第一章 绪论 1
第二章 工业微生物基础 5
2.1 微生物的特点 5
2.2 常见的工业微生物 6
2.2.1 细菌 6
2.2.2 放线菌 7
2.2.3 霉菌 8
2.2.4 酵母 10
2.2.5 噬菌体 11
2.3 工业微生物菌种的分离和选育 12
2.3.1 微生物菌种的分离 12
2.3.2 诱变育种 14
2.4 工业微生物菌种的改良 17
2.4.1 原生质体技术 18
2.4.2 体外重组DNA技术 19
2.5 工业微生物菌种的保藏 21
2.5.1 斜面保藏法和穿刺保藏法 21
2.5.2 干燥保藏法 22
2.5.3 悬液保藏法 22
2.5.4 冷冻干燥保藏法 22
2.5.5 液氮保藏法 23
2.5.6 低温保藏法 23
2.6 工业微生物菌种的扩大培养 24
2.6.1 微生物的培养方法 24
2.6.2 菌种的扩大培养 24
第三章 培养基 27
3.1 微生物细胞的化学组成及胞外代谢产物 27
3.1.1 微生物细胞的化学组成 27
3.1.2 微生物胞外代谢产物 28
3.2.1 微生物的营养物质 30
3.2 微生物的营养物质和营养类型 30
3.2.2 微生物的营养类型 31
3.3 培养基的分类 32
3.4 培养基的选择和配制原则 33
3.4.1 培养基的选择 33
3.4.2 培养基的配制原则 34
3.4.3 培养基配制中各成分的定量方法 35
3.5 用于工业发酵的培养基 37
3.6 最佳培养基组成的确定 43
第四章 淀粉制糖工艺 45
4.1.1 酸解法 46
4.1.2 酶解法 46
4.1 淀粉水解糖的制备方法 46
4.1.3 酸酶结合法 47
4.2 淀粉酸水解工艺 47
4.2.1 酸水解法原理 47
4.2.2 酸水解工艺 52
4.3 酶解法制糖工艺 58
4.3.1 淀粉酶的水解作用 58
4.3.2 淀粉液化的条件及液化程度的控制 58
4.3.3 低压蒸汽喷射液化工艺及条件 63
4.4 糖化 66
4.4.1 糖化酶的水解作用 66
4.4.2 糖化工艺条件及控制 67
第五章 培养基的灭菌 69
5.1 灭菌的原理和方法 69
5.2 培养基的灭菌 71
5.3.1 灭菌动力学 73
5.3 湿热灭菌原理和影响灭菌的因素 73
5.3.2 灭菌的温度和时间 75
5.3.3 影响灭菌的因素 78
5.4 间歇灭菌 81
5.4.1 间歇灭菌 81
5.4.2 间歇灭菌的计算 81
5.4.3 间歇灭菌的操作 86
5.5 连续灭菌 87
5.5.1 培养基的连续灭菌 87
5.5.2 连续灭菌的基本流程 87
5.6 间歇灭菌与连续灭菌的比较 89
第六章 空气灭菌 91
6.1 空气灭菌的要求和方法 91
6.1.1 空气中的微生物种类及其分布 91
6.1.2 空气灭菌的要求和方法 92
6.2 空气过滤除菌流程 94
6.2.1 对空气过滤除菌流程的要求 94
6.2.2 空气除菌流程的分析 94
6.3 空气的预处理 97
6.3.1 提高压缩前空气的洁净度 97
6.3.2 空气压缩和压缩空气的冷却 98
6.3.3 压缩空气的除水除油 98
6.3.4 空气的加热和贮气罐 102
6.4 空气的过滤除菌原理和介质 103
6.4.1 空气过滤除菌原理 103
6.4.2 空气过滤除菌的介质 108
6.4.3 提高过滤除菌效率的措施 109
第七章 氧的供需与传递 111
7.1 细胞对氧的需求 111
7.2 培养过程中氧的传质理论 116
7.2.1 气—液相间的氧传递 118
7.2.2 液—固相间的氧传递 119
7.2.3 细胞团内的氧传递 120
7.2.4 氧传递速率与细胞呼吸的关系 120
7.2.5 氧传递系数的关联 121
7.3 溶解氧的测定方法 123
7.3.1 化学法 123
7.3.2 极谱法 123
7.3.3 复膜氧电极法 124
7.3.4 压力法 125
7.4 氧传递系数的测定 126
7.4.1 亚硫酸盐氧化法 126
7.4.2 取样极谱法 126
7.4.4 动态法 127
7.4.3 物料衡算法 127
7.4.5 排气法 128
7.4.6 复膜电极测定KLa 128
7.5 影响氧传递速率的主要因素 129
7.5.1 溶液的性质对氧的溶解度的影响 129
7.5.2 气液比表面积 131
7.5.3 影响氧传递系数的一些因素 133
7.6 控制溶氧的工艺手段 135
第八章 生物反应器 139
8.1 生物反应器设计的目标和原则 140
8.2 生物反应器的分类 141
8.3 微生物细胞反应器 142
8.3.1 机械搅拌型微生物细胞生物反应器(通用型) 142
8.3.1.1 反应器结构和功能 142
8.3.1.2 反应器的搅拌功率 145
8.3.2 机械搅拌自吸式反应器 149
8.3.3 气升式环流反应器 150
8.3.4 高位塔式生物反应器 151
8.3.5 基因工程菌生物反应器 152
8.4 生物反应器的放大 152
8.4.1 经验放大法 152
8.4.2 其他放大方法 156
第九章 发酵染菌及其防治 159
9.1 发酵染菌的分析 159
9.1.1 种子培养和发酵的异常现象 159
9.1.2 染菌的检查、判断 160
