發(fā)酵工程原理與技術(shù)應(yīng)用

1緒論1

1.1發(fā)酵工程的定義及其與其他相關(guān)學(xué)科

的關(guān)系1

1.1.1什么是發(fā)酵工程1

1.1.2發(fā)酵工程與其他相關(guān)學(xué)科的關(guān)系1

1.2發(fā)酵工程的發(fā)展史2

1.2.1發(fā)酵本質(zhì)的認(rèn)識過程2

1.2.2發(fā)酵工程技術(shù)的發(fā)展史3

1.3發(fā)酵工業(yè)的特點(diǎn)及其研究范疇5

1.3.1發(fā)酵工業(yè)的特點(diǎn)5

1.3.2發(fā)酵工業(yè)的范圍6

1.4工業(yè)發(fā)酵的類型與工藝流程7

1.4.1工業(yè)發(fā)酵的類型7

1.4.2發(fā)酵生產(chǎn)工藝流程8

1.5發(fā)酵工程在國民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用9

1.5.1醫(yī)藥工業(yè)9

1.5.2食品工業(yè)9

1.5.3能源工業(yè)9

1.5.4化學(xué)工業(yè)10

1.5.5冶金工業(yè)10

1.5.6農(nóng)業(yè)10

1.5.7環(huán)境保護(hù)11

1.6發(fā)酵工程的應(yīng)用前景11

2發(fā)酵工業(yè)菌種13

2.1發(fā)酵工業(yè)菌種概述13

2.1.1細(xì)菌13

2.1.2放線菌13

2.1.3酵母菌14

2.1.4霉菌14

2.1.5未培養(yǎng)微生物14

2.2發(fā)酵工業(yè)菌種的分離篩選15

2.2.1樣品的采集15

2.2.2樣品的預(yù)處理16

2.2.3富集培養(yǎng)17

2.2.4菌種分離18

2.2.5菌種初篩和復(fù)篩19

2.3發(fā)酵工業(yè)菌種鑒定19

2.3.1經(jīng)典的分類鑒定方法20

2.3.2現(xiàn)代分類鑒定方法20

2.3.3將菌種直接送到權(quán)威鑒定機(jī)構(gòu)

