第一章 绪论 1
第一节 发酵过程的范围 1
一、微生物生物量 2
二、微生物酶 3
三、微生物代谢产物 3
四、基因重组产物 5
五、微生物转化 5
第二节 发酵工业的发展史 5
一、国外发酵工业的发展概况 5
二、我国发酵工业的发展概况 8
第三节 发酵过程的组成部分 9
复习思考题 10
参考文献 10
第二章 发酵工程的菌种及其扩大培养 11
第一节 发酵工程菌种的分离和筛选 11
一、利用目标特性的分离方法 12
二、不能利用目标特性的分离方法 14
三、筛选方法 15
第二节 发酵工程菌株的选育及改造 16
一、诱变育种 17
二、杂交育种 17
三、原生质体融合育种 17
四、基因工程育种 18
第三节 代谢调控理论在发酵工程菌种选育中的应用 19
一、过量合成初级代谢产物突变株的选育 19
二、过量合成次生代谢产物突变株的选育 29
三、发酵工业菌种生物学特性的改进 33
第四节 发酵工程菌种的保藏 35
一、菌种保藏的基本原理和方法 35
二、菌种的保藏机构 37
三、菌种的退化及防止 38
第五节 发酵工程菌种的扩大培养 39
一、菌种扩大培养的程序 39
二、种子质量的检查与判断 40
三、影响种子质量的主要因素 41
复习思考题 43
参考文献 43
第三章 工业发酵培养基 45
第一节 培养基的组成成分 47
一、工业上常用的碳源 47
二、工业上常用的氮源 48
三、无机盐及微量元素 50
四、水 52
五、生长因子 52
六、前体 53
七、产物促进剂、诱导物和抑制剂 54
八、螯合剂 57
九、缓冲剂 57
十、需氧量 57
十一、消泡剂 58
第二节 种子培养基 59
一、液体种子培养基 59
二、产孢培养基 60
第三节 发酵培养基的设计和优化 62
一、培养基的配比 62
二、培养基的优化 64
第四节 动物细胞培养基 64
一、血清 64
二、无血清培养基 65
三、微量元素 65
四、等渗透压 65
五、pH 65
六、非营养性培养基成分 65
复习思考题 65
参考文献 66
第四章 灭菌 68
第一节 培养基灭菌 68
一、培养基灭菌动力学——对数残留定律 69
二、分批灭菌工艺设计 74
三、连续灭菌工艺设计 77
第二节 发酵培养基的过滤除菌 81
一、过滤除菌机理 82
二、培养基的过滤除菌 83
第三节 空气过滤除菌 84
一、发酵生产对空气无菌程度的要求 84
二、空气除菌方法 85
三、单根纤维过滤除菌的机理 86
四、深层过滤的原理——对数穿透定律 88
五、深层过滤器的设计 91
六、常用的过滤介质 92
七、常用的空气过滤除菌流程及其组成设备 95
第四节 发酵罐废气的过滤除菌 102
复习思考题 102
参考文献 103
第五章 发酵动力学 104
第一节 发酵动力学概论 104
一、发酵动力学的定义、研究内容及目的意义 104
二、研究发酵动力学的步骤与建立数学模型的一般原则 104
三、发酵动力学的主要参数描述 104
第二节 分批培养与发酵动力学 106
一、分批培养与发酵的定义及特点 106
二、分批培养与发酵微生物生长动力学 107
三、分批发酵产物生成动力学 112
四、分批培养与发酵的得率和生产率 114
第三节 连续培养与发酵动力学 116
一、连续培养与发酵的定义及特点 116
二、连续培养与发酵的类型 116
三、连续培养与发酵中微生物生长动力学方程 118
四、常见连续培养与发酵系统的动力学 119
五、连续培养与发酵的应用 123
第四节 补料分批培养与发酵动力学 127
一、补料分批培养与发酵的定义及特点 127
二、补料分批培养与发酵的类型 127
三、变体积补料分批培养动力学 127
四、恒体积补料分批培养 128
五、循环补料分批培养动力学 129
六、补料分批培养的实际应用 130
复习思考题 131
参考文献 131
第六章 发酵罐设计 133
第一节 机械搅拌发酵罐 134
一、发酵罐的结构 134
二、发酵罐的几何尺寸比例和容积 143
第二节 其他类型的液体通风发酵罐 145
一、气升式发酵罐 145
二、自吸式发酵罐 149
三、伍式发酵罐 151
第三节 动植物细胞培养反应器 152
一、动物细胞培养反应器 152
二、植物细胞培养反应器 155
复习思考题 156
参考文献 156
第七章 通风与搅拌 158
第一节 搅拌器轴功率的计算 158
