本书是一本系统介绍发酵工程基础理论和技术的教材，它以发酵工程为主线，紧密联系生产实践，突出了系统性、前沿性、科学性和实践性等特色。全书四篇共分33章，分别为发酵反应过程原理篇、产物分离和纯化过程篇、发酵工程生产设备篇、典型发酵工程过程篇，内容主要包括菌种的选育、微生物代谢调节、发酵工艺控制、产物分离和纯化、发酵生产设备、典型发酵工程过程等。参与编写者在教学与生产实践上均有较为丰富的经验。通过本教材的学习，可使学生全面掌握发酵工程的原理与应用，熟悉现代发酵工业的发展方向，为学生今后从事与发酵工业相关的生产、研究和开发打下良好的理论与技术基础。
样章试读
目录
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前言
第1章 概论 1
1.1 发酵工程的发展简史 1
1.1.1 传统生物技术的追溯 2
1.1.2 发酵技术发展的第一转折时期 2
1.1.3 发酵技术发展的第二转折时期 3
1.1.4 发酵技术发展的第三转折时期 4
1.1.5 发酵技术发展的第四转折时期 5
1.2 发酵工业的特征 7
1.3 发酵工业的应用范畴 7
1.3.1 微生物菌体发酵 8
1.3.2 微生物酶发酵 8
1.3.3 微生物代谢产物发酵 8
1.3.4 微生物转化发酵 8
1.3.5 现代生物技术的生物细胞发酵 9
1.3.6 微生物处理废水 9
1.3.7 其他 9
1.4 发酵工程在生物工程中的位置 9
1.5 现代发酵工程的意义和展望 10
本章小结 11
复习题 11
主要参考文献 11
第一篇 发酵反应过程原理篇
第2章 菌种的来源 15
2.1 生物物质产生菌的筛选 15
2.1.1 生物活性物质的主要来源 15
2.1.2 标本的采集 16
2.1.3 样本的预处理 17
2.2 菌种的分离 18
2.2.1 集菌培养 18
2.2.2 纯化分离 20
2.2.3 纯培养的验证 22
2.3 工业微生物分离的注意事项 22
本章小结 23
复习题 23
主要参考文献 23
第3章 菌种的选育及保藏 25
3.1 自然选育 25
3.1.1 自然变异的产生 25
3.1.2 自然选育的方法 25
3.2 诱变育种 26
3.2.1 诱变育种的原理及诱变剂 26
3.2.2 诱变育种的步骤 27
3.2.3 影响诱变效果的主要因素 28
3.3 杂交育种 31
3.3.1 准性生殖 31
3.3.2 接合 32
3.3.3 原生质体融合 32
3.4 代谢控制育种 35
3.5 基因工程育种 36
3.5.1 目的基因的获得 37
3.5.2 载体的选择与准备 39
3.5.3 基因与载体的连接 40
3.5.4 外源基因的导入 40
3.5.5 重组体的筛选和产物的表达 41
3.6 微生物菌种的保藏与复壮 42
3.6.1 菌种保藏 42
3.6.2 菌种的复壮 45
3.6.3 菌种保藏机构和分工 46
本章小结 47
复习题 47
主要参考文献 48
第4章 微生物代谢调节 49
4.1 微生物的代谢类型和自我调节 49
4.1.1 微生物的代谢类型 49
4.1.2 微生物自我调节的部位 49
4.2 酶活性调节 50
4.2.1 酶的激活作用与抑制作用 50
4.2.2 酶活性调节的机制 51
4.3 酶合成调节 52
4.3.1 酶合成的诱导作用 53
4.3.2 酶合成的阻遏 53
4.3.3 酶合成调节的机制 55
4.4 分支生物合成途径的调节 57
4.4.1 同工酶调节 58
4.4.2 协同反馈调节 59
4.4.3 累积反馈调节 59
4.4.4 增效反馈调节 59
4.4.5 顺序反馈调节 59
4.4.6 联合激活或反馈调节 59
4.4.7 酶的共价修饰 59
4.5 能荷调节 60
4.6 代谢调控 61
4.6.1 发酵条件的控制 61
4.6.2 发酵与分离过程耦合 62
4.6.3 改变细胞透性 62
4.6.4 菌种遗传特性的改变 62
4.7 次级代谢与次级代谢调节 64
4.7.1 初级代谢与次级代谢 64
4.7.2 次级代谢的调节类型 64
4.8 代谢工程 66
4.8.1 改变代谢途径 66
4.8.2 扩展代谢途径 68
4.8.3 转移或构建新的代谢途径 69
本章小结 69