鑒定22

2.4發(fā)酵工業(yè)菌種改良23

2.4.1菌種代謝生理與分子生物學(xué)23

2.4.2常規(guī)育種25

2.4.3細(xì)胞工程育種27

2.4.4基于代謝調(diào)節(jié)的育種技術(shù)31

2.4.5基因工程育種33

2.4.6蛋白質(zhì)工程育種35

2.4.7代謝工程育種36

2.4.8組合生物合成育種37

2.4.9反向生物工程育種38

2.5發(fā)酵工業(yè)菌種保藏39

2.5.1菌種變異及退化機(jī)理39

2.5.2菌種保藏技術(shù)39

3發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基設(shè)計41

3.1發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的基本要求41

3.2發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來源42

3.2.1碳源42

3.2.2氮源43

3.2.3無機(jī)鹽及微量元素45

3.2.4水46

3.2.5生長調(diào)節(jié)物質(zhì)47

3.3微生物的培養(yǎng)基類型48

3.3.1斜面培養(yǎng)基48

3.3.2種子培養(yǎng)基48

3.3.3發(fā)酵培養(yǎng)基49

3.4發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計原理與優(yōu)化方法49

3.4.1發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計原理49

3.4.2發(fā)酵培養(yǎng)基的優(yōu)化方法51

4發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)57

4.1發(fā)酵工業(yè)的無菌處理57

4.2發(fā)酵工業(yè)污染的防治策略57

4.2.1污染的危害57

4.2.2雜菌污染的防治59

4.3發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)64

4.4發(fā)酵培養(yǎng)基及設(shè)備管道滅菌65

4.4.1濕熱滅菌原理65

4.4.2分批滅菌69

4.4.3連續(xù)滅菌70

4.4.4發(fā)酵培養(yǎng)基及設(shè)備管道滅菌

技術(shù) 71

4.5空氣除菌72

4.5.1空氣除菌方法72

4.5.2空氣過濾除菌72

4.5.3空氣預(yù)處理73

4.5.4空氣預(yù)處理流程設(shè)計75

4.5.5空氣過濾介質(zhì)76

4.5.6提高過濾除菌效率的措施76

5發(fā)酵工業(yè)的種子制備78

5.1種子制備原理與技術(shù)78

5.1.1優(yōu)良種子應(yīng)具備的條件78

5.1.2種子質(zhì)量的判斷方法78

5.1.3種子制備79

5.1.4種齡與接種量80

5.2影響種子質(zhì)量的因素81

5.3種子質(zhì)量的控制措施82

5.3.1菌種穩(wěn)定性檢查82

5.3.2適宜的生長環(huán)境82

5.3.3種子無雜菌檢查82

5.4種子制備的放大原理與技術(shù)82

5.4.1細(xì)菌發(fā)酵時的種子擴(kuò)大培養(yǎng)82

5.4.2酵母發(fā)酵時的種子擴(kuò)大培養(yǎng)83

5.4.3絲狀真菌發(fā)酵的種子擴(kuò)大培養(yǎng)84

5.4.4放線菌發(fā)酵時的種子擴(kuò)大培養(yǎng)85

6發(fā)酵動力學(xué)86

6.1分批發(fā)酵動力學(xué)86

6.1.1微生物生長動力學(xué)86

6.1.2底物消耗動力學(xué)88

6.1.3代謝產(chǎn)物的合成與微生物生長的

動力學(xué)關(guān)系91

6.1.4分批發(fā)酵的優(yōu)缺點(diǎn)93

6.2連續(xù)發(fā)酵動力學(xué)93

6.2.1單級連續(xù)發(fā)酵93

6.2.2多級連續(xù)發(fā)酵95

6.2.3連續(xù)培養(yǎng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用96

