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第一章 绪论 1

第一节 发酵工程发展史和相关学科 1

一、发酵工程的定义 1

二、发酵工程发展史及相关学科 1

第二节 发酵工程类型与发酵过程特点 4

一、发酵工程类型 4

二、发酵过程特点 5

第三节 发酵工艺过程和关键技术 5

一、发酵工艺过程 5

二、发酵工程关键技术 6

第四节 发酵工业产品和现状 7

一、发酵工业产品 7

二、发酵工业现状 7

第五节 发酵工程发展趋势 8

一、技术领域的扩展趋势 10

二、应用领域的扩展趋势 11

第二章 微生物菌种制备原理与技术 13

第一节 发酵工业微生物菌种 13

一、概述 13

二、发酵工业常用微生物种类 13

三、发酵工业微生物的基本要求 16

四、菌种的制备原理与方法 16

五、适应性进化 18

六、菌种的保藏 19

第二节 发酵微生物生理学 21

一、概述 21

二、微生物的遗传与繁殖 21

三、底物的吸收与转运 22

四、微生物的代谢与调控 23

五、底物、中间产物、终产物与其他胁迫条件下的响应和耐受 25

第三节 微生物诱变育种 27

一、概述 27

二、诱变技术 28

三、诱变育种的筛选策略 31

四、代谢控制育种 32

五、高通量筛选技术 33

第四节 微生物原生质体育种与基因组改组育种 34

一、概述 34

二、微生物原生质体再生育种 35

三、微生物原生质体诱变育种 37

四、微生物原生质体转化育种 38

五、微生物原生质体融合育种 38

六、基因组改组育种 40

第五节 发酵微生物的基因工程与代谢工程育种 42

一、概述 42

二、发酵微生物的基因工程育种 42

三、代谢工程育种 45

四、基因工程菌的发酵特性 47

五、基因工程菌的安全性 49

第六节 工业微生物的系统生物学与合成生物学 49

一、概述 49

二、组学技术及其在发酵工程中的应用 50

三、系统生物学技术和基于系统生物学的菌种改造 53

四、合成生物学及其在发酵工程中的应用 53

第三章 发酵培养基的制备与灭菌 56

第一节 发酵工业原料 56

一、发酵工业原料的种类及其组成 56

二、发酵工业原料的选择原则 62

三、生物合成的前体物质、抑制剂、促进剂 63

四、原料预处理的目的 64

五、原料预处理的方法 65

第二节 发酵培养基的设计 67

一、发酵培养基设计的目的 67

二、发酵培养基设计的基本原则 69

三、发酵培养基设计的方法 69

四、发酵培养基的优化 70

第三节 淀粉质原料的加工方法与设备 70

一、淀粉水解的理论基础 70

二、淀粉的液化方法与设备 71

三、淀粉的糖化方法与设备 72

四、不同发酵产品对淀粉质原料处理的要求 73

第四节 纤维质原料的加工方法 75

一、酸水解 75

二、酶水解 77

第五节 培养基及设备的灭菌 79

一、培养基灭菌的目的、要求和方法 79

二、湿热灭菌的理论基础 81

三、培养基灭菌的工程设计 83

第四章 无菌空气的制备 85

第一节 无菌空气制备的概述 85

一、空气和无菌空气 85

二、空气除菌的方法 86

第二节 空气介质过滤除菌的原理 87

一、捕集效率 87

二、空气过滤器除菌机制 88

三、对数穿透定律 91

四、微滤 91

第三节 介质过滤制备无菌空气的工艺和过滤器 91

一、介质过滤制备无菌空气的工艺流程 91

二、介质过滤的空气过滤器 93

第五章 培养条件、操作方式与发酵罐设计 97

第一节 培养条件对发酵过程的影响 97

一、培养基 97

二、温度 100

三、pH 103

四、供氧对发酵过程的影响 105

五、代谢产物及其他 106

第二节 发酵动力学 112

一、发酵过程动力学分类 112

二、发酵过程中的质量和能量平衡 119

三、发酵过程动力学 125

第三节 发酵罐设备 140

一、反应器的分类 140

二、反应器的设计目标和原则 141

三、机械搅拌通风发酵罐 146

四、气升式发酵罐 154

五、固态发酵罐 156

第六章 发酵过程优化与放大 158

第一节 概述 158

一、发酵过程优化的基本特征 158

二、发酵过程优化的主要内容及步骤 159

第二节 微生物培养环境的优化 161

一、微生物的营养需求 161

二、微生物的环境条件 167

三、培养环境优化的正交试验和响应面优化技术 168

第三节 基于发酵过程动力学模型的优化技术 175

一、基于动力学模型的发酵过程优化的基本特征 175

二、基于动力学模型的发酵过程优化的一般步骤 175

第四节 分阶段发酵优化技术 175

一、分阶段优化技术的一般原理与步骤 175

二、温度两阶段控制技术 175

三、pH两阶段控制技术 178

四、溶氧两阶段控制技术 181

第五节 基因工程菌的发酵优化 182

一、基因工程菌发酵过程存在的问题 183

二、基因工程菌发酵过程优化研究 184

三、高密度培养技术在基因工程菌发酵过程优化中的应用 186

第六节 发酵过程放大 188

一、发酵过程放大原理、原则与步骤 188

二、发酵过程放大方法 190

三、基于计算流体力学的发酵过程放大技术 191

第七章 发酵过程监测与控制 205

第一节 概述 205

一、发酵过程控制特性 205

二、发酵过程主要检测参数 205

三、发酵过程常用传感器 207

第二节 发酵过程主要状态参数的监测与控制 207

一、发酵过程中温度的检测与控制 207

二、发酵过程中pH的检测与控制 210

三、发酵过程中溶氧的检测与控制 214

四、发酵过程中泡沫的产生和消除 217

五、发酵过程中CO2的浓度和呼吸商的检测 218

六、发酵过程中细胞浓度、产物浓度和底物浓度的检测 220

第三节 发酵过程先进的控制技术 225

一、基于人工神经网络的发酵过程模式识别与控制 225

二、基于代谢网络模型的发酵过程在线控制 232

第四节 发酵染菌及其防治技术 233

一、染菌对发酵的影响 234

二、发酵染菌的分析 235

三、杂菌污染的途径和防治 237

四、故障诊断技术 240

第五节 发酵过程的计算机接口技术 247

一、发酵过程的计算机控制原理 247

二、发酵过程的计算机控制功能分析 249

三、集散控制系统及接口技术 249

第八章 发酵液预处理及发酵产物提取与精制 271

第一节 概论 271

一、下游加工过程在发酵工程中的地位 271

二、发酵下游加工过程的特点 271

三、分离过程的机理与分离操作 272

四、发酵工业下游技术的一般工艺过程 272

第二节 发酵液的预处理和固液分离 274

一、发酵液的预处理目的和要求 274

二、发酵液固液分离技术与设备 276

三、微生物细胞的破碎 283

第三节 沉淀技术 289

一、沉淀的原理与目的 289

二、沉淀方法种类及要求 291

三、沉淀技术应用 296

第四节 吸附技术 297

一、吸附法的原理与目的 297

二、吸附法的优缺点 298

三、吸附剂的基本要求和种类 298

四、吸附基本理论及影响吸附过程的因素 300

第五节 色谱技术 303

一、概述 303

二、色谱法基本原理 303

第六节 膜分离技术 309

一、膜分离方法的分类 309

二、表征膜性能的参数 311

三、膜分离设备 313

四、膜分离过程的操作特性和影响因素 316

五、膜分离过程在发酵工业中的应用 317

参考文献 320