发酵工程原理与技术PDF电子书下载

1绪论 1

1.1 发酵工程概述 2

1.1.1 发酵工程概念 2

1.1.2 发酵工程与其他相关学科的关系 3

1.1.3 发酵工程的发展简史 3

1.1.4 发酵工业的类型及特点 5

1.1.5 工业发酵的一般过程 5

1.2 发酵工程应用领域及前景 5

1.2.1 传统发酵工程应用领域及产品类型 5

1.2.2 现代发酵工程应用新领域及其发展前景 7

1.3 发酵工程的特点及主要内容 8

1.3.1 发酵工程的特点 8

1.3.2 发酵工程的先修课程 8

1.3.3 发酵工程的主要内容 8

1.3.4 发酵工程的学科前沿 9

1.3.5 发酵工程的学习方法 10

2发酵工业菌种 11

2.1 概述 13

2.1.1 微生物类型 13

2.1.2 工业微生物菌种 14

2.2 菌种分离筛选与鉴定 15

2.2.1 菌种分离筛选 15

2.2.2 菌种鉴定 17

2.3 发酵工业菌种选育 18

2.3.1 自然选育 18

2.3.2 诱变育种 18

2.3.3 细胞工程育种 22

2.3.4 基因工程育种 23

2.4 发酵工业菌种保藏原理与方法 28

2.4.1 菌种退化及其机理 28

2.4.2 菌种保藏原理 29

2.4.3 菌种保藏方法 29

3发酵培养基设计与优化 32

3.1 发酵培养基特点 34

3.1.1 培养基分类 34

3.1.2 发酵培养基的基本特点 35

3.2 发酵培养基组成及其来源 35

3.2.1 碳源 35

3.2.2 氮源 37

3.2.3 无机盐及微量元素 37

3.2.4 水 37

3.2.5 代谢调节物质 37

3.2.6 其他 38

3.3 发酵培养基设计 38

3.3.1 发酵培养基设计依据 38

3.3.2 发酵培养基设计原则 39

3.4 发酵培养基优化 42

3.4.1 发酵培养基优化思路 42

3.4.2 发酵培养基优化方法 42

4发酵工业主要装备 45

4.1 发酵工业系统组成及其装备 46

4.1.1 前处理车间 46

4.1.2 发酵车间 47

4.1.3 后处理车间 50

4.1.4 公用车间 51

4.1.5 其他装备 51

4.2 发酵工业装备发展趋势 52

5无菌原理与技术 54

5.1 无菌概念 56

5.1.1 消毒 56

5.1.2 灭菌 56

5.1.3 过滤除菌 56

5.1.4 抑菌 57

5.2 发酵工业污染危害及其防治 57

5.2.1 污染的危害 57

5.2.2 杂菌污染防治 58

5.3 发酵工业的湿热灭菌 62

5.3.1 湿热灭菌原理 62

5.3.2 湿热灭菌在发酵罐及其附属设备灭菌中的应用 64

5.4 空气除菌原理与流程设计 66

5.4.1 空气除菌的重要性 66

5.4.2 空气除菌的一般过程 66

5.4.3 空气除菌流程设计原则 68

5.4.4 空气除菌流程设计方法 69

6种子扩大原理与技术 73

6.1 种子扩大培养原理 74

6.1.1 种子扩大培养的相关概念 75

6.1.2 种子扩大培养原理及方法 76

6.2 影响种子质量的主要因素及其控制 78

6.3 不同微生物的种子扩大培养 79

6.3.1 细菌发酵种子扩大培养及其特点 79

6.3.2 真菌发酵种子扩大培养及其特点 80

6.3.3 放线菌发酵种子扩大培养及其特点 82

7发酵动力学 83

7.1 概述 85

7.1.1 发酵动力学概念 85

7.1.2 发酵动力学主要内容 85

7.2 分批发酵动力学 86

7.2.1 微生物生长动力学 86

7.2.2 底物消耗动力学 89

7.2.3 发酵产物合成与微生物生长的动力学关系 92

7.2.4 分批发酵的优缺点及其应用 93

7.3 连续发酵动力学 94

7.3.1 单级连续发酵动力学模型 94

7.3.2 多级连续发酵动力学模型 97

7.3.3 连续发酵的优缺点及其应用 100

7.4 补料分批发酵动力学 103

7.4.1 补料分批发酵动力学模型 103

7.4.2 补料分批发酵的优点及其应用 105

7.5 发酵动力学应用 106