6.2.4連續(xù)培養(yǎng)中存在的問題97

6.3分批補(bǔ)料發(fā)酵及其動力學(xué)98

6.3.1分批補(bǔ)料發(fā)酵動力學(xué)98

6.3.2分批補(bǔ)料發(fā)酵的應(yīng)用99

7發(fā)酵工業(yè)中氧的供需101

7.1微生物對氧的需求101

7.1.1氧在微生物發(fā)酵中的作用101

7.1.2微生物的耗氧特征101

7.1.3影響微生物耗氧的因素101

7.1.4控制溶解氧的意義102

7.2發(fā)酵過程中氧的傳遞103

7.2.1氧的傳遞途徑與傳質(zhì)阻力103

7.2.2氣體溶解過程中的雙膜理論及

其他理論104

7.2.3氧傳遞方程105

7.3發(fā)酵過程耗氧與供氧的動態(tài)關(guān)系105

7.4影響氧傳遞的因素107

7.4.1影響推動力的因素107

7.4.2影響KLa的因素108

7.5發(fā)酵過程中的氧傳遞效率111

7.6溶解氧、攝氧率和KLa的測定112

7.6.1溶解氧CL的測定原理與方法112

7.6.2攝氧率γ的測定原理與方法114

7.6.3KLa的測定原理與方法115

8發(fā)酵過程控制118

8.1發(fā)酵過程控制概述118

8.1.1發(fā)酵過程的參數(shù)檢測119

8.1.2發(fā)酵過程的代謝調(diào)控121

8.2溫度對發(fā)酵的影響及其控制121

8.2.1影響發(fā)酵溫度的因素121

8.2.2溫度對微生物生長的影響122

8.2.3溫度對基質(zhì)消耗的影響123

8.2.4溫度對產(chǎn)物合成的影響123

8.2.5最適溫度的選擇124

8.3pH對發(fā)酵的影響及其控制124

8.3.1發(fā)酵過程中pH變化的規(guī)律124

8.3.2最適pH的選擇125

8.3.3pH的調(diào)控策略126

8.4溶解氧對發(fā)酵的影響及其控制126

8.4.1溶解氧變化的規(guī)律127

8.4.2溶解氧在發(fā)酵過程控制中的重要

作用127

8.4.3影響溶解氧的主要因素與控制

方法128

8.4.4溶解氧控制對發(fā)酵的影響130

8.5CO2和呼吸商對發(fā)酵的影響及其

控制130

8.5.1CO2對發(fā)酵的影響130

8.5.2呼吸商與發(fā)酵的關(guān)系131

8.6基質(zhì)濃度對發(fā)酵的影響及其控制132

8.7通氣攪拌對發(fā)酵的影響及其控制133

8.8泡沫對發(fā)酵的影響及其控制134

8.8.1泡沫的產(chǎn)生及其影響134

8.8.2發(fā)酵過程中泡沫的消長規(guī)律134

8.8.3泡沫的控制135

8.9高密度發(fā)酵及過程控制136

8.9.1高密度發(fā)酵136

8.9.2高密度發(fā)酵的策略136

8.9.3高密度發(fā)酵技術(shù)137

8.9.4高密度發(fā)酵存在的問題137

8.10發(fā)酵終點(diǎn)的檢測與控制138

8.10.1發(fā)酵終點(diǎn)的判斷138

8.10.2菌體自溶的監(jiān)測138

8.10.3影響自溶的因素139

8.11自動控制技術(shù)在發(fā)酵過程控制中的

應(yīng)用140

8.11.1發(fā)酵過程的計算機(jī)控制原理140

8.11.2發(fā)酵過程的計算機(jī)功能分析140

9發(fā)酵罐放大與設(shè)計144

9.1發(fā)酵罐的類型與結(jié)構(gòu)144

9.1.1發(fā)酵罐的類型144

9.1.2發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)145

9.2通用式發(fā)酵罐的設(shè)計與放大146

9.2.1發(fā)酵罐設(shè)計的基本原則146

9.2.2發(fā)酵罐設(shè)計的基本要求147

9.2.3發(fā)酵罐放大設(shè)計147

9.3發(fā)酵罐電機(jī)的選配152

9.3.1攪拌功率的計算152

9.3.2發(fā)酵罐的電機(jī)選配155

10基因工程菌發(fā)酵156

10.1基因工程菌發(fā)酵動力學(xué)156

10.1.1基因工程菌的發(fā)酵動力學(xué)模型

分類156

10.1.2基因工程菌培養(yǎng)過程的動力學(xué)

