本書在發(fā)酵工程基礎(chǔ)理論和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，融入發(fā)酵工程領(lǐng)域前沿學(xué)科技術(shù)，拓展了生物工程內(nèi)容，深化了學(xué)生對理論知識(shí)的理解；除了增加各章節(jié)前沿技術(shù)及其方法，還注重相關(guān)設(shè)備和儀器儀表技術(shù)的內(nèi)容，豐富了工程學(xué)理論和應(yīng)用。本書也注重發(fā)酵過程數(shù)字化和數(shù)據(jù)化與教學(xué)課程的融合，為本學(xué)科學(xué)生認(rèn)知工業(yè) 4.0奠定基礎(chǔ)。教材全面介紹了發(fā)酵工程的概念、原理、發(fā)展方向及應(yīng)用領(lǐng)域。全書共有十六章，在內(nèi)容安排上分為兩大部分，前半部分即第一章至第十一章，主要闡述發(fā)酵工程的基本概念、理論及基本原理；后半部分即第十二章至第十六章，主要介紹發(fā)酵工程的主要產(chǎn)品工藝及其在食品和化學(xué)品原料生物發(fā)酵加工制備與環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域的應(yīng)用。
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015.8-2016.9 荷蘭Delft理工大學(xué) 生物技術(shù)學(xué)院 細(xì)胞系統(tǒng)工程 訪問學(xué)者
2006.9-2010.9 華東理工大學(xué) 生物工程學(xué)院 生物化工 博士
2003.9-2006.3 廣西大學(xué) 生物工程學(xué)院 發(fā)酵工程 碩士
1999.9-2003.7 河北科技大學(xué) 生物工程學(xué)院 發(fā)酵工程 學(xué)士
2023.1- 華東理工大學(xué) 教授
2016.9-2022.12 華東理工大學(xué) 副研究員
2010.9-2015.8 華東理工大學(xué) 講師
2004.6-2006.9 華北制藥新藥中心 助理研究員
微生物發(fā)酵
目錄
前言
第一章 緒論 1
第一節(jié) 發(fā)酵與發(fā)酵工程的概念 1
一、“發(fā)酵”的詞源 1
二、發(fā)酵工程 2
三、發(fā)酵工程在生物工程學(xué)科中的地位 3
第二節(jié) 發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展簡史 3
一、自然發(fā)酵時(shí)期 3
二、純培養(yǎng)技術(shù)發(fā)酵時(shí)期 4
三、通氣攪拌發(fā)酵時(shí)期 5
四、代謝控制發(fā)酵時(shí)期 6
五、基因工程操作技術(shù)發(fā)酵時(shí)期 6
第三節(jié) 發(fā)酵工程的技術(shù)特征與發(fā)展前景 7
一、發(fā)酵工程技術(shù)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域 7
二、發(fā)酵方法的分類 8
三、發(fā)酵工業(yè)的技術(shù)特點(diǎn) 8
四、發(fā)酵工藝的一般流程 9
五、發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展前景 9
第四節(jié) 發(fā)酵工程課程的內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法 10
一、發(fā)酵工程課程的主要內(nèi)容與先修課程 10
二、發(fā)酵工程課程的知識(shí)儲(chǔ)備和學(xué)習(xí)方法 11
第二章 發(fā)酵工業(yè)菌種制備原理與技術(shù) 13
第一節(jié) 用于工業(yè)生產(chǎn)菌種的要求和特點(diǎn) 13
一、發(fā)酵工業(yè)對菌種的要求 13
二、常見的發(fā)酵工業(yè)菌種簡介 15
第二節(jié) 土壤中目的微生物的分離 19
一、土壤采樣的一般原則 19
二、土樣中微生物的富集 20
三、目的微生物的挑選 22
四、目的生物材料篩選的研究進(jìn)展 22
第三節(jié) 傳統(tǒng)工業(yè)菌種育種技術(shù) 23
一、自然選育原理和步驟 23
二、誘變育種 24
三、定向進(jìn)化 28
第四節(jié) 菌種高通量篩選技術(shù) 29
一、概述 29
二、高通量篩選的目標(biāo)與基本原理 30
三、菌種高通量篩選技術(shù)與裝備 30
四、高通量篩選技術(shù)的應(yīng)用舉例 34
第三章 發(fā)酵培養(yǎng)基 36
第一節(jié) 發(fā)酵培養(yǎng)基分類 37
一、按純度分類 37
二、按狀態(tài)分類 38
三、按用途分類 38
第二節(jié) 發(fā)酵培養(yǎng)基的組成及來源 39
一、碳源 40
二、氮源 41
三、無機(jī)鹽及微量元素 43
四、水 45
五、生長因子、前體、產(chǎn)物促進(jìn)劑 46
第三節(jié) 培養(yǎng)基的設(shè)計(jì) 47
