酵控制
實驗2-6 酸乳的發酵
實驗2-7 以紅薯為原料發酵生產L-乳酸
實驗2-8 液態發酵生產纖維素酶的過程最佳化與控制
實驗2-9 固態產β-葡萄糖苷酶的生產過程控制
第三部分 生物分離與提取實驗
3-1 生物分離方法、分離設備和分離原理介紹
3-2 發酵液成分的分離與提取
實驗3-1 紅黴素的提取
實驗3-2 硫酸新黴素的提取
實驗3-3 利福黴素的提取
實驗3-4 L-乳酸的提取
實驗3-5 溶菌酶的提取
3-3 DNA的提取與定量測定
實驗3-6 大腸桿菌質粒DNA的提取與定量測定
實驗3-7 林可鏈黴菌基因組DNA的提取與定量測定
實驗3-8 釀酒酵母DNA的提取與定量測定
3-4 天然藥物的提取實驗
實驗3-9 大孔樹脂柱層析在開口箭甾體皂苷分離中的套用
第四部分 定量分析實驗
4-1 發酵液的常規參數檢測大實驗
實驗4-1 生物量的測定
實驗4-2 酸度和pH值的測定
實驗4-3 總糖、還原糖和葡萄糖含量的測定
實驗4-4 氨基氮和銨離子含量的測定
實驗4-5 溶磷含量的測定
實驗4-6 生物效價的測定
實驗4-7 用線上溶氧電極測發酵體系臨界溶氧濃度
實驗4-8 發酵廢液COD的測定
4-2 酶的活力測定大實驗
實驗4-9 纖維素酶活力的測定
實驗4-10 α-澱粉酶活力的測定
實驗4-11 蛋白酶活力的測定
實驗4-12 糖代謝途徑關鍵調控酶活力的測定
4-3 白酒的主要成分檢測大實驗
實驗4-13 甲醇含量的測定
實驗4-14 醛類（甲醛、乙醛和糠醛）含量的測定
實驗4-15 雜醇油含量的測定
實驗4-16 鉛含量的測定
實驗4-17 氰化物含量的測定
實驗4-18 己酸乙酯含量的測定
4-4 啤酒的成分及衛生學指標檢測大實驗
實驗4-19 酒精度的測定及原麥汁濃度的計算
實驗4-20 雙乙醯含量的測定
實驗4-21 苦味質含量的測定
實驗4-22 二氧化碳含量的測定
實驗4-23 細菌總數及大腸菌群的檢測
附錄
一、常用單位換算數據
二、高壓蒸汽滅菌常用壓力、溫度與時間
三、實驗室中常用的化學殺菌劑和消毒劑
四、常用緩衝液的配製
五、分子生物學常用試劑的配製
六、常用培養基
參考文獻
圖書文摘
第一部分 菌種選育
1.1 微生物菌種選育方式與原理
圖書掃描圖片菌種選育就是採用各種手段，改變菌種的遺傳性狀，經篩選獲得新的適合生產的菌株，以穩定和提高產品質量或得到新的產品。優良的微生物菌種是發酵工業的基礎和關鍵，要使發酵工業產品的種類、產量和質量有較大的改善，首先必須選育性能優良的生產菌種。
育種的手段較多，有定向培育、誘變育種、雜交育種、細胞融合和基因工程育種等技術。目前，對於微生物工作者而言，誘變育種仍是一種最有效和實用的方法。
1.1.1 工業菌種分離篩選
自然界中微生物資源極其豐富，土壤、水、空氣、動植物及其腐敗殘骸均為微生物棲居和生長繁殖的主要場所。自然界工業菌種分離篩選的主要步驟是：採樣、增殖培養、純種分離和生產性能測定。
1.1.1.1 採樣
菜園和耕作層土壤是有機質較多的土層，常以細菌和放線菌為主；果園樹根土層中，酵母菌含量較高；動植物殘體及霉腐土層中，分布著較多的黴菌；豆科植物根系土中存在根瘤菌；河流湖泊的淤泥中存在產甲烷菌；油田和煉油廠周圍土層中存在分解石油的微生物；水體中存在具有光合作用能力的微生物及兼性或專性厭氧微生物等。
選好采土樣地點後，用小鏟子去除表土，取適量離地面5～15cm處的土樣，盛於滅菌的容器中，密封，並標明時間、地點和相關環境參數。
1.1.1.2 增殖培養
一般在培養基中添加特殊的養分或抗菌物質，使所需菌種的數量相對增加；這種方法稱為增殖培養或富集培養。
......
a.恆化器法：在培養基中添加不能起誘導作用的低濃度底物，接入誘變處理後的菌懸液進行培養，此時出發菌株由於無法合成相應的誘導酶而不能分解該底物，生長速率極慢。而群體中少數組成型變異株則可合成有關的酶，分解利用該底物，生長速率較快。為了提高組成酶變異株的優勢，可套用恆化器培養技術，即在恆化器中不斷加入低濃度的新鮮基質而逐漸增大組成酶變異株的優勢。
b.循環培養法：利用不含誘導物的培養環境和含有誘導物的培養環境進行交替循環培養待分離的菌懸液，從而使組成酶變異株得到富集。當菌懸液被接種到不含誘導物而含有其他可利用碳源的培養基中時，出發菌株和組成酶變異株均能較好地生長，但前者不能合成有關的水解酶，而後者能合成有關的水解酶。再將它們轉接入含誘導物的培養基中時，組成酶變異株能迅速利用誘導底物進行生長繁殖，而出發菌株需經歷一個誘導合成酶的階段，最終導致兩種菌株的生長不同步。重複上述步驟循環培養，則組成酶變異株所占的比例將逐漸增大。
c.誘導抑制劑法：有些化合物能阻止某些誘導酶的合成，這些化合物稱為誘導抑制劑。如α-硝基苯基-β-岩藻糖苷對大腸桿菌的β-半乳糖苷酶的誘導合成有抑制作用。當在誘導物和誘導抑制劑同時存在的培養環境中培養待分離菌群時，誘導型菌株不能產生誘導酶，無法正常生長，只有組成型變異株能夠利用底物進行生長繁殖。