7.5.1 认识发酵过程特征 106

7.5.2 用于发酵过程的优化与控制 106

7.5.3 指导发酵过程放大 106

8发酵过程氧的供需 108

8.1 好氧微生物对氧的需求 110

8.1.1 氧在微生物发酵中的作用 110

8.1.2 微生物的耗氧特征 110

8.1.3 影响微生物需氧的因素 111

8.1.4 控制溶解氧的意义 111

8.2 发酵体系中氧的传递 112

8.2.1 氧的传递途径及传递阻力 112

8.2.2 气体溶解过程的双膜理论 113

8.2.3 氧的传递方程 115

8.3 发酵体系中氧的供需动态关系 115

8.4 发酵体系中影响供氧的因素 117

8.4.1 影响推动力的因素 118

8.4.2 影响K La的因素 119

8.5 溶解氧、摄氧率及KLa的测定 122

8.5.1 发酵过程中氧的传递效率 122

8.5.2 溶解氧的测定原理与方法 123

8.5.3 摄氧率的测定原理与方法 125

8.5.4 K La的测定原理与方法 126

9发酵过程放大 130

9.1 概述 131

9.2 发酵罐放大设计目标及主要依据 131

9.2.1 发酵罐放大设计目标 131

9.2.2 发酵罐放大设计的主要依据 132

9.3 发酵罐的设计与放大 133

9.3.1 发酵罐的放大设计任务 133

9.3.2 发酵罐设计的基本原则 133

9.3.3 发酵罐设计的基本要求 134

9.3.4 发酵罐放大准则 134

9.3.5 发酵罐放大方法 134

9.4 发酵过程放大的应用 139

9.4.1 细菌发酵过程放大 139

9.4.2 放线菌发酵过程放大 140

9.4.3 真菌发酵过程放大 140

10发酵过程优化与控制 141

10.1 概述 143

10.1.1 发酵过程参数及其重要性 143

10.1.2 发酵过程参数的优化与控制概述 145

10.2 发酵过程参数的检测 146

10.2.1 发酵过程物理参数检测 147

10.2.2 发酵过程化学参数检测 147

10.2.3 发酵过程生物参数检测 149

10.2.4 发酵过程代谢通量分析 150

10.3 发酵过程的主要影响因素及其控制 150

10.3.1 温度对发酵的影响及其控制 151

10.3.2 pH对发酵的影响及其控制 152

10.3.3 溶解氧对发酵的影响及其控制 153

10.3.4 基质浓度对发酵的影响及其控制 155

10.3.5 泡沫对发酵的影响及其控制 156

10.3.6 二氧化碳对发酵的影响及其控制 157

10.3.7 多参数的综合控制 158

10.3.8 发酵终点的判断 158

10.4 发酵过程模拟 160

10.4.1 过程方程及主要状态参数的确定 160

10.4.2 发酵过程优化控制模型 161

10.4.3 发酵过程建模和人工智能控制 162

10.5 高密度发酵过程的优化控制 165

11发酵产物分离纯化 168

11.1 概述 170

11.2 发酵液的预处理 171

11.2.1 改变发酵培养物的过滤特性 171

11.2.2 发酵液初步纯化 172

11.2.3 固液分离技术 172

11.2.4 细胞破碎技术 174

11.3 发酵产物粗分离技术 176

11.3.1 萃取分离技术 176

11.3.2 浓缩技术 181

11.3.3 沉淀分离技术 181

11.3.4 吸附分离技术 184

11.4 发酵产物精制技术 184

11.4.1 色谱分离技术 184

11.4.2 膜分离技术 191

11.4.3 结晶技术 193

11.4.4 干燥技术 194

12发酵工业的清洁生产 196

12.1 概述 197

12.1.1 清洁生产的概念 197

12.1.2 清洁生产的主要内容 198

12.2 清洁生产与末端治理的比较 199

12.3 发酵行业清洁生产的重要性 200

12.4 发酵过程的清洁生产方法 201

12.4.1 强化内部管理 201

12.4.2 工艺技术改革与创新 202

12.4.3 废弃资源的综合利用 204

12.5 发酵工业清洁生产实例 204

13发酵工厂工艺设计 206

