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第一章 绪论1

第一节 基本概念1

一、生物技术与发酵工程的概念1

二、发酵工程的研究内容3

第二节 发酵过程的特点及其发展简史6

一、发酵反应过程的特点6

二、发酵工程的简略历程8

第三节 发酵工程的任务和发展方向9

一、发酵工程的任务9

二、发酵工程的发展方向10

第二章 微生物反应的质能平衡与代谢产物的过量生产12

第一节 微生物反应的质能平衡12

一、微生物反应物的化学式12

二、微生物反应方程式的确定14

三、微生物反应的质能平衡17

第二节 代谢产物的过量生产20

一、微生物的代谢调控20

二、提高初级代谢产物产量的方法27

三、提高次级代谢产物产量的方法32

四、提高高产菌种的稳定性和改进发酵产品的品质33

第三章 生物发酵的基本过程36

第一节 生物发酵简述36

一、发酵类型36

二、发酵的一般过程和操作方式39

三、发酵过程的代谢特征40

四、主要技术经济指标41

第二节 种子扩大培养44

一、种子培养基和培养条件44

二、种子制备工艺45

三、种子质量的控制措施47

第三节 发酵培养基48

一、发酵培养基的一般特点48

二、发酵培养基的组成与制备48

三、发酵培养基的设计和优化51

第四节 发酵过程的中间分析53

一、中间分析项目54

二、发酵终点的判断57

第四章 微生物发酵动力学59

第一节 数学模型59

一、微生物反应速率的数学模型59

二、动力学模型的分类59

三、建立数学模型的一般原则61

第二节 微生物的生长速率62

一、单一细胞的生长62

二、细胞生长速率与比生长速率63

三、Monod生长动力学模型及其推广64

四、有抑制的细胞生长速率66

五、多底物模型67

第三节 底物消耗68

一、底物消耗动力学68

二、底物消耗速率与比消耗速率69

三、包括维持能的底物消耗速率69

四、包括产物生成的底物消耗速率70

五、氮源的消耗及碳氮比71

六、氧消耗速率71

第四节 代谢产物生成73

一、代谢产物生成速率73

二、产物生成动力学73

第五节 动力学参数的确定75

一、最大比生长速率μmax和饱和常数Ks的确定75

二、生长关联模型中α，β的确定77

第六节 发酵过程模拟与计算机在线优化控制78

一、菌体生长的模拟与优化78

二、产物合成的模拟与优化79

第五章 分批发酵、补料分批发酵和高细胞密度发酵81

第一节 分批发酵81

一、分批发酵操作工艺82

二、分批发酵中的菌体生长规律83

三、分批发酵过程中的代谢变化86

四、分批发酵过程最优化88

五、分批发酵的生产率92

第二节 补料分批发酵93

一、补料分批发酵的适用范围和不同类型94

二、物料的流加方式及其控制95

三、补料分批发酵的动力学96

第三节 高细胞密度发酵98

一、概述98

二、影响高细胞密度发酵生产的因素99

三、高细胞密度发酵的模式及控制102

第六章 连续发酵105

第一节 罐式连续发酵105

一、单罐连续发酵106

二、多罐串联连续发酵110

第二节 管式（塔式）连续发酵113

第三节 膜连续发酵114

第四节 连续发酵的实际应用114

一、连续发酵与分批发酵的比较114

二、连续发酵的设计115

三、连续发酵在工业中的运用117

第七章 微生物的现代固态发酵121

第一节 现代固体发酵及应用121

一、现代固体发酵121

二、现代固态发酵的应用127

第二节 现代固态发酵与其他形式发酵的区别132

一、现代固态发酵与传统固态发酵的区别132

二、现代固态发酵与液态发酵的区别133

第三节 现代固态发酵技术及反应器135

一、混合固态发酵技术135

二、静态密闭式固态发酵技术137

三、动态密闭式固态发酵技术140

四、气相双动态固态纯种发酵技术143

五、吸附载体固态发酵技术146

第四节 三个固态发酵应用的案例149

第八章 基因工程菌株发酵154

第一节 工业化生产的基因工程菌株应具备的条件154

第二节 基因工程菌的发酵155

一、基因工程菌株的培养操作及其发酵设备155

二、基因工程菌株的高密度发酵156

第三节 基因工程菌株的发酵生产案例159

第九章 发酵过程中氧的溶解、传递、测定及其影响因素167

第一节 氧的溶解和微生物的耗氧167

一、氧在液体中的溶解与微生物对氧的需求167

二、微生物的摄氧速率168

三、微生物对溶氧浓度的适应性169

