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1绪论1

1.1 发酵工程概述2

1.1.1 发酵工程概念2

1.1.2 发酵工程与其他相关学科的关系3

1.1.3 发酵工程的发展简史3

1.1.4 发酵工业的类型及特点5

1.1.5 工业发酵的一般过程5

1.2 发酵工程应用领域及前景5

1.2.1 传统发酵工程应用领域及产品类型5

1.2.2 现代发酵工程应用新领域及其发展前景7

1.3 发酵工程的特点及主要内容8

1.3.1 发酵工程的特点8

1.3.2 发酵工程的先修课程8

1.3.3 发酵工程的主要内容8

1.3.4 发酵工程的学科前沿9

1.3.5 发酵工程的学习方法10

2发酵工业菌种11

2.1 概述13

2.1.1 微生物类型13

2.1.2 工业微生物菌种14

2.2 菌种分离筛选与鉴定15

2.2.1 菌种分离筛选15

2.2.2 菌种鉴定17

2.3 发酵工业菌种选育18

2.3.1 自然选育18

2.3.2 诱变育种18

2.3.3 细胞工程育种22

2.3.4 基因工程育种23

2.4 发酵工业菌种保藏原理与方法28

2.4.1 菌种退化及其机理28

2.4.2 菌种保藏原理29

2.4.3 菌种保藏方法29

3发酵培养基设计与优化32

3.1 发酵培养基特点34

3.1.1 培养基分类34

3.1.2 发酵培养基的基本特点35

3.2 发酵培养基组成及其来源35

3.2.1 碳源35

3.2.2 氮源37

3.2.3 无机盐及微量元素37

3.2.4 水37

3.2.5 代谢调节物质37

3.2.6 其他38

3.3 发酵培养基设计38

3.3.1 发酵培养基设计依据38

3.3.2 发酵培养基设计原则39

3.4 发酵培养基优化42

3.4.1 发酵培养基优化思路42

3.4.2 发酵培养基优化方法42

4发酵工业主要装备45

4.1 发酵工业系统组成及其装备46

4.1.1 前处理车间46

4.1.2 发酵车间47

4.1.3 后处理车间50

4.1.4 公用车间51

4.1.5 其他装备51

4.2 发酵工业装备发展趋势52

5无菌原理与技术54

5.1 无菌概念56

5.1.1 消毒56

5.1.2 灭菌56

5.1.3 过滤除菌56

5.1.4 抑菌57

5.2 发酵工业污染危害及其防治57

5.2.1 污染的危害57

5.2.2 杂菌污染防治58

5.3 发酵工业的湿热灭菌62

5.3.1 湿热灭菌原理62

5.3.2 湿热灭菌在发酵罐及其附属设备灭菌中的应用64

5.4 空气除菌原理与流程设计66

5.4.1 空气除菌的重要性66

5.4.2 空气除菌的一般过程66

5.4.3 空气除菌流程设计原则68

5.4.4 空气除菌流程设计方法69

6种子扩大原理与技术73

6.1 种子扩大培养原理74

6.1.1 种子扩大培养的相关概念75

6.1.2 种子扩大培养原理及方法76

6.2 影响种子质量的主要因素及其控制78

6.3 不同微生物的种子扩大培养79

6.3.1 细菌发酵种子扩大培养及其特点79

6.3.2 真菌发酵种子扩大培养及其特点80

6.3.3 放线菌发酵种子扩大培养及其特点82

7发酵动力学83

7.1 概述85

7.1.1 发酵动力学概念85

7.1.2 发酵动力学主要内容85

7.2 分批发酵动力学86

7.2.1 微生物生长动力学86

7.2.2 底物消耗动力学89

7.2.3 发酵产物合成与微生物生长的动力学关系92

7.2.4 分批发酵的优缺点及其应用93

7.3 连续发酵动力学94

7.3.1 单级连续发酵动力学模型94

7.3.2 多级连续发酵动力学模型97

7.3.3 连续发酵的优缺点及其应用100

7.4 补料分批发酵动力学103

7.4.1 补料分批发酵动力学模型103

7.4.2 补料分批发酵的优点及其应用105

7.5 发酵动力学应用106

