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目录 1

第一章 导言 1

1·1生物化学工程——两门学科相互渗透而形成的一门新学科 1

1·2现代发酵工业的发展简史 2

1·3生物化学工程工作者在现代发酵工业发展中的作用 6

1·4生物化学工程在发酵工业中的地位 8

1·4·1单元操作 9

1·4·2单元作业 9

1·4·3工艺设计 10

1·5发展趋势 11

1·5·1生物性物质的利用和开拓 12

1·5·1·1发酵的新碳源 12

1·5·1·2伴同氧化（辅氧化）Cooxidation 13

1·5·1·3酶的生产 14

1·5·1·4聚合物 15

1·5·2新技术的引用 15

1·5·2·1培养方法 15

1·5·2·3空气提升式发酵罐 16

1·5·2·2自动化系统与计算机控制 16

1·5·2·4薄膜系统 17

1·5·2·5固定化酶（固相酶，不溶酶） 18

1·6环境污染的防治与生物化学工程 19

第二章 微生物的特征 22

2·1微生物的类型 22

2·1·1细菌 22

2·1·2病毒 26

2·1·3真菌 29

2·1·4原生动物 32

2·2化学组成 33

2·3生长的必需条件与培养基的调配 35

2·3·1生长的必需条件 35

2·3·2培养基的调配 38

2·3·2·1能源 38

2·3·2·2碳源 38

2·3·2·3氮源 39

2·3·2·4无机物 40

2·4·1微生物的繁殖周期 41

2·4·1·1细菌 41

2·4微生物的繁殖 41

2·4·1·2病毒 42

2·4·1·3真菌 43

2·4·2细胞核物质的复制 44

2·4·3遗传信息的传递 46

2·4·3·1氨基酸的遗传密码 46

2·4·3·2核糖核酸与蛋白质合成 46

2·4·3·3蛋白质合成的控制 50

2·4·4变异 55

2·4·5变异的实际应用 57

2·4·5·1菌株选育 59

2·4·5·2菌种保存 63

2·5由于环境条件改变而引起的变化 63

2·5·1菌龄和生长速度对细胞成分的影响 64

2·5·2限制生长的底物对细胞成分的影响 70

2·6小结 73

术语 75

参考文献 76

3·1生物氧化和能量传递 80

第三章 微生物化学活动的总论 80

3·2为细胞生长提供所需能量和代谢物的代谢途径 88

3·2·1酵解或Embden-Meyerhof-Parnas（EMP）途径 88

3·2·2己糖单磷酸（HMP或HMS）途径 90

3·2·3异型乳酸发酵乳杆菌 91

3·2·4Entner-Doudoroff（E-D）途径 92

3·2·5丙酮酸的不需氧（无氧、厌氧）代谢 94

3·2·6三羧酸（TCA）循环 96

3·2·7细胞（菌体）产量 99

3·2·8乙醛酸循环与脂肪代谢 102

3·2·9烃类代谢 104

3·3代谢物的积累 108

3·3·1氨基酸生产 108

3·3·1·1鸟氨酸发酵 110

3·3·1·2赖氨酸、蛋氨酸与苏氨酸发酵 111

3·3·1·3谷氨酸发酵 113

3·3·2核苷酸生产 115

3·3·3抗生素生产 117

3·3·4双向代谢途径的控制 119

3·4小结 122

术语 124

参考文献 125

第四章 动力学 129

4·1酶系统 130

4·1·1简单形式的酶反应动力学 130

4·1·2Lineweaver-Burk图式 132

4·1·3复杂形式的酶反应动力学 133

4·1·4酶的抑制 133

4·1·5确定酶反应类型及其特性常数的计算实例 136

4·1·6酶对聚合物的作用 139

4·2绝对反应速度理论在动力学中的应用 140

4·2·1例1：过氧化氢的催化分解 143

4·2·2例2：氨基甲酸乙酯（尿烷）浓度对三叶草根瘤菌Rhizobiumtrifolii的氧吸收率的影响 145

4·2·3例3：温度对黄色青霉菌的菌丝体生长速度、呼吸率以及青霉素产生速度的影响 146

4·3某些发酵的动力学类型 148

4·4细胞活动的动力学参数的公式 152

4·4·1比生长速度（μ）的公式 153

4·4·2产率（收率）概念 154

4·4·3组成式生长模式 155

4·4·4产物的生成 156