复习题 70
主要参考文献 70
第5章 发酵工业培养基的设计 72
5.1 发酵工业培养基的基本要求 72
5.2 培养基的成分 73
5.2.1 碳源 73
5.2.2 氮源 74
5.2.3 无机盐及微量元素 74
5.2.4 水 75
5.2.5 生长调节物质 75
5.3 培养基的类型 76
5.3.1 按纯度分类 76
5.3.2 按形态分类 76
5.3.3 按用途分类 77
5.4 培养基的设计 78
5.4.1 菌体同化能力 78
5.4.2 碳氮比 78
5.4.3 pH 78
5.4.4 补料 79
5.4.5 影响培养基质量的其他因素 79
5.5 发酵培养基的优化方法 80
5.5.1 理论转化率的计算 80
5.5.2 培养基优化实验设计 80
本章小结 86
复习题 86
主要参考文献 87
第6章 发酵灭菌与空气的净化 88
6.1 灭菌的方法 88
6.1.1 干热灭菌法 88
6.1.2 湿热灭菌法 88
6.1.3 射线灭菌法 89
6.1.4 化学药剂灭菌法 89
6.1.5 过滤除菌法 90
6.1.6 火焰灭菌法 90
6.2 培养基和设备的灭菌 90
6.2.1 湿热灭菌的原理 90
6.2.2 培养基灭菌温度的选择 93
6.2.3 培养基的分批灭菌 94
6.2.4 培养基的连续灭菌 95
6.3 空气除菌 97
6.3.1 空气除菌方法 98
6.3.2 介质除菌的原理 98
6.3.3 介质过滤效率和过滤器计算 99
本章小结 101
复习题 101
主要参考文献 101
第7章 种子扩大培养 102
7.1 种子制备工艺 102
7.1.1 实验室种子制备 102
7.1.2 生产车间种子制备 103
7.1.3 影响种子质量的因素 103
7.2 种子质量的控制措施 107
7.2.1 种子质量标准 107
7.2.2 种子质量检查 107
7.2.3 种子的异常分析 109
7.2.4 种子质量的控制措施 109
本章小结 110
复习题 110
主要参考文献 110
第8章 发酵工艺控制 111
8.1 温度对发酵的影响及其调节控制 111
8.1.1 温度对发酵的影响 111
8.1.2 影响发酵温度的因素 112
8.1.3 发酵热的测定 113
8.1.4 最适温度的选择与发酵温度的控制 113
8.2 pH 对发酵的影响及其调节控制 114
8.2.1 pH对发酵的影响 114
8.2.2 影响发酵pH的因素 115
8.2.3 最适pH的选择和调节 115
8.3 氧对发酵的影响及其调节控制 116
8.3.1 氧的传递和传质方程式 116
8.3.2 影响微生物对氧需求的因素 118
8.3.3 培养基的流变特性 119
8.3.4 影响供氧的因素 121
8.3.5 液相体积氧传质系数KLa 的测定 123
8.4 二氧化碳对发酵的影响及其控制 124
8.4.1 二氧化碳的来源及其对发酵的影响 124
8.4.2 二氧化碳浓度的控制 125
8.5 泡沫对发酵的影响及其控制 125
8.5.1 泡沫产生的原因 125
8.5.2 泡沫对发酵的危害 126
8.5.3 泡沫的消长规律 126
8.5.4 泡沫的消除和防止 126
本章小结 127
复习题 128
主要参考文献 128
第9章 发酵过程的检测与自控 129
9.1 发酵过程检测 129
9.1.1 概述 129
9.1.2 发酵传感器 129
9.1.3 发酵过程检测的可靠性 134
9.2 发酵过程变量的间接估计 135
9.2.1 与基质消耗有关变量的估计 135
9.2.2 与呼吸有关变量的估计 135
9.2.3 与细胞生长有关变量的估计 136
9.3 发酵过程自控 137
9.3.1 基本自控系统 137
9.3.2 发酵自控系统的硬件结构 140
本章小结 142
复习题 143
主要参考文献 143
第10章 发酵染菌及其防治 144
10.1 染菌对发酵的影响 144
10.1.1 染菌对不同发酵过程的影响 144
10.1.2 染菌时间对发酵的影响 144
10.1.3 染菌程度对发酵的影响 145
10.2 发酵异常的判断及原因分析 145
10.2.1 种子培养和发酵的异常现象 145
