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1.1 发酵工程的定义及其与其他相关学科的关系1

1.1.1　什么是发酵工程1

1.1.2 发酵工程与其他相关学科的关系1

1 绪论1

1.2　发酵工程的发展史2

1.2.1　发酵本质的认识过程2

1.2.2　发酵工程技术的发展史3

1.3　发酵工业的特点及其研究范畴5

1.3.1　发酵工业的特点5

1.3.2　发酵工业的范围6

1.4.1　工业发酵的类型7

1.4　工业发酵的类型与工艺流程7

1.4.2　发酵生产工艺流程8

1.5　发酵工程在国民经济中的应用9

1.5.1 医药工业9

1.5.2　食品工业9

1.5.3　能源工业9

1.5.4　化学工业10

1.5.5　冶金工业10

1.5.6　农业10

1.6　发酵工程的应用前景11

1.5.7　环境保护11

2　发酵工业菌种13

2.1　发酵工业菌种概述13

2.1.1　细菌13

2.1.2　放线菌13

2.1.3　酵母菌14

2.1.4　霉菌14

2.1.5　未培养微生物14

2.2　发酵工业菌种的分离筛选15

2.2.1　样品的采集15

2.2.2　样品的预处理16

2.2.3　富集培养17

2.2.4　菌种分离18

2.2.5　菌种初筛和复筛19

2.3　发酵工业菌种鉴定19

2.3.1　经典的分类鉴定方法20

2.3.2　现代分类鉴定方法20

2.3.3　将菌种直接送到权威鉴定机构鉴定22

2.4　发酵工业菌种改良23

2.4.1　菌种代谢生理与分子生物学23

2.4.2　常规育种25

2.4.3　细胞工程育种27

2.4.4　基于代谢调节的育种技术31

2.4.5　基因工程育种33

2.4.6　蛋白质工程育种35

2.4.7　代谢工程育种36

2.4.8　组合生物合成育种37

2.4.9　反向生物工程育种38

2.5　发酵工业菌种保藏39

2.5.1　菌种变异及退化机理39

2.5.2　菌种保藏技术39

3.1　发酵工业培养基的基本要求41

3　发酵工业培养基设计41

3.2　发酵工业培养基的成分及来源42

3.2.1　碳源42

3.2.2　氮源43

3.2.3　无机盐及微量元素45

3.2.4　水46

3.2.5　生长调节物质47

3.3　微生物的培养基类型48

3.3.1　斜面培养基48

3.3.2　种子培养基48

3.4.1　发酵培养基的设计原理49

3.4 发酵培养基的设计原理与优化方法49

3.3.3　发酵培养基49

3.4.2　发酵培养基的优化方法51

4　发酵工业的无菌技术57

4.1　发酵工业的无菌处理57

4.2　发酵工业污染的防治策略57

4.2.1　污染的危害57

4.2.2　杂菌污染的防治59

4.3　发酵工业的无菌技术64

4.4　发酵培养基及设备管道灭菌65

4.4.1　湿热灭菌原理65

4.4.2　分批灭菌69

4.4.3　连续灭菌70

4.4.4　发酵培养基及设备管道灭菌技术71

4.5　空气除菌72

4.5.1　空气除菌方法72

4.5.2　空气过滤除菌72

4.5.3　空气预处理73

4.5.4　空气预处理流程设计75

4.5.5　空气过滤介质76

4.5.6　提高过滤除菌效率的措施76

5.1.2　种子质量的判断方法78

5.1.1　优良种子应具备的条件78

5　发酵工业的种子制备78

5.1　种子制备原理与技术78

5.1.3　种子制备79

5.1.4　种龄与接种量80

5.2　影响种子质量的因素81

5.3.3　种子无杂菌检查82

5.4　种子制备的放大原理与技术82

5.4.1　细菌发酵时的种子扩大培养82

5.3.2　适宜的生长环境82

5.3.1　菌种稳定性检查82

5.3　种子质量的控制措施82

5.4.2　酵母发酵时的种子扩大培养83

5.4.3　丝状真菌发酵的种子扩大培养84

5.4.4　放线菌发酵时的种子扩大培养85

6　发酵动力学86

6.1　分批发酵动力学86

6.1.1　微生物生长动力学86

6.1.2　底物消耗动力学88

6.1.3　代谢产物的合成与微生物生长的动力学关系91

6.2　连续发酵动力学93

6.2.1　单级连续发酵93

6.1.4　分批发酵的优缺点93

6.2.2　多级连续发酵95

6.2.3　连续培养在工业生产中的应用96

6.2.4　连续培养中存在的问题97

6.3　分批补料发酵及其动力学98

6.3.1　分批补料发酵动力学98

6.3.2　分批补料发酵的应用99

7.1.1　氧在微生物发酵中的作用101

7.1.3　影响微生物耗氧的因素101

7.1.2　微生物的耗氧特征101

7.1　微生物对氧的需求101

7　发酵工业中氧的供需101

7.1.4　控制溶解氧的意义102

7.2　发酵过程中氧的传递103

7.2.1　氧的传递途径与传质阻力103

7.2.2　气体溶解过程中的双膜理论及其他理论104

7.2.3　氧传递方程105

7.3　发酵过程耗氧与供氧的动态关系105

7.4　影响氧传递的因素107