7.5.1 认识发酵过程特征106

7.5.2 用于发酵过程的优化与控制106

7.5.3 指导发酵过程放大106

8发酵过程氧的供需108

8.1 好氧微生物对氧的需求110

8.1.1 氧在微生物发酵中的作用110

8.1.2 微生物的耗氧特征110

8.1.3 影响微生物需氧的因素111

8.1.4 控制溶解氧的意义111

8.2 发酵体系中氧的传递112

8.2.1 氧的传递途径及传递阻力112

8.2.2 气体溶解过程的双膜理论113

8.2.3 氧的传递方程115

8.3 发酵体系中氧的供需动态关系115

8.4 发酵体系中影响供氧的因素117

8.4.1 影响推动力的因素118

8.4.2 影响K La的因素119

8.5 溶解氧、摄氧率及KLa的测定122

8.5.1 发酵过程中氧的传递效率122

8.5.2 溶解氧的测定原理与方法123

8.5.3 摄氧率的测定原理与方法125

8.5.4 K La的测定原理与方法126

9发酵过程放大130

9.1 概述131

9.2 发酵罐放大设计目标及主要依据131

9.2.1 发酵罐放大设计目标131

9.2.2 发酵罐放大设计的主要依据132

9.3 发酵罐的设计与放大133

9.3.1 发酵罐的放大设计任务133

9.3.2 发酵罐设计的基本原则133

9.3.3 发酵罐设计的基本要求134

9.3.4 发酵罐放大准则134

9.3.5 发酵罐放大方法134

9.4 发酵过程放大的应用139

9.4.1 细菌发酵过程放大139

9.4.2 放线菌发酵过程放大140

9.4.3 真菌发酵过程放大140

10发酵过程优化与控制141

10.1 概述143

10.1.1 发酵过程参数及其重要性143

10.1.2 发酵过程参数的优化与控制概述145

10.2 发酵过程参数的检测146

10.2.1 发酵过程物理参数检测147

10.2.2 发酵过程化学参数检测147

10.2.3 发酵过程生物参数检测149

10.2.4 发酵过程代谢通量分析150

10.3 发酵过程的主要影响因素及其控制150

10.3.1 温度对发酵的影响及其控制151

10.3.2 pH对发酵的影响及其控制152

10.3.3 溶解氧对发酵的影响及其控制153

10.3.4 基质浓度对发酵的影响及其控制155

10.3.5 泡沫对发酵的影响及其控制156

10.3.6 二氧化碳对发酵的影响及其控制157

10.3.7 多参数的综合控制158

10.3.8 发酵终点的判断158

10.4 发酵过程模拟160

10.4.1 过程方程及主要状态参数的确定160

10.4.2 发酵过程优化控制模型161

10.4.3 发酵过程建模和人工智能控制162

10.5 高密度发酵过程的优化控制165

11发酵产物分离纯化168

11.1 概述170

11.2 发酵液的预处理171

11.2.1 改变发酵培养物的过滤特性171

11.2.2 发酵液初步纯化172

11.2.3 固液分离技术172

11.2.4 细胞破碎技术174

11.3 发酵产物粗分离技术176

11.3.1 萃取分离技术176

11.3.2 浓缩技术181

11.3.3 沉淀分离技术181

11.3.4 吸附分离技术184

11.4 发酵产物精制技术184

11.4.1 色谱分离技术184

11.4.2 膜分离技术191

11.4.3 结晶技术193

11.4.4 干燥技术194

12发酵工业的清洁生产196

12.1 概述197

12.1.1 清洁生产的概念197

12.1.2 清洁生产的主要内容198

12.2 清洁生产与末端治理的比较199

12.3 发酵行业清洁生产的重要性200

12.4 发酵过程的清洁生产方法201

12.4.1 强化内部管理201

12.4.2 工艺技术改革与创新202

12.4.3 废弃资源的综合利用204

12.5 发酵工业清洁生产实例204

13发酵工厂工艺设计206