一、搅拌器轴功率与操作变数之间的关系 158
二、非牛顿型流体搅拌器轴功率与操作变数之间的关系 161
第二节 通风 163
一、工业发酵对氧的需求 164
二、氧的供给 165
三、kLa值的测定 167
四、发酵罐中影响kLa值的因素 171
五、供氧和耗氧的平衡 178
第三节 比拟放大和比拟缩小 180
一、机械搅拌发酵罐通风和搅拌的比拟放大 180
二、气升式发酵罐的比拟放大 182
三、比拟缩小 182
复习思考题 183
参考文献 183
第八章 发酵过程的监测与控制 184
第一节 发酵过程的主要控制参数及其监测方法 184
一、物理参数 185
二、化学参数 186
三、生物参数 188
第二节 环境条件对发酵的影响及控制 188
一、温度对发酵的影响及控制 188
二、pH对发酵的影响及控制 190
三、溶解氧对发酵的影响及控制 192
四、二氧化碳对发酵的影响及控制 195
五、泡沫对发酵的影响及控制 197
六、染菌分析与控制 200
第三节 发酵过程控制系统 201
一、过程控制系统简介 202
二、计算机在发酵工程中的应用 207
复习思考题 210
参考文献 210
第九章 发酵工业物料的预处理与输送 211
第一节 固体物料的预处理 211
一、固体物料的除杂和筛选 211
二、固体物料的粉碎 213
第二节 固体物料的机械输送 216
一、带式输送机 216
二、斗式提升机 220
三、螺旋输送机械 224
第三节 固体物料的气流输送 228
一、气流输送流程 228
二、气流输送系统的组成设备 230
三、气流输送系统的计算 232
第四节 流体物料输送设备 236
一、离心泵 236
二、螺杆泵 237
三、齿轮泵 238
四、滑片泵 239
五、真空泵 239
复习思考题 241
参考文献 241
第十章 发酵液预处理和液相非均一体系分离技术 242
第一节 发酵液预处理 243
一、改变发酵液的过滤特性 243
二、除去高价无机离子 245
第二节 沉降与回旋分离 246
一、沉降分离原理与设备 246
二、回旋分离原理与设备 250
第三节 过滤速度的强化 252
一、过滤介质的选择 252
二、过滤速度的强化 255
第四节 过滤设备 257
一、常压过滤机 257
二、加压过滤机 259
第五节 离心分离设备 262
一、离心分离原理 262
二、三足式离心机 264
三、碟片式分离机 265
四、管式高速离心机 267
复习思考题 268
参考文献 268
第十一章 沉淀、吸附和溶剂萃取 269
第一节 沉淀法 269
一、盐析法 269
二、等电点沉淀法 271
三、有机溶剂沉淀法 271
第二节 吸附法 272
一、吸附的概念 272
二、吸附的类型 272
三、影响吸附的因素 273
四、常用的吸附剂 273
第三节 溶剂萃取法 276
一、有关萃取的几个基本概念 276
二、萃取方法和理论收率的计算 277
三、影响溶剂萃取的因素 279
复习思考题 280
参考文献 281
第十二章 离子交换分离 282
第一节 离子交换分离技术的基本原理 282
第二节 离子交换剂的类型与结构 283
一、离子交换树脂 283
二、多糖基离子交换剂 284
第三节 离子交换剂的理化性能 286
一、离子交换树脂的理化性能 286
二、多糖基离子交换剂的理化性能 288
第四节 离子交换操作方法 288
一、离子交换树脂的操作 288
二、离子交换纤维素的操作 290
第五节 离子交换分离技术的应用 293
复习思考题 294
参考文献 294
第十三章 膜分离技术 295
第一节 膜分离技术发展概况 295
第二节 膜及其组件 296
一、膜及其基本特性 296
二、膜的分类 296
三、膜的特性参数 297
四、膜组件 298
第三节 膜分离的操作模式 300
一、常规过滤 300
二、错流过滤 301
第四节 微滤 301
一、微滤的基本概念和分离范围 301
二、微滤的基本原理 302
三、微滤分离方法的选择 303
四、微滤的应用 303
第五节 超滤 303
一、超滤的基本原理 304
二、超滤膜与膜材料 304
三、影响超滤的因素 305
四、超滤的应用 305
第六节 反渗透 306
一、反渗透的基本原理 306
二、反渗透膜的分类 307
三、反渗透分离方法的选择依据 308
四、反渗透的应用 308
