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第一章 绪论 1

第一节 生化工程的诞生与发展 1

一、生化工程的由来及其定义 1

二、生化工程的特征 2

三、生化工程的内容与发展 2

四、生化工程在国民经济中的重要作用 4

第二节 微生物生化工程的研究内容与任务 5

一、微生物生化工程的研究内容和目的 5

二、微生物生化工程的进展及今后的任务 6

参考文献 7

思考题与习题 8

第二章 生化反应动力学 9

第一节 单底物酶反应动力学 9

一、米氏方程 9

二、米氏方程讨论 11

三、动力学常数 Km 和 Vm 的求取 13

四、复杂形式的酶反应动力学 13

三、乒乓反应 14

二、随机反应 14

第二节 多底物酶反应动力学 14

一、有序反应 14

第三节 各种因素对酶反应速度的影响 15

一、酶浓度的影响 15

二、pH 的影响 15

三、温度的影响 16

四、抑制剂的影响 16

五、底物浓度的影响 18

六、产物的影响 19

七、激活剂的影响 19

八、辅酶的影响 19

第四节 微生物代谢调节的生化基础 20

一、酶活性的调节 20

二、调节机制的多样性 23

三、调节性酶类性质的理论解释 25

四、代谢调控的解除及在发酵工业上的意义 26

思考题与习题 27

参考文献 27

第三章 微生物发酵动力学 29

第一节 发酵动力学类型 29

一、偶联型 29

二、混合型 29

三、非偶联型 30

第二节 微生物生长和分批发酵动力学 30

一、微生物生长曲线 30

二、微生物生长动力学 31

三、生长抑制的动力学 35

四、环境影响及混合培养动力学 37

五、产物形成动力学 37

六、发酵过程生产率 41

七、丝状微生物发酵产率与基质利用 44

第三节 连续培养及其动力学 45

一、连续培养的类型 46

二、单罐连续发酵的动力学 46

三、多罐连续发酵的动力学 51

五、连续发酵与分批发酵生产率的比较 53

四、限制性营养物质的选择 53

六、连续发酵稳态的确立 54

七、连续发酵中的主要问题 55

八、连续发酵过程控制的参数 56

第四节 补料分批培养及其动力学 59

一、补料分批培养的类型 59

二、补料分批培养的动力学 59

三、补料分批培养的优点 60

第五节 工程菌的发酵 62

一、工程菌的来源和应用 62

二、工程菌的培养特点 62

三、工程菌的防护问题 63

第六节 数学模型法和质、能衡算法及其应用 64

一、数学模型法 64

二、质量和能量平衡原理的应用 68

三、动力学模型与电子计算机控制 69

思考题与习题 71

参考文献 71

第四章 酶及微生物细胞的固定化 74

第一节 概述 74

第二节 酶的固定化 75

一、酶固定化的方法 75

二、固定化酶的形状与性质 78

第三节 微生物细胞的固定化 79

一、细胞固定化的方法 79

二、固定化细胞的形状与性质 80

第四节 固定化技术在食品与发酵工业中的应用 80

一、生产果葡糖浆 80

二、生产6-APA 和抗生素 81

三、生产乙醇和啤酒 81

四、生产 L-氨基酸 82

五、生产 L-苹果酸 82

六、生产α-淀粉酶 82

第五节 物质扩散与固定化酶动力学 83

思考题与习题 84

参考文献 84

第五章 生化反应器 86

第一节 概述 86

第二节 生化反应器的特点与设计原则 87

一、生化反应器的特点 87

二、生化反应器的设计原则 87

第三节 生化反应器的种类及选择与操作 89

一、生化反应器的种类 89

二、生化反应器的正确选择与优化操作 94

三、关于生化反应器的比拟放大 95

第四节 生化反应器的发展及我国生化工程近况 95

一、生化反应器的发展趋势 96

二、我国生化工程近况 96

参考文献 97

思考题与习题 97

第六章 传氧与通气搅拌 98

第一节 概述 98

二、比耗氧速率与氧浓度的关系 99

第二节 氧对微生物生长的影响 99

一、比生长速率与氧浓度的关系 99

第三节 传氧速率方程 101

一、氧的传递途径及传质阻力 101

二、双膜理论与传氧方程式 102

第四节 影响传氧速率的因素 105

一、搅拌 105

二、空气流速 107

三、空气分布管 108

四、氧分压 108

五、罐内液柱高度 108

六、罐容 109

七、醪液性质 109

八、温度 109

九、有机物质和表面活化剂 109

一、溶氧系数常见的形式 110

二、几种溶氧系数的换算 110

第五节 溶氧系数及其测定 110

三、溶氧系数的测定 111

第六节 搅拌功率及溶氧系数的计算 113

一、搅拌功率的计算 113

二、计算生化反应器溶氧系数的经验公式 117

第七节 传氧效率与溶氧调节 120

一、单位溶解氧功耗 120

二、溶氧调节 120

参考文献 122

三、溶氧新概念 122

思考题与习题 123

第七章 比拟放大 124

第一节 比拟放大方法 124

一、几何尺寸放大 125

二、通风量放大 125

三、搅拌功率放大 126

第二节 机械搅拌发酵罐的比拟放大 128

