第一章 绪论 1
第一节 基本概念 1
一、生物技术与发酵工程的概念 1
二、发酵工程的研究内容 3
第二节 发酵过程的特点及其发展简史 6
一、发酵反应过程的特点 6
二、发酵工程的简略历程 8
第三节 发酵工程的任务和发展方向 9
一、发酵工程的任务 9
二、发酵工程的发展方向 10
第二章 微生物反应的质能平衡与代谢产物的过量生产 12
第一节 微生物反应的质能平衡 12
一、微生物反应物的化学式 12
二、微生物反应方程式的确定 14
三、微生物反应的质能平衡 17
第二节 代谢产物的过量生产 20
一、微生物的代谢调控 20
二、提高初级代谢产物产量的方法 27
三、提高次级代谢产物产量的方法 32
四、提高高产菌种的稳定性和改进发酵产品的品质 33
第三章 生物发酵的基本过程 36
第一节 生物发酵简述 36
一、发酵类型 36
二、发酵的一般过程和操作方式 39
三、发酵过程的代谢特征 40
四、主要技术经济指标 41
第二节 种子扩大培养 44
一、种子培养基和培养条件 44
二、种子制备工艺 45
三、种子质量的控制措施 47
第三节 发酵培养基 48
一、发酵培养基的一般特点 48
二、发酵培养基的组成与制备 48
三、发酵培养基的设计和优化 51
第四节 发酵过程的中间分析 53
一、中间分析项目 54
二、发酵终点的判断 57
第四章 微生物发酵动力学 59
第一节 数学模型 59
一、微生物反应速率的数学模型 59
二、动力学模型的分类 59
三、建立数学模型的一般原则 61
第二节 微生物的生长速率 62
一、单一细胞的生长 62
二、细胞生长速率与比生长速率 63
三、Monod生长动力学模型及其推广 64
四、有抑制的细胞生长速率 66
五、多底物模型 67
第三节 底物消耗 68
一、底物消耗动力学 68
二、底物消耗速率与比消耗速率 69
三、包括维持能的底物消耗速率 69
四、包括产物生成的底物消耗速率 70
五、氮源的消耗及碳氮比 71
六、氧消耗速率 71
第四节 代谢产物生成 73
一、代谢产物生成速率 73
二、产物生成动力学 73
第五节 动力学参数的确定 75
一、最大比生长速率μmax和饱和常数Ks的确定 75
二、生长关联模型中α，β的确定 77
第六节 发酵过程模拟与计算机在线优化控制 78
一、菌体生长的模拟与优化 78
二、产物合成的模拟与优化 79
第五章 分批发酵、补料分批发酵和高细胞密度发酵 81
第一节 分批发酵 81
一、分批发酵操作工艺 82
二、分批发酵中的菌体生长规律 83
三、分批发酵过程中的代谢变化 86
四、分批发酵过程最优化 88
五、分批发酵的生产率 92
第二节 补料分批发酵 93
一、补料分批发酵的适用范围和不同类型 94
二、物料的流加方式及其控制 95
三、补料分批发酵的动力学 96
第三节 高细胞密度发酵 98
一、概述 98
二、影响高细胞密度发酵生产的因素 99
三、高细胞密度发酵的模式及控制 102
第六章 连续发酵 105
第一节 罐式连续发酵 105
一、单罐连续发酵 106
二、多罐串联连续发酵 110
第二节 管式（塔式）连续发酵 113
第三节 膜连续发酵 114
第四节 连续发酵的实际应用 114
一、连续发酵与分批发酵的比较 114
二、连续发酵的设计 115
三、连续发酵在工业中的运用 117
第七章 微生物的现代固态发酵 121
第一节 现代固体发酵及应用 121
一、现代固体发酵 121
二、现代固态发酵的应用 127
第二节 现代固态发酵与其他形式发酵的区别 132
一、现代固态发酵与传统固态发酵的区别 132
二、现代固态发酵与液态发酵的区别 133
第三节 现代固态发酵技术及反应器 135
一、混合固态发酵技术 135
二、静态密闭式固态发酵技术 137
三、动态密闭式固态发酵技术 140
四、气相双动态固态纯种发酵技术 143
五、吸附载体固态发酵技术 146
第四节 三个固态发酵应用的案例 149
第八章 基因工程菌株发酵 154
第一节 工业化生产的基因工程菌株应具备的条件 154
第二节 基因工程菌的发酵 155
一、基因工程菌株的培养操作及其发酵设备 155
二、基因工程菌株的高密度发酵 156
第三节 基因工程菌株的发酵生产案例 159
第九章 发酵过程中氧的溶解、传递、测定及其影响因素 167
第一节 氧的溶解和微生物的耗氧 167
一、氧在液体中的溶解与微生物对氧的需求 167
二、微生物的摄氧速率 168
三、微生物对溶氧浓度的适应性 169
四、影响微生物需氧量的因素 169
第二节 培养液中氧的传递 169