复习思考题 309
参考文献 309
第十四章 蒸馏设备 310
第一节 酒精蒸馏流程 310
一、酒精蒸馏的目的 310
二、酒精蒸馏流程 312
第二节 酒精粗馏塔 316
一、塔板的类型及结构 316
二、粗馏塔的主要技术参数及其控制 319
第三节 精馏塔 320
一、精馏塔的类型及结构 320
二、几种精馏塔塔板的比较 321
三、精馏塔的主要技术参数及其控制 321
第四节 排醛塔和脱甲醇塔 321
一、排醛塔 321
二、脱甲醇塔 322
第五节 塔板的操作范围 323
复习思考题 324
参考文献 324
第十五章 蒸发与结晶设备 325
第一节 蒸发设备 325
一、常压蒸发设备 326
二、真空蒸发设备 328
三、蒸发浓缩过程的节能 336
第二节 结晶设备 337
一、结晶原理 337
二、结晶设备 340
复习思考题 348
参考文献 349
第十六章 干燥设备 350
第一节 干燥设备的分类与选型 350
一、干燥器的分类 350
二、干燥器的选型 351
第二节 麦芽干燥设备 351
一、麦芽干燥的目的 351
二、麦芽干燥设备的种类 352
三、麦芽干燥塔类型、特点及构造 352
四、各种干燥炉的耗能和生产能力比较 354
第三节 气流干燥设备 354
一、气流干燥的原理、特点及形式 354
二、长管气流干燥设备 355
三、旋风气流干燥设备 356
第四节 沸腾干燥设备 357
一、沸腾干燥的原理、特点及形式 357
二、单层沸腾干燥设备 357
三、卧式多室沸腾干燥设备 358
四、振动流化床干燥设备 358
五、沸腾造粒干燥设备 359
第五节 喷雾干燥设备 360
一、喷雾干燥的原理及方法 360
二、气流喷雾干燥设备 362
三、离心喷雾干燥设备 363
四、压力喷雾干燥设备 365
复习思考题 365
参考文献 365
第十七章 典型固态发酵工程与设备 366
第一节 固态发酵概述 366
一、固态发酵的定义 366
二、固态发酵的特点 366
三、固态发酵的分类 366
四、适合固态发酵的微生物 367
五、固态发酵的应用前景 367
第二节 固态发酵反应器 367
一、静态固态发酵反应器 368
二、动态固态发酵反应器 369
三、新型固态发酵反应器 371
第三节 典型固态发酵过程 373
一、固态法白酒生产过程 373
二、饲用复合酶固态发酵过程 378
三、枯草芽孢杆菌固态发酵工艺 381
复习思考题 382
参考文献 382
第十八章 典型液体好氧发酵生产 383
第一节 谷氨酸发酵与味精生产 383
一、概述 383
二、谷氨酸的生物合成原理 384
三、谷氨酸的发酵工艺过程 385
四、谷氨酸的提取与味精制造 392
第二节 纤维素酶发酵工艺 398
一、概述 398
二、纤维素酶的发酵工艺过程 399
三、纤维素酶的提取与制备 402
第三节 四环素发酵工艺 404
一、概述 404
二、四环素的生物合成 404
三、四环素的发酵工艺过程 405
四、四环素的提取与精制 407
复习思考题 409
参考文献 409
第十九章 典型液体嫌气发酵工程与设备 411
第一节 嫌气性发酵设备 411
一、嫌气性发酵设备分类和结构特征 411
二、酒精发酵设备 412
三、啤酒发酵设备 416
第二节 酒精生产工艺 423
一、酒精工业概述 423
二、酒精生产过程中所用的重要酶系和发酵中所用微生物菌种 424
三、酒精发酵的生物化学 425
四、酒精生产工艺流程及控制 425
第三节 啤酒生产工艺 431
一、传统啤酒和现代啤酒 431
二、啤酒生产工艺流程及控制要点 432
三、新技术在啤酒生产中的应用 437
复习思考题 438
参考文献 438
第二十章 发酵经济学 439
第一节 上游工程的经济学 439
一、有潜在工业价值的微生物菌种的分离 439
二、微生物育种 440
三、培养基 440
四、工厂和设备 441
五、空气除菌 441
六、加热和制冷 441
七、通气和搅拌 442
八、分批发酵循环时间 442
九、连续培养 443
第二节 下游工程的经济学 443
一、回收费用 443
二、水的使用和循环 444
三、废弃物的处理 444
第三节 市场和法规对发酵经济的影响 444
一、市场潜力 444
二、法律对抗生素和重组蛋白生产的影响 445
复习思考题 445
参考文献 445