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1 绪论 1

1.1 生物工艺学及其研究内容 1

1.1.1 生物工艺学定义 1

1.1.2 生物技术与相关学科的关系 1

1.1.3 生物工艺学的特点 1

1.1.4 生物反应的一般过程 2

1.1.5 生物工艺学的研究内容 3

1.2 生物技术发展简史 4

1.2.1 传统经验制造技术—天然发酵阶段 4

1.2.2 纯种培养技术的成功—初级代谢产物生产阶段 4

1.2.3 搅拌技术的成熟—好氧培养阶段 4

1.2.4 基因重组技术的成熟—现代生物技术阶段 5

1.3 生物技术应用 5

1.3.1 农业 5

1.3.2 食品工业 6

1.3.3 医药工业 6

1.3.4 化学冶金工业 6

1.3.5 能源工业 7

1.3.6 环境保护 7

2 工业微生物菌种选育、制备与保藏 8

2.1 工业生产常用微生物菌种及特性 8

2.1.1 细菌 8

2.1.2 放线菌 9

2.1.3 酵母菌 10

2.1.4 霉菌 11

2.2 工业微生物菌种选育 13

2.2.1 自然育种 13

2.2.2 诱变育种 15

2.2.3 杂交育种 17

2.2.4 基因工程育种 20

2.3 工业微生物菌种制备 23

2.3.1 优良种子应具备的条件 24

2.3.2 种子制备的过程 24

2.3.3 种子质量的控制 25

2.4 工业微生物菌种复壮与保藏 29

2.4.1 工业微生物菌种复壮 29

2.4.2 工业微生物菌种保藏 30

3 工业培养基及其设计 32

3.1 工业培养基的基本要求 32

3.2 工业培养基的成分及来源 32

3.2.1 碳源 32

3.2.2 能源 33

3.2.3 氮源 33

3.2.4 无机盐及微量元素 33

3.2.5 生长调节物质 34

3.2.6 水 35

3.3 培养基类型 35

3.3.1 制备培养基的基本原则 35

3.3.2 培养基的种类及其应用 37

3.4 培养基的设计原理与优化方法 40

3.4.1 培养基的设计原理 40

3.4.2 培养基的优化方法 42

4 生物工艺过程中的无菌技术 44

4.1 生物反应过程中无菌的要求 44

4.2 工业常用无菌技术 44

4.2.1 干热灭菌 44

4.2.2 湿热灭菌 44

4.2.3 射线灭菌 45

4.2.4 化学药剂灭菌 45

4.2.5 过滤除菌 45

4.3 培养基灭菌 45

4.3.1 湿热灭菌原理 45

4.3.2 分批灭菌 49

4.3.3 连续灭菌 52

4.4 空气除菌 54

4.4.1 空气除菌方法 54

4.4.2 空气除菌流程 55

4.5 设备及管道灭菌 58

5 生物反应动力学 59

5.1 生物反应动力学概述 59

5.1.1 菌体生长速率 60

5.1.2 基质消耗速率 61

5.1.3 代谢产物的生成速率 62

5.2 生物反应过程的质量平衡和能量平衡 64

5.2.1 质量平衡 64

5.2.2 能量平衡 65

5.3 微生物发酵动力学 65

5.3.1 分批发酵 66

5.3.2 连续发酵 68

5.3.3 分批补料发酵 70

6 发酵过程原理 75

6.1 发酵方式 75

6.1.1 分批发酵 75

6.1.2 连续发酵 77

6.1.3 分批补料发酵 78

6.1.4 细胞的高密度发酵 78

6.2 发酵过程的影响因素 80

6.2.1 种子质量 80

6.2.2 培养基 81

6.2.3 灭菌情况 82

6.2.4 温度 83

6.2.5 pH 85

6.2.6 氧的供给 89

6.2.7 二氧化碳和呼吸商 97

6.2.8 基质浓度、补料对发酵的影响 99

6.2.9 泡沫的形成及其对发酵的影响 101

6.3 杂菌及噬菌体感染 104

6.3.1 杂菌感染对发酵的影响及其防治 104

6.3.2 噬菌体感染对发酵的影响及其防治 106

6.4 发酵终点的判断 106

7 生物反应器及生物工艺过程放大 108

7.1 生物反应器 108

7.1.1 生物反应器的分类 108

7.1.2 深层液态反应器 109

7.1.3 固态发酵反应器 111

7.2 实验室试验研究 112

7.2.1 实验室的生物反应器 112

7.2.2 摇瓶试验 113

7.2.3 实验室研究和试验设计方法 114

7.3 生物工艺过程放大 115

7.3.1 实验室摇瓶与发酵罐培养的差异 115

7.3.2 发酵罐规模改变的影响 116

7.3.3 生物工艺过程放大的方法 117

8 生物反应过程参数检测与控制 120

8.1 生物反应过程参数 120

8.2 生物反应过程参数检测 122

8.2.1 直接状态参数检测 124

8.2.2 间接状态参数检测 124

8.3 生物反应过程的自动控制 126

8.3.1 基本自动控制系统 126

8.3.2 发酵自控系统的硬件结构 129

8.3.3 先进控制理论在发酵过程控制中的应用 130

9 生物产品分离及纯化技术 132

9.1 概述 132

9.1.1 生物分离过程的特点 132

9.1.2 生物物质分离的一般步骤 132

9.2 发酵液的预处理 133

9.2.1 加热 134

9.2.2 凝聚和絮凝 134

9.2.3 调节pH 135

9.2.4 加入无机盐类 135

9.2.5 加入助滤剂 135

9.3 生物物质固-液分离技术 136

9.3.1 发酵液的过滤分离 136

9.3.2 发酵液的离心分离 137

9.4 微生物细胞的破碎与分离 140

9.4.1 机械法 140

9.4.2 非机械法 141

9.5 生物物质的分离与提取 141

9.5.1 沉淀法 141

9.5.2 吸附法 142

9.5.3 离子交换法 144

9.5.4 萃取法 147

9.6 生物物质纯化与精制技术 154

9.6.1 色谱分离 154

9.6.2 膜分离技术 157

9.6.3 结晶技术 160

9.6.4 生物产品的干燥 162

10 生物产品工艺学及应用 165

10.1 白酒生产工艺技术 165

10.1.1 白酒及其分类 165

10.1.2 白酒生产主要原辅料 166

10.1.3 白酒生产中主要微生物 167

10.1.4 白酒生产工艺 168

10.1.5 白酒生产中的新技术 182

10.2 啤酒生产工艺技术 184

10.2.1 概述 184

10.2.2 啤酒生产原辅料 184

10.2.3 啤酒生产工艺 186

10.2.4 啤酒生产中的新技术 192

10.3 有机酸生产工艺技术 193

10.3.1 柠檬酸生产工艺 193

10.3.2 其他有机酸生产工艺 195

10.4 抗生素生产工艺技术 199

10.4.1 概述 199

10.4.2 抗生素生产工艺过程 202

10.5 生物质能源利用 207

10.5.1 概述 207

10.5.2 燃料乙醇 210

10.5.3 生物柴油 210

10.6 废水处理 211

10.6.1 概述 211

10.6.2 活性污泥法 212

10.6.3 好氧生物膜法 215

10.6.4 厌氧消化—甲烷发酵 216

10.6.5 光合细菌处理高浓度有机废水 219

参考文献 220