4·5·1细胞水平（混合培养） 158

4·5振荡系统Oscillatorysysten动力学 158

4·5·2酶水平 161

4·6小结 163

术语 164

参考文献 167

第五章 连续培养（连续发酵） 172

5·1稳定（状）态连续发酵理论 175

5·1·1连续多级罐中的物料平衡 175

5·1·2再循环单罐中的物料平衡 179

5·1·3设计标准 182

5·2恒流速培养器（单罐）中的微生物动态；某些实例 187

5·2·1棕色固氮菌恒流速培养器（非稳定态）对环境条件变化的反应 189

5·2·2面包酵母baker syeast不需氧发酵（非稳定态）的计算结果与实测结果的比较 194

5·3分批培养与连续培养的比较 196

5·4连续培养的实例 200

5·4·1酵母 200

5·4·2细菌 201

5·4·3真菌 202

5·5·1连续培养罐中的均匀性 203

5·5关于连续培养的一些实际问题 203

5·5·2无菌状态的保持 204

5·5·3稳定性 204

5·6设计计算实例 205

5·6·1单罐再循环 205

5·6·2连续双罐 206

5·7小结 208

术语 209

参考文献 212

第六章 通风（通气）与搅拌 218

6·1物质传递与微生物呼吸 219

6·1·1物质传递的阻力 219

6·1·2物理的论点与酶的论点的比较 220

6·1·3溶解氧浓度的临界值与Qo2 221

6·1·4菌丝体团（菌丝球）的呼吸 223

6·2鼓泡通气与机械搅拌 227

6·2·1鼓泡通气 227

6·2·1·1单气泡 227

6·2·2·1功率准数（值）与雷诺准数（值） 229

6·2·2机械搅拌 229

6·2·1·2气泡群 229

6·2·2·2通气情况下功率消耗的下降 232

6·2·2·3非牛顿型液体中的功率消耗 234

6·2·2·4通气罐中气泡的滞留 236

6·3氧传递系数与工作变数间的关系 237

6·3·1鼓泡通气 237

6·3·2带有机械搅拌的鼓泡通气 239

6·4·2有机物质 242

6·4·1温度 242

6·4影响氧传递系数数值的其它因素 242

6·4·3表面活性剂 243

6·4·4菌丝体 245

6·4·5通气管（鼓泡器）的型式 246

6·5计算实例 247

6·6小结 250

术语 251

参考文献 254

第七章 扩大（放大） 261

7·1·1物理学概念 262

7·1扩大的理论基础 262

7·1·2生物学概念 267

7·2扩大实例 270

7·2·1单位容积液体的功率输入 270

7·2·2容量氧传递系数 272

7·3非牛顿型流体概述 277

7·3·1定义 277

7·3·2发酵液的非牛顿型流体性质 279

7·4扩大设计实例 281

7·5小结 285

术语 286

参考文献 288

第八章 将实验室培养的结果转化成工厂工艺 291

8·1缩小 292

8·1·1运用中间（试验）工厂 293

8·1·2运用氧吸收速度 294

8·2实验室培养结果转化成工厂工艺 296

8·3摇瓶试验 298

8·3·1瓶塞对氧传递的阻力 299

8·3·2蒸发 304

8·3·3表面通气 305

8·3·4溶解氧 307

8·4小结 311

术语 312

参考文献 315

第九章 培养基灭菌 316

9·1·1原理 317

9·1热对微生物的致死作用 317

9·1·2温度对死亡比速度的影响 319

9·1·3微生物死亡速度的实验测定 322

9·2灭菌设备的不同设计观点 324

9·2·1细菌芽孢的寿命分布 324

9·2·2细菌芽孢蔟的平均寿命 326

9·2·3存活图与灭菌图 327

9·3培养基的分批灭菌 330

9·3·1温度-时间关系与设计计算 330

9·3·2计算实例 333

9·4·1设备与温度-时间关系 334

9·4培养基的连续灭菌（连消） 334

9·4·2逗留时间 335

9·4·3计算举例 342

9·5小结 344

术语 345

参考文献 347

第十章 空气灭菌 350

10·1空气中微生物的种类和数量 351

10·2·1热能 353

10·2实用的空气灭菌 353

10·2·2紫外线和其它电磁波 354