一、放大依据准则的选择 128

二、以体积溶氧系数相等为基准的比拟放大法 129

三、以单位体积等功耗为基准的比拟放大法 132

第三节 放大问题的讨论 133

一、各种比拟放大法的比较 133

二、混合时间的影响——逐级放大的必要性 135

三、罐体材料金属离子的影响 135

四、搅拌浆末端线速度的影响 136

五、混合均匀度问题 136

六、关于缩小 137

参考文献 137

思考题与习题 138

第八章 培养基灭菌 139

第一节 概述 139

第二节 加热灭菌的基本原理 140

一、微生物的热阻 140

二、微生物的热死原理——对数残留定律 141

四、影响培养基灭菌的因素 142

三、温度对杀菌速率常数 K 的影响 142

第三节 分批灭菌的计算 144

一、基础条件的确定 144

二、灭菌效率的计算 146

三、分批灭菌讨论 148

第四节 连续灭菌及其计算 148

一、连续灭菌流程 149

二、连续灭菌计算 150

一、培养基的灭菌条件 152

第五节 灭菌问题的讨论 152

二、加热灭菌的某些技术要点 153

参考文献 153

思考题与习题 153

第九章 空气除菌 155

第一节 概述 155

一、空气除菌的意义 155

二、空气中微生物的分布 155

四、空气除菌的方法 156

第二节 过滤除菌的机制 156

三、好气性发酵对空气无菌度的要求 156

第三节 空气过滤器的计算 159

一、过滤效率 159

二、过滤阻力 160

三、过滤器内空气流速的讨论 160

第四节 过滤介质和流程选择 164

一、常用的滤菌介质 164

参考文献 165

二、空气净化流程选择 165

思考题与习题 166

第十章 生化过程参数检测 167

第一节 直接参数的检测 167

一、物理环境参数的检测 167

二、化学环境参数的检测 171

第二节 间接参数的检测 175

一、体积溶氧系数 176

二、呼吸代谢参数 176

三、细胞、基质和产物参数 177

第三节 生物传感器 178

一、生物传感器的原理 178

四、微生物发酵热 178

二、酶传感器 180

三、微生物传感器 182

四、生物传感器的应用 183

参考文献 185

思考题与习题 185

一、消泡控制 186

二、温度控制 186

第十一章 生化过程控制及计算机应用 186

第一节 生化过程控制 186

三、压力和流量控制 187

四、pH 值控制 187

五、溶解氧控制 187

六、补料控制 189

第二节 计算机在生化过程控制中的应用 189

一、生化过程数据分析 190

二、生化过程状态估计 191

三、生化过程直接数字控制(DDC) 192

四、生化过程优化控制 192

五、计算机控制系统 193

第三节 谷氨酸发酵过程计算机控制 193

一、谷氨酸发酵工艺 193

二、谷氨酸发酵过程控制系统 194

三、典型控制系统 194

四、生化参数的推断估算 196

第四节 酵母流加发酵过程模糊逻辑控制 196

一、确定模糊控制器的输入输出变量 197

二、确定各变量的模糊子集划分及隶属度函数 197

三、模糊规则的确定 197

四、模糊推理 198

第五节 青霉素发酵过程专家控制系统 199

一、专家系统概述 199

二、青霉素发酵过程专家控制系统的建立 200

思考题与习题 202

参考文献 202

第十二章 生化分离技术 204

第一节 下游加工技术的重要性及特点 204

一、下游加工技术的重要性 204

二、下游加工技术的特点 204

第二节 下游加工技术的一般过程 205

一、工艺流程 205

二、加工过程概述 205

参考文献 210

第三节 发展动向 210

思考题与习题 211

第十三章 生物化工产品 212

第一节 氨基酸、核酸、有机酸 212

一、氨基酸 212

二、核酸 213

三、有机酸 215

第二节 酶制剂 217

一、淀粉酶 217

一、维生素 218

二、蛋白酶 218

第三节 维生素和抗生素 218

二、抗生素 219

第四节 生理活性物质 220

一、甾体激素 220

二、酶抑制剂 221

三、生长激素 221

第五节 微生物多糖 221

一、黄原胶 221

二、环状糊精 222

三、其他微生物多糖 223

第六节 醇和酮类有机物 224

一、乙醇 224

二、丙三醇 225

三、丙酮和丁醇 225

第七节 微生物农药、菌肥和植物生长激素 226

一、微生物农药 226

三、植物生长激素 227

二、菌肥 227

第八节 石油发酵产品 228

一、有机酸 228

二、生物合成与转化产品 228

三、石油蛋白 229

四、其他石油发酵产品 229

第九节 从可再生资源生产 SCP 229

三、利用纤维素废料生产 SCP 230

二、利用酒精蒸馏废液生产 SCP 230

一、利用味精废液生产 SCP 230

四、利用亚硫酸纸浆废水生产 SCP 231

第十节 污水的生化处理 231

一、好氧生化处理 231

二、厌氧生化处理 233

三、A/O 系统处理污水技术 234

参考文献 235

思考题与习题 235

测试题 237