13.1 概述 208

13.1.1 发酵工厂基本建设程序 208

13.1.2 发酵工厂设计的基本内容 208

13.2 发酵工厂总图布置 209

13.2.1 工厂的厂址选择 209

13.2.2 总平面设计 210

13.3 发酵工艺流程设计 210

13.3.1 工艺流程的设计原则 210

13.3.2 工艺流程设计的步骤 211

13.4 物料衡算与设备选型 211

13.4.1 物料衡算 211

13.4.2 主要技术经济指标 212

13.4.3 设备选型 213

13.5 发酵车间设备布置与管道设计 215

13.5.1 车间设备布置 215

13.5.2 车间工艺管道设计 216

13.6 发酵工业“三废”处理及其工厂化设计 217

13.6.1 废水 217

13.6.2 废气 217

13.6.3 废渣 217

13.7 发酵工厂投资概算与经济评价 218

13.7.1 建设项目总投资概算 218

13.7.2 概算与经济评价中的费用计算 218

13.7.3 产品成本计算 219

13.7.4 借款利息和还款能力预测 220

13.7.5 项目投资的经济评价 220

14发酵经济学原理与应用 222

14.1 概述 224

14.1.1 经济学原理在发酵工业中的应用 224

14.1.2 平衡点分析 224

14.1.3 运筹学的线性规划模型 225

14.1.4 投资回收期计算 226

14.2 影响发酵成本的主要因素 227

14.2.1 菌株选育成本分析 227

14.2.2 发酵培养基成本分析 227

14.2.3 无菌空气与通气搅拌成本分析 228

14.2.4 热动力费的成本分析 229

14.2.5 发酵工艺中不同培养方式的成本分析 229

14.2.6 发酵产品分离纯化成本分析 231

14.2.7 发酵规模成本分析 231

14.2.8 主要成本因素的确定 232

14.3 发酵过程经济学评价 232

14.3.1 产物浓度 232

14.3.2 生产效率 233

14.3.3 底物转化率 233

14.3.4 单位产品的能耗 233

14.4 降低发酵成本的措施 234

15发酵工程在医药领域中的典型应用 235

15.1 维生素发酵生产 237

15.1.1 维生素简介 237

15.1.2 维生素的微生物来源 237

15.1.3 维生素生产的应用实例 237

15.2 核苷酸类药物的发酵生产 239

15.2.1 核苷酸类药物概述 239

15.2.2 核苷酸的生产 240

15.3 医用酶制剂的发酵生产 244

15.3.1 医用酶用途 244

15.3.2 医用酶发酵生产工艺流程 245

15.3.3 医用酶发酵原理及工艺控制 245

15.3.4 医用酶的提取与精制 247

15.4 甾体激素类药物的微生物转化 249

15.4.1 甾体激素类药物概述 249

15.4.2 微生物转化甾体化合物概述 249

154.3 甾体化合物的微生物转化工艺 249

16发酵工程在食品领域中的典型应用 252

16.1 营养补充剂的发酵生产 253

16.1.1 多不饱和脂肪酸简介 253

16.1.2 多不饱和脂肪酸的合成及其调控 254

16.1.3 多不饱和脂肪酸的纯化 256

16.1.4 多不饱和脂肪酸发酵实例 256

16.1.5 β-胡萝卜素的生产 260

16.1.6 高产菌株的选育 261

16.1.7 发酵工艺优化 262

16.1.8 β-胡萝卜素的提取分离 263

16.2 多糖的发酵生产 263

16.2.1 多糖种类 264

16.2.2 微生物多糖发酵生产工艺流程 264

16.2.3 黄原胶发酵原理及工艺控制 264

16.2.4 黄原胶的提取与精制 265

17发酵工程在材料领域的典型应用 267

17.1 聚乳酸的生产与乳酸发酵 269

17.1.1 乳酸发酵菌种的选育 269

17.1.2 廉价生产原料的筛选 270

17.1.3 底物和产物抑制解除 270

17.1.4 高生产率发酵 271

17.1.5 目标产物的分离纯化 271

17.1.6 应用案例 271