模型157

10.2基因工程菌發(fā)酵的設(shè)備158

10.3基因工程菌的高密度發(fā)酵及控制158

10.3.1高密度發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇159

10.3.2培養(yǎng)方式的選擇159

10.3.3發(fā)酵過程中溶解氧的控制160

10.3.4溫度的影響及控制160

10.3.5pH的影響及控制160

10.4基因工程菌發(fā)酵的后處理技術(shù)161

10.4.1細(xì)胞破碎161

10.4.2基因工程蛋白質(zhì)的濃縮與分離

純化161

10.4.3基因工程菌中核酸的分離

純化162

10.5基因工程菌的不穩(wěn)定性及對策164

10.5.1基因工程菌不穩(wěn)定性的表現(xiàn)164

10.5.2基因工程菌不穩(wěn)定的原因及

對策164

10.6應(yīng)用案例與分析166

10.6.1基因工程生產(chǎn)干擾素166

10.6.2重組人生長激素（rhGH）

的生產(chǎn)168

10.6.3核酸疫苗169

11發(fā)酵產(chǎn)物的提取與精制171

11.1概述171

11.1.1提取與精制過程的一般工藝

流程171

11.1.2發(fā)酵產(chǎn)物提取精制方法的優(yōu)化

與工藝設(shè)計172

11.2發(fā)酵液的預(yù)處理172

11.2.1改變發(fā)酵培養(yǎng)物的過濾特性173

11.2.2發(fā)酵液相對純化175

11.2.3高價無機(jī)離子的去除方法175

11.3固液分離技術(shù)175

1131過濾分離技術(shù)175

1132離心分離技術(shù)177

114細(xì)胞破碎技術(shù)179

1141物理法180

1142化學(xué)法182

1143生物酶溶法183

1144細(xì)胞破碎技術(shù)的發(fā)展方向183

115濃縮技術(shù)184

116膜分離技術(shù)185

1161膜分離技術(shù)的原理185

1162反滲透187

1163超濾和微濾187

1164透析188

117沉淀分離技術(shù)188

1171蛋白質(zhì)分子在水溶液中的穩(wěn)