7.4.1　影响推动力的因素107

7.4.2　影响KLa的因素108

7.5　发酵过程中的氧传递效率111

7.6.1　溶解氧CL的测定原理与方法112

7.6　溶解氧、摄氧率和KLa的测定112

7.6.2　摄氧率γ的测定原理与方法114

7.6.3　KLa的测定原理与方法115

8　发酵过程控制118

8.1　发酵过程控制概述118

8.1.1　发酵过程的参数检测119

8.2　温度对发酵的影响及其控制121

8.2.1　影响发酵温度的因素121

8.1.2　发酵过程的代谢调控121

8.2.2　温度对微生物生长的影响122

8.2.3　温度对基质消耗的影响123

8.2.4　温度对产物合成的影响123

8.2.5　最适温度的选择124

8.3　pH对发酵的影响及其控制124

8.3.1　发酵过程中pH变化的规律124

8.3.2　最适pH的选择125

8.3.3　pH的调控策略126

8.4　溶解氧对发酵的影响及其控制126

8.4.2　溶解氧在发酵过程控制中的重要作用127

8.4.1　溶解氧变化的规律127

8.4.3　影响溶解氧的主要因素与控制方法128

8.4.4　溶解氧控制对发酵的影响130

8.5　CO2和呼吸商对发酵的影响及其控制130

8.5.1　CO2对发酵的影响130

8.5.2　呼吸商与发酵的关系131

8.6　基质浓度对发酵的影响及其控制132

8.7　通气搅拌对发酵的影响及其控制133

8.8.1　泡沫的产生及其影响134

8.8.2　发酵过程中泡沫的消长规律134

8.8　泡沫对发酵的影响及其控制134

8.8.3　泡沫的控制135

8.9　高密度发酵及过程控制136

8.9.1　高密度发酵136

8.9.2　高密度发酵的策略136

8.9.3　高密度发酵技术137

8.9.4 高密度发酵存在的问题137

8.10　发酵终点的检测与控制138

8.10.1　发酵终点的判断138

8.10.2　菌体自溶的监测138

8.10.3　影响自溶的因素139

8.11.1 发酵过程的计算机控制原理140

8.11.2　发酵过程的计算机功能分析140

8.11 自动控制技术在发酵过程控制中的应用140

9　发酵罐放大与设计144

9.1 发酵罐的类型与结构144

9.1.1　发酵罐的类型144

9.1.2　发酵罐的结构145

9.2　通用式发酵罐的设计与放大146

9.2.1　发酵罐设计的基本原则146

9.2.2　发酵罐设计的基本要求147

9.2.3　发酵罐放大设计147

9.3.1　搅拌功率的计算152

9.3　发酵罐电机的选配152

9.3.2　发酵罐的电机选配155

10　基因工程菌发酵156

10.1　基因工程菌发酵动力学156

10.1.1 基因工程菌的发酵动力学模型分类156

10.1.2　基因工程菌培养过程的动力学模型157

10.2　基因工程菌发酵的设备158

10.3　基因工程菌的高密度发酵及控制158

10.3.1 高密度发酵培养基的选择159

10.3.2　培养方式的选择159

10.3.5　pH的影响及控制160

10.3.3　发酵过程中溶解氧的控制160

10.3.4　温度的影响及控制160

10.4　基因工程菌发酵的后处理技术161

10.4.1　细胞破碎161

10.4.2 基因工程蛋白质的浓缩与分离纯化161

10.4.3　基因工程菌中核酸的分离纯化162

10.5　基因工程菌的不稳定性及对策164

10.5.1 基因工程菌不稳定性的表现164

10.5.2　基因工程菌不稳定的原因及对策164

10.6.1　基因工程生产干扰素166

10.6　应用案例与分析166

10.6.2　重组人生长激素（rhGH）的生产168

10.6.3　核酸疫苗169

11　发酵产物的提取与精制171

11.1　概述171

11.1.1　提取与精制过程的一般工艺流程171

11.1.2　发酵产物提取精制方法的优化与工艺设计172

11.2　发酵液的预处理172

11.2.1　改变发酵培养物的过滤特性173

11.3.1　过滤分离技术175

11.3　固液分离技术175

11.2.2　发酵液相对纯化175

11.2.3　高价无机离子的去除方法175

11.3.2　离心分离技术177

11.4　细胞破碎技术179

11.4.1　物理法180

11.4.2　化学法182

11.4.3　生物酶溶法183

11.4.4　细胞破碎技术的发展方向183

11.5　浓缩技术184

11.6.1　膜分离技术的原理185

11.6　膜分离技术185

11.6.2　反渗透187

11.6.3　超滤和微滤187

11.6.4　透析188

11.7　沉淀分离技术188

11.7.1 蛋白质分子在水溶液中的稳定性188

11.7.2　蛋白质沉淀分离方法189

11.8　吸附分离技术191

11.8.1　吸附分离原理191

11.8.2　吸附介质的分类及其性质192

11.9.1　溶剂萃取193

11.9　萃取分离技术193

11.9.2　双水相萃取196

11.9.3　超临界流体萃取198