10·2·3电晕放电 355

10·2·4杀菌剂喷淋 355

10·2·5机械性过滤 355

10·3利用纤维性介质进行空气灭菌 356

10·3·1由概率论观点分析阻集效率 356

10·3·2单个纤维阻集效率的物理意义 359

10·3·3阻集效率的实验数据，确定论与概率论的比较 368

10·3·5空气灭菌用的过滤器设计示例 375

10·3·4气流的压力降 375

10·4空气灭菌用聚乙烯醇（PVA）过滤器 378

10·5小结 383

术语 384

参考文献 386

第十一章 设备设计与无菌状态 391

11·1发酵罐设计 395

11·1·1基本原则 395

11·1·2结构材料和发酵罐容积 396

11·1·3轴承设备 398

11·1·4电动机 399

11·2无菌密封 400

11·3无菌操作 402

11·3·1管道与阀门 402

11·3·2无菌接种 403

11·3·3无菌采样 404

11·4小结 406

参考文献 407

第十二章 环境条件控制用的仪表 408

12·1环境传感器的现状 409

12·2·1温度 410

12·2物理环境传感器 410

12·2·2压力 411

12·2·3搅拌轴功率 411

12·2·4泡沫 413

12·2·5流速（气体与液体） 415

12·2·6浊度 415

12·2·7粘度 416

12·3化学环境传感器 416

12·3·1pH 416

12·3·2氧化还原 418

12·3·3溶解氧 420

12·3·4排出气的组成 424

12·3·5中间代谢物 424

12·3·6其它化学因素 425

12·4原始开启传感器 425

12·4·1氧吸收速度，氧传递容量系数，二氧化碳排出速度 426

12·4·2其它控制信息 430

12·5直接控制与间接控制 431

12·7·1设备筒图 432

12·7计算机控制的基本概念 432

12·6与计算机联用的发酵罐 432

12·7·2计算机 433

12·7·3计算（机）程序 434

12·7·4数据分析 434

12·8小结 438

术语 438

参考文献 441

第十三章 发酵产品的回收 444

13·1·1重力场与离心力场中的受阻沉降 446

13·1机械分离的原理 446

13·1·2过滤 451

13·1·3降低过滤阻力的细胞预处理 453

13·2细胞破碎的方法 456

13·2·1机械方法 457

13·2·1·1超声波振动 457

13·2·1·2磨碎与机械振动 458

13·2·1·3加压剪切 460

13·2·2非机械性解裂 462

13·2·2·1物理方法 462

13·2·2·2溶菌剂 463

13·2·3干燥 467

13·2·4提高细胞脆性 467

13·3提取 468

13·4初步分部分离 469

13·4·1除核酸 469

13·4·2除蛋白（沉淀作用） 470

13·5高精度分离 472

13·5·1超滤法 472

13·5·1·1原理 473

13·5·1·2实例 476

13·5·2层析 479

13·5·2·1理论 481

13·5·2·2实例 485

13·5·3逆流分溶（分布）法及其它方法 488

13·6小结 490

术语 492

参考文献 496

14·1固定化酶的制备 504

14·1·1吸附法 504

第十四章 固定化酶（固相酶、不溶酶） 504

14·1·2包埋法（包罗法） 505

14·1·3分子间交联 506

14·1·4共价结合 507

14·2固定化酶系统的动力学 509

14·2·1环境因素对固定化酶系统动力学影响的概述 509

14·2·1·1Km与Km′ 512

14·2·1·2pH 513

14·2·1·3温度及其它因素 516

14·2·2·1占空速度（SpaceVelocity） 518

14·2·2固定化酶柱的性能 518

14·2·2·2液流的压力降 520

14·2·3稳定性 521

14·3固定化酶的应用 523

14·3·1医疗上的用途 523

14·3·2分析上的应用（酶电极） 523

14·3·3工业用途 525

14·3·4其它方面的用途 527

14·4小结 527

术语 528

参考文献 530