一、氧在液体中的溶解特性 170
二、发酵液中氧的传递 170
三、氧传递方程式 171
四、发酵罐的溶氧系数 172
第三节 影响供氧的因素 173
一、影响氧传递推动力的因素 173
二、影响体积传递氧系数KLa的因素 174
三、影响氧溶解的其他因素 177
第四节 溶解氧、摄氧率及溶氧系数的测定 178
一、溶解氧的测定方法 179
二、摄氧率γ的测定原理与方法 180
三、氧传递系数的测定 181
第十章 发酵控制工程 183
第一节 温度对发酵的影响及其控制 184
一、发酵热 184
二、发酵热的测定 185
三、温度与发酵的关系 186
四、最适温度的选择与控制 188
第二节 pH对发酵的影响及其控制 190
一、pH对菌体生长和产物合成的影响 190
二、影响发酵pH变化的因素 192
三、最适pH选择 193
四、发酵过程中pH的控制 195
第三节 溶解氧对发酵的影响及其控制 197
一、发酵过程中溶解氧浓度的变化 198
二、影响液相体积氧传递系数KLa的因素 201
三、溶解氧浓度的控制 201
第四节 基质浓度对发酵的影响及补料控制 204
一、基质浓度对发酵的影响 204
二、补料对发酵的影响及其控制 210
第五节 泡沫控制 215
一、泡沫的形成和性质 216
二、发酵过程中泡沫的消长规律 216
三、发酵过程中泡沫的控制 218
第六节 杂菌与噬菌体的防治 221
一、杂菌污染的原因与防治 221
二、噬菌体污染的防治 224
三、生产技术管理对染菌防治的重要性 226
第十一章 发酵工程中的灭菌工程 228
第一节 湿热灭菌原理 228
一、灭菌的原理和方法 228
二、微生物的热阻 229
三、理论灭菌时间——对数残留定律 230
四、灭菌温度与菌死亡反应速率常数的关系 232
五、影响培养基灭菌的因素 234
第二节 分批灭菌的设备与计算 237
一、分批灭菌操作的要点 237
二、分批操作的计算 238
第三节 连续灭菌的设备与计算 241
一、连续灭菌流程及设备 241
二、连续灭菌时间的计算 248
第十二章 空气除菌工程 250
第一节 空气除菌的方法 250
一、通风发酵对无菌空气的要求 250
二、空气除菌方法 251
三、过滤除菌的原理 251
四、深层过滤效率和过滤器的计算 253
第二节 过滤除菌的流程与设备 255
一、空气过滤的工艺要求 255
二、过滤除菌设备结构与过滤介质 257
第十三章 发酵设备及其检测与控制 265
第一节 通风发酵设备 265
一、通用式发酵罐 265
二、机械搅拌自吸式发酵罐 270
三、气升式发酵罐 271
四、喷射自吸式发酵罐 272
第二节 厌氧发酵罐 273
一、乙醇发酵罐 273
二、啤酒发酵设备 274
三、废水的厌氧处理生物反应器 277
第三节 机械搅拌与搅拌功率 280
一、搅拌器 280
二、搅拌流型 282
三、搅拌功率 282
第四节 发酵罐放大 283
一、几何相似放大 284
二、单位体积搅拌功率相等放大 284
三、单位体积培养液空气流量相同原则放大 284
四、以空气线速度相同原则放大 285
五、KLa相等的放大 285
六、各种放大方法的比较 286
第五节 发酵过程参数和发酵过程的自动控制 287
一、发酵过程中的参数 287
二、罐压、温度的检测和自动控制 288
三、发酵液pH的检测和自动控制 289
四、发酵液溶氧的检测和自动控制 289
五、计算机在发酵过程中的应用 289
六、系统生物学技术在发酵过程优化与控制中的应用 290
第十四章 动、植物细胞的发酵工程 292
第一节 动、植物细胞与微生物菌体的差异 292
一、动、植物细胞与微生物菌体培养的差异 292
二、发酵工业常用的动物细胞 293
三、发酵工业常用的植物细胞 295
第二节 动物细胞大规模培养 296
一、动物细胞的特性 296
二、动物细胞培养技术 296
三、动物细胞培养用生物反应器 304
第三节 植物细胞大规模培养 310
一、植物细胞培养 310
二、植物细胞培养的特性 311
三、植物细胞培养用反应器 311
第十五章 产品分离与纯化工程 313
第一节 发酵产品分离纯化方法简介 313
第二节 发酵液的预处理、固液分离和细胞的破碎 314
一、发酵液的预处理 314
二、培养液的固液分离 315
三、细胞破碎 315
第三节 发酵产品分离和纯化方法 316
一、萃取法 316
二、沉淀分离技术 321
三、浓缩技术 323
四、色谱分离技术 324
五、膜分离技术 334
六、样品干燥技术 338
主要参考文献 340
索引 341