11.10　色谱分离技术199

11.10.1　柱色谱中的常用术语199

11.10.2　吸附色谱200

11.10.3　离子交换色谱技术202

11.10.4　凝胶色谱技术207

11.10.5　亲和色谱技术211

11.11　结晶技术212

11.11.1　结晶的基本原理212

11.10.6　逆流色谱技术212

11.11.2　影响结晶生成的因素213

11.11.3　工业发酵中常用的结晶方法及设备215

11.12　干燥技术215

11.12.1　对流加热干燥法215

11.12.2　接触加热干燥方法216

11.12.3　冷冻升华干燥法216

12　发酵工业清洁生产技术218

12.1　清洁生产的概念及主要内容218

12.1.1　清洁生产的定义218

12.1.2　清洁生产技术的主要研究内容219

12.2　清洁生产与末端治理的比较220

12.3　发酵行业开展清洁生产的重要意义和必要性221

12.4　实现清洁生产的有效途径222

12.4.1　强化内部管理222

12.4.2　工艺技术改革与创新实现清洁生产223

12.4.3　废弃资源的综合利用225

13　发酵工厂设计概述226

13.1 发酵工厂基本建设程序和设计工作的基本内容226

13.1.1　发酵工厂基本建设程序226

13.1.2　发酵工厂工程设计的基本内容226

13.2.1　厂址选择227

13.2　发酵工厂址选择和总图布置227

13.2.2　总平面布置228

13.3　发酵工艺流程设计229

13.3.1　工艺流程的设计原则229

13.3.2　工艺流程的设计步骤229

13.4　物料衡算与设备选型229

13.4.1　物料衡算229

13.4.2　主要技术经济指标230

13.4.3　设备选型231

13.5　发酵车间设备布置与管道设计233

13.5.1　车间设备布置233

13.5.2　车间工艺管道设计234

13.6.1　废气235

13.6.2　废水235

13.6　发酵工业“三废”处理及其工厂化设计235

13.6.3　废渣236

13.7　发酵工厂投资概算与经济评价236

13.7.1　建设项目的总投资概算236

13.7.2　概算和经济评价中的一些费用计算236

13.7.3　产品成本计算237

13.7.4　借款利息和还款能力预测238

13.7.5　项目投资的经济评价238

14.2　影响发酵产品成本的主要因素239

14.2.1 菌株选育对发酵成本的影响239

14　发酵经济学239

14.1　概述239

14.2.2　发酵培养基成本分析240

14.2.3　无菌空气与通气搅拌成本分析241

14.2.4　动力费的成本分析241

14.2.5　发酵工艺中不同培养方式的成本对比分析242

14.2.6　发酵产品分离纯化的成本分析244

14.2.7　发酵规模的成本分析244

14.3.2　生产效率245

14.3.1　产物浓度245

14.3　发酵过程的经济学评价245

14.2.8 市场经济信息分析及管理技术245

14.3.3　基质转化率246

14.3.4　单位产品的能耗246

15　发酵产品生产原理与技术应用247

15.1　醇酮类产品的发酵生产247

15.1.1　酒精发酵菌种247

15.1.2　酒精发酵的原料和工艺流程247

15.2.2　菌种扩大培养249

15.2.1　淀粉水解糖的制备249

15.2　氨基酸类产品的发酵生产249

15.2.3　谷氨酸分批发酵250

15.2.4　谷氨酸提取250

15.3　核苷酸类产品的发酵生产251

15.4　有机酸类产品的发酵生产252

15.5　油脂类产品的发酵生产254

15.6　抗生素发酵生产254

15.6.1　抗生素的生产工艺255

15.6.2　青霉素发酵生产过程及其关键技术255

15.7　酶制剂的发酵生产256

15.7.1　酶制剂的应用256

15.6.3　青霉素的提取和精制256

15.7.2　酶制剂的生产257

15.7.3　α-淀粉酶的生产257

15.8　多糖类产品的发酵生产260

15.9　维生素类产品的发酵生产261

15.10　甾体激素的微生物转化263

15.10.1 由醋酸化合物S生产氢化可的松264

15.10.2　利用简单节杆菌将氢化可的松转化成强的松龙264

15.10.3 以醋酸可的松为原料生产醋酸强的松265

16　发酵工程在现代生物化工中的应用266

16.1 发酵工程在生物医药领域的应用266

16.1.3　多烯脂肪酸的发酵生产267

16.1.1　抗生素的发酵生产267

16.1.2　维生素类药物的发酵生产267

16.1.4　医用酶制剂的发酵生产268

16.1.5　新型保健食品的发酵生产268

16.2　发酵工程在化学工业中的应用268

16.2.1 发酵工程在化工原料工业中的应用268

16.2.2　发酵工程在农药生产中的应用269

16.2.3　发酵工程在新型能源工业中的应用269

16.3 发酵工程在绿色化学工业中的应用269

16.4　发酵工程在生物炼制技术需求推动下快速发展270

参考文献272