定性188

1172蛋白質(zhì)沉淀分離方法189

118吸附分離技術(shù)191

1181吸附分離原理191

1182吸附介質(zhì)的分類及其性質(zhì)192

119萃取分離技術(shù)193

1191溶劑萃取193

1192雙水相萃取196

1193超臨界流體萃取198

1110色譜分離技術(shù)199

11101柱色譜中的常用術(shù)語199

11102吸附色譜200

11103離子交換色譜技術(shù)202

11104凝膠色譜技術(shù)207

11105親和色譜技術(shù)211

11106逆流色譜技術(shù)212

1111結(jié)晶技術(shù)212

11111結(jié)晶的基本原理212

11112影響結(jié)晶生成的因素213

11113工業(yè)發(fā)酵中常用的結(jié)晶方法及

設(shè)備215

1112干燥技術(shù)215

11121對流加熱干燥法215

11122接觸加熱干燥方法216

11123冷凍升華干燥法216

12發(fā)酵工業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)218

121清潔生產(chǎn)的概念及主要內(nèi)容218

1211清潔生產(chǎn)的定義218

1212清潔生產(chǎn)技術(shù)的主要研究

內(nèi)容219

122清潔生產(chǎn)與末端治理的比較220

123發(fā)酵行業(yè)開展清潔生產(chǎn)的重要意義

和必要性221

124實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的有效途徑222

1241強(qiáng)化內(nèi)部管理222

1242工藝技術(shù)改革與創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)清潔

生產(chǎn)223

1243廢棄資源的綜合利用225

13發(fā)酵工廠設(shè)計概述226

131發(fā)酵工廠基本建設(shè)程序和設(shè)計工作

的基本內(nèi)容226

1311發(fā)酵工廠基本建設(shè)程序226

1312發(fā)酵工廠工程設(shè)計的基本

內(nèi)容226

132發(fā)酵工廠廠址選擇和總圖布置227

1321廠址選擇227

1322總平面布置228

133發(fā)酵工藝流程設(shè)計229

1331工藝流程的設(shè)計原則229

1332工藝流程的設(shè)計步驟229

134物料衡算與設(shè)備選型229

1341物料衡算229

1342主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)230

1343設(shè)備選型231

135發(fā)酵車間設(shè)備布置與管道設(shè)計233

1351車間設(shè)備布置233

1352車間工藝管道設(shè)計234

136發(fā)酵工業(yè)“三廢”處理及其工廠化

設(shè)計235

1361廢氣235

1362廢水235

1363廢渣236

137發(fā)酵工廠投資概算與經(jīng)濟(jì)評價236

1371建設(shè)項(xiàng)目的總投資概算236

1372概算和經(jīng)濟(jì)評價中的一些費(fèi)用

計算236

1373產(chǎn)品成本計算237

1374借款利息和還款能力預(yù)測238

1375項(xiàng)目投資的經(jīng)濟(jì)評價238

14發(fā)酵經(jīng)濟(jì)學(xué)239

141概述239

142影響發(fā)酵產(chǎn)品成本的主要因素239

1421菌株選育對發(fā)酵成本的影響239

1422發(fā)酵培養(yǎng)基成本分析240

1423無菌空氣與通氣攪拌成本

分析241

1424動力費(fèi)的成本分析241

1425發(fā)酵工藝中不同培養(yǎng)方式的

成本對比分析242

1426發(fā)酵產(chǎn)品分離純化的成本

分析244

1427發(fā)酵規(guī)模的成本分析244

1428市場經(jīng)濟(jì)信息分析及管理

技術(shù)245

143發(fā)酵過程的經(jīng)濟(jì)學(xué)評價245

1431產(chǎn)物濃度245

1432生產(chǎn)效率245

1433基質(zhì)轉(zhuǎn)化率246

1434單位產(chǎn)品的能耗246

15發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)原理與技術(shù)應(yīng)用247

151醇酮類產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)247

1511酒精發(fā)酵菌種247

1512酒精發(fā)酵的原料和工藝流程247

152氨基酸類產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)249

1521淀粉水解糖的制備249

1522菌種擴(kuò)大培養(yǎng)249