四、影响微生物需氧量的因素169

第二节 培养液中氧的传递169

一、氧在液体中的溶解特性170

二、发酵液中氧的传递170

三、氧传递方程式171

四、发酵罐的溶氧系数172

第三节 影响供氧的因素173

一、影响氧传递推动力的因素173

二、影响体积传递氧系数KLa的因素174

三、影响氧溶解的其他因素177

第四节 溶解氧、摄氧率及溶氧系数的测定178

一、溶解氧的测定方法179

二、摄氧率γ的测定原理与方法180

三、氧传递系数的测定181

第十章 发酵控制工程183

第一节 温度对发酵的影响及其控制184

一、发酵热184

二、发酵热的测定185

三、温度与发酵的关系186

四、最适温度的选择与控制188

第二节 pH对发酵的影响及其控制190

一、pH对菌体生长和产物合成的影响190

二、影响发酵pH变化的因素192

三、最适pH选择193

四、发酵过程中pH的控制195

第三节 溶解氧对发酵的影响及其控制197

一、发酵过程中溶解氧浓度的变化198

二、影响液相体积氧传递系数KLa的因素201

三、溶解氧浓度的控制201

第四节 基质浓度对发酵的影响及补料控制204

一、基质浓度对发酵的影响204

二、补料对发酵的影响及其控制210

第五节 泡沫控制215

一、泡沫的形成和性质216

二、发酵过程中泡沫的消长规律216

三、发酵过程中泡沫的控制218

第六节 杂菌与噬菌体的防治221

一、杂菌污染的原因与防治221

二、噬菌体污染的防治224

三、生产技术管理对染菌防治的重要性226

第十一章 发酵工程中的灭菌工程228

第一节 湿热灭菌原理228

一、灭菌的原理和方法228

二、微生物的热阻229

三、理论灭菌时间——对数残留定律230

四、灭菌温度与菌死亡反应速率常数的关系232

五、影响培养基灭菌的因素234

第二节 分批灭菌的设备与计算237

一、分批灭菌操作的要点237

二、分批操作的计算238

第三节 连续灭菌的设备与计算241

一、连续灭菌流程及设备241

二、连续灭菌时间的计算248

第十二章 空气除菌工程250

第一节 空气除菌的方法250

一、通风发酵对无菌空气的要求250

二、空气除菌方法251

三、过滤除菌的原理251

四、深层过滤效率和过滤器的计算253

第二节 过滤除菌的流程与设备255

一、空气过滤的工艺要求255

二、过滤除菌设备结构与过滤介质257

第十三章 发酵设备及其检测与控制265

第一节 通风发酵设备265

一、通用式发酵罐265

二、机械搅拌自吸式发酵罐270

三、气升式发酵罐271

四、喷射自吸式发酵罐272

第二节 厌氧发酵罐273

一、乙醇发酵罐273

二、啤酒发酵设备274

三、废水的厌氧处理生物反应器277

第三节 机械搅拌与搅拌功率280

一、搅拌器280

二、搅拌流型282

三、搅拌功率282

第四节 发酵罐放大283

一、几何相似放大284

二、单位体积搅拌功率相等放大284

三、单位体积培养液空气流量相同原则放大284

四、以空气线速度相同原则放大285

五、KLa相等的放大285

六、各种放大方法的比较286

第五节 发酵过程参数和发酵过程的自动控制287

一、发酵过程中的参数287

二、罐压、温度的检测和自动控制288

三、发酵液pH的检测和自动控制289

四、发酵液溶氧的检测和自动控制289

五、计算机在发酵过程中的应用289

六、系统生物学技术在发酵过程优化与控制中的应用290

第十四章 动、植物细胞的发酵工程292

第一节 动、植物细胞与微生物菌体的差异292

一、动、植物细胞与微生物菌体培养的差异292

二、发酵工业常用的动物细胞293

三、发酵工业常用的植物细胞295

第二节 动物细胞大规模培养296

一、动物细胞的特性296

二、动物细胞培养技术296

三、动物细胞培养用生物反应器304

第三节 植物细胞大规模培养310

一、植物细胞培养310

二、植物细胞培养的特性311

三、植物细胞培养用反应器311

第十五章 产品分离与纯化工程313

第一节 发酵产品分离纯化方法简介313

第二节 发酵液的预处理、固液分离和细胞的破碎314

一、发酵液的预处理314

二、培养液的固液分离315

三、细胞破碎315

第三节 发酵产品分离和纯化方法316

一、萃取法316

二、沉淀分离技术321

三、浓缩技术323

四、色谱分离技术324

五、膜分离技术334

六、样品干燥技术338

主要参考文献340

索引341