13.1 概述208

13.1.1 发酵工厂基本建设程序208

13.1.2 发酵工厂设计的基本内容208

13.2 发酵工厂总图布置209

13.2.1 工厂的厂址选择209

13.2.2 总平面设计210

13.3 发酵工艺流程设计210

13.3.1 工艺流程的设计原则210

13.3.2 工艺流程设计的步骤211

13.4 物料衡算与设备选型211

13.4.1 物料衡算211

13.4.2 主要技术经济指标212

13.4.3 设备选型213

13.5 发酵车间设备布置与管道设计215

13.5.1 车间设备布置215

13.5.2 车间工艺管道设计216

13.6 发酵工业“三废”处理及其工厂化设计217

13.6.1 废水217

13.6.2 废气217

13.6.3 废渣217

13.7 发酵工厂投资概算与经济评价218

13.7.1 建设项目总投资概算218

13.7.2 概算与经济评价中的费用计算218

13.7.3 产品成本计算219

13.7.4 借款利息和还款能力预测220

13.7.5 项目投资的经济评价220

14发酵经济学原理与应用222

14.1 概述224

14.1.1 经济学原理在发酵工业中的应用224

14.1.2 平衡点分析224

14.1.3 运筹学的线性规划模型225

14.1.4 投资回收期计算226

14.2 影响发酵成本的主要因素227

14.2.1 菌株选育成本分析227

14.2.2 发酵培养基成本分析227

14.2.3 无菌空气与通气搅拌成本分析228

14.2.4 热动力费的成本分析229

14.2.5 发酵工艺中不同培养方式的成本分析229

14.2.6 发酵产品分离纯化成本分析231

14.2.7 发酵规模成本分析231

14.2.8 主要成本因素的确定232

14.3 发酵过程经济学评价232

14.3.1 产物浓度232

14.3.2 生产效率233

14.3.3 底物转化率233

14.3.4 单位产品的能耗233

14.4 降低发酵成本的措施234

15发酵工程在医药领域中的典型应用235

15.1 维生素发酵生产237

15.1.1 维生素简介237

15.1.2 维生素的微生物来源237

15.1.3 维生素生产的应用实例237

15.2 核苷酸类药物的发酵生产239

15.2.1 核苷酸类药物概述239

15.2.2 核苷酸的生产240

15.3 医用酶制剂的发酵生产244

15.3.1 医用酶用途244

15.3.2 医用酶发酵生产工艺流程245

15.3.3 医用酶发酵原理及工艺控制245

15.3.4 医用酶的提取与精制247

15.4 甾体激素类药物的微生物转化249

15.4.1 甾体激素类药物概述249

15.4.2 微生物转化甾体化合物概述249

154.3 甾体化合物的微生物转化工艺249

16发酵工程在食品领域中的典型应用252

16.1 营养补充剂的发酵生产253

16.1.1 多不饱和脂肪酸简介253

16.1.2 多不饱和脂肪酸的合成及其调控254

16.1.3 多不饱和脂肪酸的纯化256

16.1.4 多不饱和脂肪酸发酵实例256

16.1.5 β-胡萝卜素的生产260

16.1.6 高产菌株的选育261

16.1.7 发酵工艺优化262

16.1.8 β-胡萝卜素的提取分离263

16.2 多糖的发酵生产263

16.2.1 多糖种类264

16.2.2 微生物多糖发酵生产工艺流程264

16.2.3 黄原胶发酵原理及工艺控制264

16.2.4 黄原胶的提取与精制265

17发酵工程在材料领域的典型应用267

17.1 聚乳酸的生产与乳酸发酵269

17.1.1 乳酸发酵菌种的选育269

17.1.2 廉价生产原料的筛选270

17.1.3 底物和产物抑制解除270

17.1.4 高生产率发酵271

17.1.5 目标产物的分离纯化271

17.1.6 应用案例271