1523谷氨酸分批發(fā)酵250

1524谷氨酸提取250

153核苷酸類產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)251

154有機(jī)酸類產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)252

155油脂類產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)254

156抗生素發(fā)酵生產(chǎn)254

1561抗生素的生產(chǎn)工藝255

1562青霉素發(fā)酵生產(chǎn)過程及其關(guān)鍵

技術(shù)255

1563青霉素的提取和精制256

157酶制劑的發(fā)酵生產(chǎn)256

1571酶制劑的應(yīng)用256

1572酶制劑的生產(chǎn)257

1573α淀粉酶的生產(chǎn)257

158多糖類產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)260

159維生素類產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)261

1510甾體激素的微生物轉(zhuǎn)化263

15101由醋酸化合物S生產(chǎn)氫化可

的松264

15102利用簡單節(jié)桿菌將氫化可的松

轉(zhuǎn)化成強(qiáng)的松龍264

15103以醋酸可的松為原料生產(chǎn)醋

酸強(qiáng)的松265

16發(fā)酵工程在現(xiàn)代生物化工中的

應(yīng)用266

161發(fā)酵工程在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用266

1611抗生素的發(fā)酵生產(chǎn)267

1612維生素類藥物的發(fā)酵生產(chǎn)267

1613多烯脂肪酸的發(fā)酵生產(chǎn)267

1614醫(yī)用酶制劑的發(fā)酵生產(chǎn)268

1615新型保健食品的發(fā)酵生產(chǎn)268

162發(fā)酵工程在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用268

1621發(fā)酵工程在化工原料工業(yè)中的

應(yīng)用268

1622發(fā)酵工程在農(nóng)藥生產(chǎn)中的

應(yīng)用269

1623發(fā)酵工程在新型能源工業(yè)中的

應(yīng)用269

163發(fā)酵工程在綠色化學(xué)工業(yè)中的

應(yīng)用269

164發(fā)酵工程在生物煉制技術(shù)需求

推動下快速發(fā)展270

參考文獻(xiàn)272

本書共分16章，以發(fā)酵工程的工業(yè)應(yīng)用為主線，以系統(tǒng)介紹發(fā)酵工業(yè)所必需的發(fā)酵工程理論和實(shí)踐知識為特色，內(nèi)容包括工業(yè)微生物菌種選育、工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基設(shè)計、發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)、種子擴(kuò)大培養(yǎng)、發(fā)酵動力學(xué)、氧的供需、發(fā)酵生理及其過程控制、發(fā)酵罐的放大與設(shè)計、基因工程菌發(fā)酵、發(fā)酵產(chǎn)品的提取與精制、發(fā)酵工業(yè)的清潔生產(chǎn)、發(fā)酵工廠設(shè)計、發(fā)酵經(jīng)濟(jì)學(xué)、發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)原理與技術(shù)應(yīng)用，以及發(fā)酵工程在現(xiàn)代生物化工中的應(yīng)用等方面。本書各章既獨(dú)立成章，又相互聯(lián)系，內(nèi)容安排強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)基礎(chǔ)上的相互銜接，緊扣現(xiàn)代發(fā)酵工程最具發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域和方向。通過本教材的學(xué)習(xí)，可使學(xué)生全面掌握發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)原理與技術(shù)應(yīng)用，熟悉現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展領(lǐng)域和重點(diǎn)方向，為學(xué)生今后從事與發(fā)酵工業(yè)相關(guān)的新產(chǎn)品、新工藝的研究和開發(fā)打下良好的理論與技術(shù)基礎(chǔ)。這是一本為大學(xué)本科生編寫的教材，適用于生物技術(shù)和生物工程專業(yè)以及生物化工、生物制藥工程等相關(guān)專業(yè)的高年級本科生，也可作為相關(guān)專業(yè)的研究生、教師及科研人員的參考書。