10.2.2 染菌的检查和判断 147
10.2.3 发酵染菌原因分析 148
10.3 杂菌污染的途径和防治 150
10.3.1 种子带菌及其防治 150
10.3.2 空气带菌及其防治 150
10.3.3 操作失误导致染菌及其防治 151
10.3.4 设备渗漏或“死角”造成的染菌及其防治 152
10.3.5 噬菌体污染及其防治 153
10.3.6 杂菌污染的挽救与处理 154
本章小结 155
复习题 155
主要参考文献 155
第11章 发酵动力学 156
11.1 分批培养动力学 156
11.1.1 分批培养中细胞的生长动力学 156
11.1.2 产物合成与微生物生长的动力学关系 159
11.1.3 分批培养过程的生产率 160
11.2 连续培养动力学 160
11.2.1 连续培养设备 161
11.2.2 单级恒化器连续培养动力学 161
11.2.3 多级串联和部分菌体再循环的连续培养 162
11.2.4 连续培养的应用 163
11.3 补料分批培养动力学 164
本章小结 165
复习题 166
主要参考文献 166
第12章 发酵过程经济学 167
12.1 发酵成本的构成 167
12.1.1 固定成本 167
12.1.2 可变成本 167
12.1.3 发酵产品成本的分布 168
12.2 影响发酵成本的主要因素及成本控制 168
12.2.1 菌株选育 168
12.2.2 培养基成本 169
12.2.3 动力成本 170
12.2.4 培养方式 170
12.2.5 工厂规模 171
12.2.6 产物分离纯化 172
12.2.7 发酵自动化程度 172
12.2.8 发酵过程优化 173
12.2.9 市场经济分析 173
12.3 发酵过程经济分析 173
12.3.1 发酵过程的技术经济评价指标 173
12.3.2 发酵过程的经济效益分析 174
本章小结 175
复习题 176
主要参考文献 176
第13章 现代生物技术在发酵工业中的应用 177
13.1 基因工程菌发酵 177
13.1.1 基因工程菌的来源和应用 177
13.1.2 基因工程菌的培养 178
13.1.3 基因工程菌的不稳定性及对策 180
13.1.4 基因工程菌的安全问题 181
13.2 动植物细胞培养 182
13.2.1 动物细胞培养 182
13.2.2 植物细胞培养 185
13.3 固定化细胞发酵 186
13.3.1 概述 186
13.3.2 固定化细胞的特性 187
13.3.3 固定化细胞反应器 187
13.3.4 固定化细胞的应用 188
本章小结 189
复习题 189
主要参考文献 189
第二篇 产物分离和纯化过程篇
第14章 发酵工程下游加工工程概论 193
14.1 发酵工程下游加工工程的特点和重要性 193
14.2 发酵工程下游加工工程的基本原理 194
14.3 发酵工程下游加工工程的一般程序 198
本章小结 200
复习题 200
主要参考文献 200
第15章 发酵液的预处理和固液分离方法 202
15.1 发酵液预处理 202
15.1.1 高价无机离子的去除 202
15.1.2 可溶性杂蛋白的去除 203
15.1.3 色素及其他物质的去除 204
15.2 固液分离技术 204
15.2.1 影响发酵液固液分离的因素 204
15.2.2 过滤 205
15.2.3 离心分离 206
15.3 全发酵液的提取 206
15.3.1 应用膜技术进行全发酵液提取 206
15.3.2 双水相萃取 206
15.3.3 吸附法 206
15.4 微生物细胞的破碎和分离 207
15.4.1 微生物细胞壁的组成和结构 207
15.4.2 微生物细胞破碎的方法 207
15.4.3 细胞破碎率的测定 208
本章小结 208
复习题 209
主要参考文献 209
第16章 沉淀法 210
16.1 盐析法 210
16.1.1 盐析原理——Cohn方程式 210
16.1.2 影响盐析的主要因素 211
16.2 等电点沉淀订法 212
16.2.1 基本原理 212
16.2.2 等电点沉淀的影响因素 212
16.3 有机溶剂沉淀法 213
16.3.1 有机溶剂沉淀的原理 213