17.2 聚羟基脂肪酸酯的发酵生产272

17.2.1 PHA简介272

17.2.2 PHA的生产菌株和原料273

17.2.3 PHA的生物合成途径275

17.2.4 PHA的发酵生产275

17.2.5 PHA的提取276

17.3 长链二元酸的发酵生产277

17.3.1 长链二元酸的应用277

17.3.2 长链二元酸的来源277

17.3.3 长链二元酸的发酵生产278

17.3.4 长链二元酸的分离提取280

17.4 细菌纤维素的发酵生产281

17.4.1 细菌纤维素的特点281

17.4.2 细菌纤维素的生物合成282

17.4.3 细菌纤维素的发酵生产283

17.4.4 展望285

18发酵工程在生物基化学品及能源领域中的典型应用287

18.1 乙醇的发酵生产289

18.1.1 乙醇发酵常用的原料289

18.1.2 原料的预处理290

18.1.3 乙醇发酵工艺流程291

18.1.4 乙醇发酵的菌种291

18.1.5 乙醇发酵案例292

18.2 丁醇的发酵生产293

18.2.1 丁醇简介293

18.2.2 丁醇微生物发酵294

18.2.3 生物丁醇生产限制因素、技术改进和发展方向295

18.3 丙二醇的发酵生产296

18.3.1 丙二醇理化性质及应用296

18.3.2 微生物法生产1，3-丙二醇296

18.3.3 1，3-丙二醇的提取299

18.4 现代沼气发酵技术299

18.4.1 沼气发酵原理300

18.4.2 沼气发酵的原料301

18.4.3 沼气发酵工艺302

18.4.4 影响沼气发酵的因素303

18.4.5 沼气发酵工程案例303

18.5 生物制氢技术304

18.5.1 生物制氢技术概述304

18.5.2 光合生物产氢304

18.5.3 发酵细菌产氢306

18.5.4 生物制氢案例308

18.6 微生物燃料电池309

18.6.1 微生物燃料电池概述309

18.6.2 微生物燃料电池分类310

18.6.3 产电微生物及胞外电子传递机理310

18.6.4 微生物燃料电池应用312

19发酵工程在现代农业中的典型应用314

19.1 生物农药的发酵生产316

19.1.1 微生物农药种类316

19.1.2 微生物农药发酵生产工艺流程316

19.1.3 苏云金芽孢杆菌发酵原理及工艺控制317

19.1.4 苏云金芽孢杆菌发酵液后处理与制剂317

19.2 生物肥料的发酵生产318

19.2.1 生物肥料种类318

19.2.2 生物肥料发酵生产工艺流程319

19.2.3 根瘤菌发酵原理及工艺控制320

19.2.4 根瘤菌发酵液后处理与制剂320

19.3 食用菌的发酵生产321

19.3.1 食用菌种类321

19.3.2 香菇多糖发酵生产321

19.4 生物饲料发酵生产323

19.4.1 生物饲料种类323

19.4.2 生物饲料发酵生产工艺流程323

19.4.3 发酵原理、工艺控制及后处理324

19.5 动物疫苗发酵生产324

19.5.1 动物疫苗种类324

19.5.2 动物疫苗生产工艺流程325

19.5.3 发酵原理及工艺控制325

19.5.4 发酵液后处理与制剂325

20发酵工程在工业有机废弃物处理中的典型应用327

20.1 概述328

20.1.1 工业有机废弃物及其治理策略328

20.1.2 工业有机废弃物的处理方法329

20.1.3 发酵工程在工业有机废弃物处理中的作用329

20.2 发酵工程在工业有机废弃物末端治理中的应用331

20.2.1 医药工业有机废弃物末端治理331

20.2.2 食品工业有机废弃物末端治理332

20.2.3 轻工业有机废弃物末端治理333

20.3 发酵工程在清洁生产中的应用335

20.3.1 医药工业清洁生产335

20.3.2 食品工业清洁生产336

20.3.3 轻工业清洁生产336

20.3.4 重工业清洁生产337

参考文献339