本書共分為八章，第一章主要介紹了發(fā)酵工程的類型、特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)、現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢。第二章主要闡述了誘變育種技術(shù)、微生物生理學(xué)、基因工程與代謝工程以及系統(tǒng)生物學(xué)與合成生物學(xué)在工業(yè)微生物菌種選育方面的應(yīng)用。第三、四章分別介紹了發(fā)酵培養(yǎng)基的制備原理與技術(shù)以及無菌空氣的制備工藝及設(shè)備。第五章介紹了培養(yǎng)條件對發(fā)酵過程的影響、發(fā)酵動力學(xué)以及發(fā)酵罐設(shè)備。

第一章緒論1

第一節(jié)發(fā)酵工程發(fā)展史和相關(guān)學(xué)科1

一、發(fā)酵工程的定義1

二、發(fā)酵工程發(fā)展史及相關(guān)學(xué)科1

第二節(jié)發(fā)酵工程類型與發(fā)酵過程特點(diǎn)4

一、發(fā)酵工程類型4

二、發(fā)酵過程特點(diǎn)5

第三節(jié)發(fā)酵工藝過程和關(guān)鍵技術(shù)5

一、發(fā)酵工藝過程5

二、發(fā)酵工程關(guān)鍵技術(shù)6

第四節(jié)發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品和現(xiàn)狀7

一、發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品7

二、發(fā)酵工業(yè)現(xiàn)狀7

第五節(jié)發(fā)酵工程發(fā)展趨勢8

一、技術(shù)領(lǐng)域的擴(kuò)展趨勢10

二、應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展趨勢11

第二章微生物菌種制備原理與技術(shù)13

第一節(jié)發(fā)酵工業(yè)微生物菌種13

一、概述13

二、發(fā)酵工業(yè)常用微生物種類13

三、發(fā)酵工業(yè)微生物的基本要求16

四、菌種的制備原理與方法16

五、適應(yīng)性進(jìn)化18

六、菌種的保藏19

第二節(jié)發(fā)酵微生物生理學(xué)21

一、概述21

二、微生物的遺傳與繁殖21

三、底物的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)22

四、微生物的代謝與調(diào)控23

五、底物、中間產(chǎn)物、終產(chǎn)物與其他脅迫

條件下的響應(yīng)和耐受25

第三節(jié)微生物誘變育種27

一、概述27

二、誘變技術(shù)28

三、誘變育種的篩選策略31

四、代謝控制育種32

五、高通量篩選技術(shù)33

第四節(jié)微生物原生質(zhì)體育種與基因組改組育種34

一、概述34

二、微生物原生質(zhì)體再生育種35

三、微生物原生質(zhì)體誘變育種37

四、微生物原生質(zhì)體轉(zhuǎn)化育種38

五、微生物原生質(zhì)體融合育種38

六、基因組改組育種40

第五節(jié)發(fā)酵微生物的基因工程與代謝工程育種42

一、概述42

二、發(fā)酵微生物的基因工程育種42

三、代謝工程育種45

四、基因工程菌的發(fā)酵特性47

五、基因工程菌的安全性49

第六節(jié)工業(yè)微生物的系統(tǒng)生物學(xué)與合成生物學(xué)49

一、概述49

二、組學(xué)技術(shù)及其在發(fā)酵工程中的應(yīng)用50

三、系統(tǒng)生物學(xué)技術(shù)和基于系統(tǒng)生物學(xué)的菌種改造53

四、合成生物學(xué)及其在發(fā)酵工程中的應(yīng)用53

第三章發(fā)酵培養(yǎng)基的制備與滅菌56

第一節(jié)發(fā)酵工業(yè)原料56

一、發(fā)酵工業(yè)原料的種類及其組成56

二、發(fā)酵工業(yè)原料的選擇原則62

三、生物合成的前體物質(zhì)、抑制劑、

促進(jìn)劑63

四、原料預(yù)處理的目的64

五、原料預(yù)處理的方法65

第二節(jié)發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計67

一、發(fā)酵培養(yǎng)基設(shè)計的目的67

二、發(fā)酵培養(yǎng)基設(shè)計的基本原則69

三、發(fā)酵培養(yǎng)基設(shè)計的方法69

四、發(fā)酵培養(yǎng)基的優(yōu)化70

第三節(jié)淀粉質(zhì)原料的加工方法與設(shè)備70

一、淀粉水解的理論基礎(chǔ)70

二、淀粉的液化方法與設(shè)備71

三、淀粉的糖化方法與設(shè)備72

四、不同發(fā)酵產(chǎn)品對淀粉質(zhì)原料處理的要求73

第四節(jié)纖維質(zhì)原料的加工方法75

一、酸水解75

二、酶水解77

第五節(jié)培養(yǎng)基及設(shè)備的滅菌79

一、培養(yǎng)基滅菌的目的、要求和方法79

二、濕熱滅菌的理論基礎(chǔ)81

三、培養(yǎng)基滅菌的工程設(shè)計83

第四章無菌空氣的制備85

第一節(jié)無菌空氣制備的概述85

一、空氣和無菌空氣85

二、空氣除菌的方法86

第二節(jié)空氣介質(zhì)過濾除菌的原理87

一、捕集效率87

二、空氣過濾器除菌機(jī)制88

三、對數(shù)穿透定律91

四、微濾91

第三節(jié)介質(zhì)過濾制備無菌空氣的工藝和過濾器91

一、介質(zhì)過濾制備無菌空氣的工藝流程91

二、介質(zhì)過濾的空氣過濾器93