16.3.2 有机溶剂的选择和用量计算 213
16.3.3 影响有机溶剂沉淀的因素 214
16.4 非离子型多聚物沉淀法 214
16.5 聚电解质沉淀法 215
16.6 金属离子沉淀法 215
本章小结 215
复习题 215
主要参考文献 216
第17章 膜过滤法 217
17.1 膜分类和表征膜性能的参数 217
17.1.1 膜分类 217
17.1.2 表征膜性能的参数 218
17.2 膜过滤装置的型式及适用范围 219
17.2.1 膜过滤装置的型式 219
17.2.2 膜过滤装置适用范围 221
17.3 膜过滤的操作方法 222
17.3.1 分批操作 222
17.3.2 透析过滤 223
17.3.3 连续操作 223
本章小结 224
复习题 224
主要参考文献 224
第18章 溶剂萃取法 225
18.1 溶剂萃取原理 225
18.1.1 分配定律 225
18.1.2 弱电解质萃取的分配平衡 225
18.2 溶剂的选择 226
18.3 水相条件的影响及去乳化 227
18.3.1 pH 227
18.3.2 温度 227
18.3.3 盐析 227
18.3.4 带溶剂 227
18.3.5 乳化与去乳化 228
18.4 萃取方法和理论得率计算 228
18.4.1 单级萃取 228
18.4.2 多级错流萃取 229
18.4.3 多级逆流萃取 229
18.4.4 萃取计算诺模图 229
本章小结 230
复习题 230
主要参考文献 231
第19章 双水相萃取法 232
19.1 双水相体系 232
19.1.1 双水相的形成 232
19.1.2 相图 232
19.2 影响物质分配的因素 233
19.2.1 分配理论 233
19.2.2 成相聚合物及其相对分子质量的影响 233
19.2.3 成相聚合物浓度的影响 233
19.2.4 体系中离子环境对分配的影响 233
19.2.5 体系中pH的影响 233
19.2.6 体系中温度的影响 234
19.2.7 体系中微生物的影响 234
19.3 双水相萃取技术的应用 234
19.4 双水相萃取技术的发展 235
19.4.1 提高分离效率的双水相萃取技术 236
19.4.2 廉价双水相系统的使用 237
本章小结 237
复习题 238
主要参考文献 238
第20章 吸附法 239
20.1 吸附过程的理论基础 239
20.1.1 基本概念 239
20.1.2 吸附类型 240
20.1.3 吸附平衡 240
20.2 吸附剂的种类 241
20.2.1 疏水或非极性吸附剂 241
20.2.2 亲水或极性吸附剂 242
20.2.3 吸附树脂 242
20.3 影响吸附的因素 243
20.3.1 吸附剂的性质 243
20.3.2 吸附物的性质 243
20.3.3 溶液pH的影响 243
20.3.4 温度的影响 243
20.3.5 溶液中其他溶质的影响 243
20.4 大网格聚合物吸附剂 243
20.5 其他类型的吸附 244
20.5.1 疏水作用吸附 244
20.5.2 盐析吸附 244
20.5.3 亲和吸附 244
20.5.4 染料配位体吸附 244
20.5.5 免疫吸附 244
20.5.6 羟基磷灰石吸附 245
本章小结 245
复习题 245
主要参考文献 245
第21章 离子交换法 246
21.1 基本概念 246
21.1.1 强酸性阳离子交换树脂 246
21.1.2 弱酸性阳离子交换树脂 246
21.1.3 强碱性阴离子交换树脂 246
21.1.4 弱碱性阴离子交换树脂 246
21.2 离子交换树脂的命名法 247
21.3 离子交换树脂的物理化学性能
及测定方法 247
21.3.1 物理性能 247
21.3.2 化学性能 249
21.4 离子交换过程的理论基础 250
21.4.1 离子交换平衡方程式 250
21.4.2 离子交换速度 250
21.5 树脂的选择和操作条件控制 251
21.5.1 树脂的选择 251
21.5.2 操作条件的控制 251
21.6 大网格离子交换树脂 252
本章小结 252
复习题 252
主要参考文献 253
第22章 色层分离法 254
22.1 基本概念 254