9.1.3 发酵染菌原因 162
9.1.4 发酵染菌的分析 163
9.2 染菌对发酵的影响 164
9.3 杂菌染菌的挽救或处理 165
9.4.1 菌种退化的原因 166
9.4 菌种退化及其防治 166
9.4.2 菌种退化的防治 167
9.5 杂菌染菌的途径和防治 168
9.5.1 种子带菌及其防治 168
9.5.2 空气带菌及其防治 168
9.5.3 设备的渗漏或“死角”造成的染菌及其防治 168
9.5.4 培养基灭菌不彻底导致的染菌 171
9.5.5 噬菌体染菌及其防治 172
第十章 发酵过程的工艺控制 175
10.1 微生物发酵的动力学 175
10.1.1 分批培养 175
10.1.2 微生物分批培养生长速度的动力学方程 178
10.1.3 分批培养时微生物细胞的生长与产物形成的动力学 180
10.2.2 补料分批培养的动力学 181
10.2 补料分批培养 181
10.2.1 补料分批培养的类型 181
10.2.3 补料分批培养的优点 184
10.3 连续培养 184
10.4 发酵工艺控制最优化 185
10.5 温度对发酵过程的影响及其控制 186
10.5.1 温度对微生物细胞的生长和发酵代谢产物的影响 186
10.5.2 发酵热 187
10.5.3 发酵过程温度的控制和最适温度的选择 189
10.6 pH值对发酵过程的影响和控制 190
10.6.1 pH值对发酵过程的影响 190
10.6.2 发酵过程中pH值的变化情况 191
10.6.3 发酵过程中pH值的控制 192
10.7.1 发酵过程中泡沫的产生及其对发酵过程的影响 193
10.7 泡沫对发酵过程的影响和控制 193
10.7.2 发酵过程中泡沫的消除和控制 194
10.8 流加补料的控制 201
第十一章 动物细胞的大规模培养 204
11.1 动物细胞培养基 204
11.1.1 动物细胞培养的环境 204
11.1.2 培养基的组成 205
11.1.3 常用的合成培养基 206
11.2 动物细胞培养方法 209
11.2.1 悬浮培养 209
11.2.2 贴壁培养 210
11.2.3 固定化培养 210
11.3 动物细胞培养生物反应器 211
11.3.1 气升式细胞培养生物反应器 211
11.3.3 通气搅拌生物反应器 213
11.3.2 中空纤维管生物反应器 213
11.3.4 流化床生物反应器 216
11.3.5 无泡沫搅拌生物反应器 217
11.4 动物细胞培养技术 217
11.5 动物细胞大规模培养工艺 223
第十二章 植物细胞的大规模培养 224
12.1 植物细胞培养基 224
12.1.1 植物细胞培养基的组成 224
12.1.2 植物细胞培养基的制备 226
12.2 植物细胞培养方法 226
12.3 植物细胞的大规模培养技术 227
12.3.1 植物细胞的大规模悬浮培养 227
12.3.2.1 植物细胞的固定化 230
12.3.2 植物细胞或原生质体的固定化培养 230
12.3.2.2 原生质体的固定化 231
12.3.3 植物细胞培养方式 231
12.4 影响植物细胞培养的因素 233
12.5 植物细胞培养反应器 234
第十三章 生物物质分离与纯化 238
13.1 培养液的预处理 240
13.2 培养液的固液分离 240
13.3 细胞的破碎 242
13.4 生物物质的分离纯化方法 243
13.5 生物分离工艺介绍 246
13.6 动物细胞培养的下游过程 256
13.6.1 动物细胞培养产物蛋白的分离纯化 256
13.6.2 病毒的分离纯化 257
13.7 基因工程产物的分离纯化工艺设计 258
14.1 生产工艺流程设计 262
第十四章 生化生产工艺设计基础 262
14.2 工艺计算 268
14.2.1 物料平衡计算 268
14.2.1.1 物料平衡计算的基础、方法和步骤 268
14.2.1.2 计算实例——年产万吨味精工厂的物料平衡计算 269
14.2.2 热量衡算 275
14.2.3 过程水的衡算 287
14.2.4 无菌空气消耗量的计算 289
14.2.5 设备工艺设计及设备的选型 292
第十五章 生化生产工艺实例简介 295
15.1 抗生素的生产工艺 295
15.1.1 抗生素概述 295
15.1.2 抗生素的生产工艺 299
15.1.3 青霉素的生产工艺 299
15.2.1 微生物酶制剂的种类、来源和用途 302
15.2 微生物酶制剂的生产工艺 302
15.2.2 微生物酶制剂的生产工艺 303
15.2.3 AS1398中性蛋白酶的生产工艺 303
15.2 氨基酸发酵生产工艺 307
15.3.1 氨基酸的来源和用途概述 307
15.3.2 氨基酸发酵的工艺控制 308
15.3.3 谷氨酸的生产工艺流程 309
15.4 有机酸发酵生产工艺 310
15.4.1 有机酸的来源与用途概述 310
15.4.2 衣康酸的发酵生产工艺 311
15.5 多糖发酵生产工艺 312
15.6 类胡萝卜素发酵生产工艺 314
15.7 维生素B2(核黄素)发酵生产工艺 315
15.8 丙酮丁醇发酵生产工艺 316
15.9 葡萄酒酿造生产工艺 318
参考文献 320