第五章培養(yǎng)條件、操作方式與發(fā)酵罐設(shè)計97

第一節(jié)培養(yǎng)條件對發(fā)酵過程的影響97

一、培養(yǎng)基97

二、溫度100

三、pH103

四、供氧對發(fā)酵過程的影響105

五、代謝產(chǎn)物及其他106

第二節(jié)發(fā)酵動力學(xué)112

一、發(fā)酵過程動力學(xué)分類112

二、發(fā)酵過程中的質(zhì)量和能量平衡119

三、發(fā)酵過程動力學(xué)125

第三節(jié)發(fā)酵罐設(shè)備140

一、反應(yīng)器的分類140

二、反應(yīng)器的設(shè)計目標(biāo)和原則141

三、機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐146

四、氣升式發(fā)酵罐154

五、固態(tài)發(fā)酵罐156

第六章發(fā)酵過程優(yōu)化與放大158

第一節(jié)概述158

一、發(fā)酵過程優(yōu)化的基本特征158

二、發(fā)酵過程優(yōu)化的主要內(nèi)容及步驟159

第二節(jié)微生物培養(yǎng)環(huán)境的優(yōu)化161

一、微生物的營養(yǎng)需求161

二、微生物的環(huán)境條件167

三、培養(yǎng)環(huán)境優(yōu)化的正交試驗(yàn)和響應(yīng)面優(yōu)化技術(shù)168

第三節(jié)基于發(fā)酵過程動力學(xué)模型的優(yōu)化技術(shù)175

一、基于動力學(xué)模型的發(fā)酵過程優(yōu)化的基本特征175

二、基于動力學(xué)模型的發(fā)酵過程優(yōu)化的一般步驟175

第四節(jié)分階段發(fā)酵優(yōu)化技術(shù)175

一、分階段優(yōu)化技術(shù)的一般原理與步驟175

二、溫度兩階段控制技術(shù)175

三、pH兩階段控制技術(shù)178

四、溶氧兩階段控制技術(shù)181

第五節(jié)基因工程菌的發(fā)酵優(yōu)化182

一、基因工程菌發(fā)酵過程存在的問題183

二、基因工程菌發(fā)酵過程優(yōu)化研究184

三、高密度培養(yǎng)技術(shù)在基因工程菌發(fā)酵過程優(yōu)化中的應(yīng)用186

第六節(jié)發(fā)酵過程放大188

一、發(fā)酵過程放大原理、原則與步驟188

二、發(fā)酵過程放大方法190

三、基于計算流體力學(xué)的發(fā)酵過程放大技術(shù)191

第七章發(fā)酵過程監(jiān)測與控制205

第一節(jié)概述205

一、發(fā)酵過程控制特性205

二、發(fā)酵過程主要檢測參數(shù)205

三、發(fā)酵過程常用傳感器207

第二節(jié)發(fā)酵過程主要狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測與控制207

一、發(fā)酵過程中溫度的檢測與控制207

二、發(fā)酵過程中pH的檢測與控制210

三、發(fā)酵過程中溶氧的檢測與控制214

四、發(fā)酵過程中泡沫的產(chǎn)生和消除217

五、發(fā)酵過程中CO2的濃度和呼吸商的檢測218

六、發(fā)酵過程中細(xì)胞濃度、產(chǎn)物濃度和底物濃度的檢測220

第三節(jié)發(fā)酵過程先進(jìn)的控制技術(shù)225

一、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)酵過程模式識別與控制225

二、基于代謝網(wǎng)絡(luò)模型的發(fā)酵過程在線控制232

第四節(jié)發(fā)酵染菌及其防治技術(shù)233

一、染菌對發(fā)酵的影響234

二、發(fā)酵染菌的分析235

三、雜菌污染的途徑和防治237

四、故障診斷技術(shù)240

第五節(jié)發(fā)酵過程的計算機(jī)接口技術(shù)247

一、發(fā)酵過程的計算機(jī)控制原理247

二、發(fā)酵過程的計算機(jī)控制功能分析249

三、集散控制系統(tǒng)及接口技術(shù)249

第八章發(fā)酵液預(yù)處理及發(fā)酵產(chǎn)物提取與精制271

第一節(jié)概論271

一、下游加工過程在發(fā)酵工程中的地位271

二、發(fā)酵下游加工過程的特點(diǎn)271

三、分離過程的機(jī)理與分離操作272

四、發(fā)酵工業(yè)下游技術(shù)的一般工藝過程272

第二節(jié)發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離274

一、發(fā)酵液的預(yù)處理目的和要求274

二、發(fā)酵液固液分離技術(shù)與設(shè)備276

三、微生物細(xì)胞的破碎283

第三節(jié)沉淀技術(shù)289

一、沉淀的原理與目的289

二、沉淀方法種類及要求291

三、沉淀技術(shù)應(yīng)用296

第四節(jié)吸附技術(shù)297

一、吸附法的原理與目的297

二、吸附法的優(yōu)缺點(diǎn)298

三、吸附劑的基本要求和種類298

四、吸附基本理論及影響吸附過程的因素300

第五節(jié)色譜技術(shù)303

一、概述303

二、色譜法基本原理303

第六節(jié)膜分離技術(shù)309

一、膜分離方法的分類309

二、表征膜性能的參數(shù)311

三、膜分離設(shè)備313

四、膜分離過程的操作特性和影響因素316

五、膜分離過程在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用317

參考文獻(xiàn)320