22.2 亲和层析 255
22.3 离子交换层析 256
22.4 凝胶层析 257
22.5 染料层析 257
22.6 疏水层析 258
22.7 固定化金属离子亲和层析 258
22.8 共价层析 258
22.9 羟基磷灰石层析 259
22.10 电泳法 260
本章小结 260
复习题 260
主要参考文献 261
第23章 结晶法 262
23.1 结晶的基本原理 262
23.2 影响结晶生成的因素 263
23.2.1 过饱和率 263
23.2.2 浓度 263
23.2.3 纯度 264
23.2.4 黏度 264
23.2.5 温度 264？？
23.2.6 pH和等电点 264
23.2.7 时间 264
23.2.8 晶种 264
23.2.9 搅拌 264
23.2.10 循环流速 265
23.2.11 共存杂质的影响 265
23.3 提高晶体质量的途径 265
23.3.1 晶体的大小 265
23.3.2 晶体的形状 266
23.3.3 晶体的纯度 266
23.3.4 晶体的结块 266
23.3.5 重结晶 266
23.4 结晶的方法 266
23.4.1 蒸发浓缩结晶法 266
23.4.2 加沉淀剂结晶法 267
23.4.3 冷却结晶法 267
23.4.4 其他结晶方法 267
本章小结 267
复习题 267
主要参考文献 268
第三篇 发酵工程生产设备篇
第24章 发酵设备 271
24.1 发酵设备类型及发展趋势 271
24.1.1 发酵设备的分类 271
24.1.2 微生物发酵设备的发展趋势 271
24.2 通风发酵设备 272
24.2.1 机械搅拌通风发酵罐 272
24.2.2 气升式发酵罐 276
24.2.3 自吸式发酵罐 277
24.2.4 通风固相发酵设备 277
24.2.5 其他类型的发酵罐 277
24.3 厌氧发酵设备 279
24.3.1 酒精发酵设备 279
24.3.2 啤酒发酵设备 279
24.4 发酵罐的放大 280
24.4.1 发酵罐放大的目的和方法 281
24.4.2 通用式发酵罐的放大设计 282
本章小结 283
复习题 284
主要参考文献 284
第25章 产物分离和纯化设备 285
25.1 两相分离设备 285
25.1.1 过滤设备 285
25.1.2 离心分离设备 286
25.1.3 膜分离设备 287
25.2 萃取与色谱分离设备 288
25.2.1 萃取分离设备 288
25.2.2 离子交换分离设备 289
25.2.3 吸附分离设备 289
25.2.4 色谱分离设备 290
25.3 蒸发浓缩与结晶设备 291
25.3.1 真空浓缩设备 291
25.3.2 薄膜蒸发器设备 292
25.3.3 结晶设备 293
25.4 干燥设备 295
25.4.1 气流干燥设备 296
25.4.2 沸腾干燥设备 296
25.4.3 喷雾干燥设备 297
本章小结 298
复习题 298
主要参考文献 299
第26章 辅助系统设备 300
26.1 空气净化除菌与调节设备 300
26.1.1 空气净化除菌与调节设备 300
26.1.2 生物工业生产的空气调节 302
26.2 物料输送系统设备 302
26.2.1 固体物料的输送设备 303
26.2.2 液体物料的输送设备 304
26.3 供水与制冷系统设备 305
26.3.1 水处理系统设备 305
26.3.2 供水系统设备 307
26.3.3 发酵工厂洁净蒸汽与制冷系统设备 308
本章小结 310
复习题 311
主要参考文献 311
第四篇 典型发酵工程过程篇
第27章 抗生素生产工艺 315
27.1 抗生素的分类 315
27.1.1 根据抗生素的生物来源分类 315
27.1.2 根据抗生素的作用分类 315
27.1.3 根据抗生素的化学结构分类 316
27.1.4 根据抗生素的作用机制分类 316
27.1.5 根据抗生素的生物合成途径分类 316
27.2 抗生素生产工艺过程 316
27.2.1 菌种 316
27.2.2 孢子制备 317
27.2.3 种子制备 317
27.2.4 发酵 317
27.2.5 发酵液的过滤与预处理 317