17.2 聚羟基脂肪酸酯的发酵生产 272

17.2.1 PHA简介 272

17.2.2 PHA的生产菌株和原料 273

17.2.3 PHA的生物合成途径 275

17.2.4 PHA的发酵生产 275

17.2.5 PHA的提取 276

17.3 长链二元酸的发酵生产 277

17.3.1 长链二元酸的应用 277

17.3.2 长链二元酸的来源 277

17.3.3 长链二元酸的发酵生产 278

17.3.4 长链二元酸的分离提取 280

17.4 细菌纤维素的发酵生产 281

17.4.1 细菌纤维素的特点 281

17.4.2 细菌纤维素的生物合成 282

17.4.3 细菌纤维素的发酵生产 283

17.4.4 展望 285

18发酵工程在生物基化学品及能源领域中的典型应用 287

18.1 乙醇的发酵生产 289

18.1.1 乙醇发酵常用的原料 289

18.1.2 原料的预处理 290

18.1.3 乙醇发酵工艺流程 291

18.1.4 乙醇发酵的菌种 291

18.1.5 乙醇发酵案例 292

18.2 丁醇的发酵生产 293

18.2.1 丁醇简介 293

18.2.2 丁醇微生物发酵 294

18.2.3 生物丁醇生产限制因素、技术改进和发展方向 295

18.3 丙二醇的发酵生产 296

18.3.1 丙二醇理化性质及应用 296

18.3.2 微生物法生产1，3-丙二醇 296

18.3.3 1，3-丙二醇的提取 299

18.4 现代沼气发酵技术 299

18.4.1 沼气发酵原理 300

18.4.2 沼气发酵的原料 301

18.4.3 沼气发酵工艺 302

18.4.4 影响沼气发酵的因素 303

18.4.5 沼气发酵工程案例 303

18.5 生物制氢技术 304

18.5.1 生物制氢技术概述 304

18.5.2 光合生物产氢 304

18.5.3 发酵细菌产氢 306

18.5.4 生物制氢案例 308

18.6 微生物燃料电池 309

18.6.1 微生物燃料电池概述 309

18.6.2 微生物燃料电池分类 310

18.6.3 产电微生物及胞外电子传递机理 310

18.6.4 微生物燃料电池应用 312

19发酵工程在现代农业中的典型应用 314

19.1 生物农药的发酵生产 316

19.1.1 微生物农药种类 316

19.1.2 微生物农药发酵生产工艺流程 316

19.1.3 苏云金芽孢杆菌发酵原理及工艺控制 317

19.1.4 苏云金芽孢杆菌发酵液后处理与制剂 317

19.2 生物肥料的发酵生产 318

19.2.1 生物肥料种类 318

19.2.2 生物肥料发酵生产工艺流程 319

19.2.3 根瘤菌发酵原理及工艺控制 320

19.2.4 根瘤菌发酵液后处理与制剂 320

19.3 食用菌的发酵生产 321

19.3.1 食用菌种类 321

19.3.2 香菇多糖发酵生产 321

19.4 生物饲料发酵生产 323

19.4.1 生物饲料种类 323

19.4.2 生物饲料发酵生产工艺流程 323

19.4.3 发酵原理、工艺控制及后处理 324

19.5 动物疫苗发酵生产 324

19.5.1 动物疫苗种类 324

19.5.2 动物疫苗生产工艺流程 325

19.5.3 发酵原理及工艺控制 325

19.5.4 发酵液后处理与制剂 325

20发酵工程在工业有机废弃物处理中的典型应用 327

20.1 概述 328

20.1.1 工业有机废弃物及其治理策略 328

20.1.2 工业有机废弃物的处理方法 329

20.1.3 发酵工程在工业有机废弃物处理中的作用 329

20.2 发酵工程在工业有机废弃物末端治理中的应用 331

20.2.1 医药工业有机废弃物末端治理 331

20.2.2 食品工业有机废弃物末端治理 332

20.2.3 轻工业有机废弃物末端治理 333

20.3 发酵工程在清洁生产中的应用 335

20.3.1 医药工业清洁生产 335

20.3.2 食品工业清洁生产 336

20.3.3 轻工业清洁生产 336

20.3.4 重工业清洁生产 337

参考文献 339