27.2.6 抗生素的提取 318
27.2.7 抗生素的精制 318
27.3 青霉素生产工艺 319
27.3.1 青霉素的结构与特性 319
27.3.2 青霉素的分类 319
27.3.3 青霉素生产流程 320
本章小结 323
复习题 323
主要参考文献 323
第28章 氨基酸生产工艺 324
28.1 氨基酸生产工艺控制 324
28.1.1 菌种 324
28.1.2 培养基 325
28.1.3 发酵条件控制 326
28.1.4 氨基酸分离纯化 327
28.2 赖氨酸生产工艺 328
28.2.1 赖氨酸的生产菌种与生物合成途径 328
28.2.2 赖氨酸的发酵条件控制 328
28.3 异亮氨酸？亮氨酸生产工艺 331
28.3.1 异亮氨酸？亮氨酸和缬氨酸的生物合成途径 331
28.3.2 异亮氨酸发酵 331
28.3.3 亮氨酸发酵 332
本章小结 332
复习题 333
主要参考文献 333
第29章 核苷？核苷酸类产品的发酵生产 334
29.1 概述 334
29.1.1 核苷酸的生产途径 334
29.1.2 核苷酸类物质生产菌的分离和选择 335
29.2 肌苷及肌苷酸的发酵生产 335
29.2.1肌苷的发酵生产 335
29.2.2肌苷酸的发酵生产 337
29.3 鸟苷及鸟苷酸的发酵生产 338
29.3.1 鸟苷的发酵生产 338
29.3.2 鸟苷酸的发酵生产 339
本章小结 340
复习题 340
主要参考文献 340
第30章 酶制剂的发酵生产 341
30.1 概述 341
30.1.1 酶制剂发展概况 341
30.1.2 酶制剂的生产方法 341
30.2 α-淀粉酶的发酵生产 342
30.2.1 生产工艺流程 342
30.2.2 发酵生产 342
30.2.3 提取 343
30.3 脂肪酶的发酵生产 343
30.3.1 菌种 343
30.3.2 发酵生产 343
30.3.3 提取 344
30.4 蛋白酶的发酵生产 344
30.4.1 菌种 344
30.4.2 发酵生产 344
30.4.3 提取 345
30.5 纤维素酶的发酵生产 345
30.5.1 菌种 346
30.5.2 发酵与提取 346
本章小结 346
复习题 347
主要参考文献 347
第31章 甾体类化合物的微生物转化工艺 348
31.1 微生物转化的反应类型 349
31.1.1 氧化反应 349
31.1.2 还原反应 350
31.1.3 水解反应 350
31.2 微生物转化工艺 351
31.2.1 生产工艺流程 351
31.2.2 转化反应工艺控制 351
31.3 犁头霉菌的11β-羟化反应工艺 352
31.3.1 反应原理 352
31.3.2 工艺过程 352
本章小结 353
复习题 354
主要参考文献 354
第32章 有机酸类产品的发酵生产 355
32.1 概述 355
32.2 柠檬酸的发酵生产 356
32.2.1 柠檬酸发酵菌种 356
32.2.2 柠檬酸的合成途径 356
32.2.3 柠檬酸的生产工艺 357
32.3 乳酸的发酵生产 358
32.3.1 乳酸发酵菌种 359
32.3.2 乳酸的合成途径 360
32.3.3 乳酸的生产工艺 360
32.4 其他有机酸的发酵生产 361
32.4.1 苹果酸发酵生产 361
32.4.2 丙酮酸发酵生产 361
32.4.3 琥珀酸发酵生产 361
32.4.4 曲酸发酵生产 362
32.4.5 丙酸发酵生产 362
本章小结 363
复习题 363
主要参考文献 363
第33章 醇酮类产品的发酵生产 364
33.1 甘油的发酵生产 364
33.1.1 发酵法生产甘油的工艺 364
33.1.2 甘油的提取 365
33.2 丙酮丁醇的发酵生产 365
33.2.1 菌种 365
33.2.2 发酵工艺 365
33.3 乙醇的发酵生产 366
33.3.1 概述 366
33.3.2 乙醇的发酵工艺 367
33.3.3 乙醇蒸馏与精馏 369
本章小结 369
复习题 369
主要参考文献 369
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