一、發(fā)酵培養(yǎng)基設(shè)計(jì)原則 47
二、培養(yǎng)基成分和配比的選擇 48
第四節(jié) 發(fā)酵培養(yǎng)基的優(yōu)化 51
一、發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化的原理 51
二、發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化的方法 51
三、發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化的策略 56
第五節(jié) 影響培養(yǎng)基質(zhì)量的因素 57
一、原料及設(shè)備的預(yù)處理 57
二、原料的質(zhì)量 57
三、微生物的營養(yǎng)精細(xì)調(diào)控方式與過程轉(zhuǎn)化率 58
第四章 無菌系統(tǒng) 60
第一節(jié) 滅菌的方法和基本原理 61
一、化學(xué)滅菌 61
二、射線滅菌 63
三、干熱滅菌 63
四、濕熱滅菌 64
五、過濾除菌 64
第二節(jié) 培養(yǎng)基的滅菌 64
一、培養(yǎng)基濕熱滅菌技術(shù) 64
二、培養(yǎng)基過濾除菌技術(shù) 68
三、培養(yǎng)基滅菌工程設(shè)計(jì) 68
四、影響培養(yǎng)基滅菌的因素 70
第三節(jié) 發(fā)酵設(shè)備的清洗與滅菌 71
一、發(fā)酵設(shè)備的清洗 71
二、發(fā)酵設(shè)備的滅菌 73
第四節(jié) 空氣除菌 74
一、無菌空氣制備的方法 74
二、介質(zhì)過濾制備無菌空氣的工藝 77
第五節(jié) 無菌檢查技術(shù) 80
一、發(fā)酵工業(yè)污染的危害 80
二、發(fā)酵工業(yè)污染的防治策略 81
三、發(fā)酵工業(yè)的無菌檢查方法 82
第五章 種子制備 84
第一節(jié) 種子制備原理與技術(shù) 85
一、優(yōu)良種子應(yīng)具備的條件 85
二、種子擴(kuò)大培養(yǎng)的目的 85
三、種子制備常用技術(shù) 85
第二節(jié) 種子制備過程 86
一、實(shí)驗(yàn)室種子制備 86
二、生產(chǎn)車間種子制備 88
第三節(jié) 影響種子質(zhì)量的因素與控制 90
一、種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 90
二、種子質(zhì)量的影響因素及其控制 91
第六章 發(fā)酵動(dòng)力學(xué) 94
第一節(jié) 概論 95
一、發(fā)酵動(dòng)力學(xué)的研究目的 95
二、發(fā)酵動(dòng)力學(xué)的研究內(nèi)容 95
三、發(fā)酵動(dòng)力學(xué)的研究方法 95
第二節(jié) 發(fā)酵動(dòng)力學(xué)的參數(shù)與表征 96
一、菌體細(xì)胞生長速率與比生長速率 96
二、基質(zhì)的消耗速率與比消耗速率 96
三、維持的消耗速率與比消耗速率 97
四、基質(zhì)消耗速率與菌體細(xì)胞生長速率的關(guān)系及基質(zhì)比消耗速率與菌體細(xì)胞比生長速率的關(guān)系 97
五、產(chǎn)物的生成速率與比生成速率 98
六、生長得率與產(chǎn)物得率 98
第三節(jié) 微生物菌體生長與基質(zhì)消耗及產(chǎn)物合成動(dòng)力學(xué) 99
一、微生物生長動(dòng)力學(xué) 100
二、微生物生長與單一基質(zhì)消耗動(dòng)力學(xué) 102
三、微生物生長的其他基質(zhì)消耗動(dòng)力學(xué) 103
四、微生物生長、基質(zhì)消耗與產(chǎn)物合成動(dòng)力學(xué) 105
第四節(jié) 發(fā)酵過程模擬與優(yōu)化 106
一、分批發(fā)酵的生產(chǎn)率 106
二、連續(xù)發(fā)酵動(dòng)力學(xué) 107
三、補(bǔ)料分批培養(yǎng)發(fā)酵動(dòng)力學(xué) 112
四、發(fā)酵過程模擬與優(yōu)化 114
第七章 發(fā)酵過程氧傳質(zhì)變化規(guī)律 117
第一節(jié) 工業(yè)發(fā)酵過程中氧的需求 118
一、供氧與微生物呼吸的關(guān)系 118
二、微生物的耗氧特征 118
三、影響發(fā)酵液中溶解氧的因素 119
第二節(jié) 氧在發(fā)酵液中的傳遞 120
一、氧的傳遞途徑與傳遞阻力 120
二、氧的傳遞速率方程式 121
第三節(jié) 發(fā)酵液的流變學(xué) 123
一、發(fā)酵液的流變學(xué)參數(shù) 123
二、發(fā)酵液的流變學(xué)與發(fā)酵過程控制的關(guān)系 124
第四節(jié) 發(fā)酵體系中氧的供需動(dòng)態(tài)關(guān)系 124
第五節(jié) 影響供氧的因素 126
一、影響供氧的因素概述 126
二、影響氧傳遞推動(dòng)力的因素 126
三、影響KLa的因素 127
第六節(jié) KLa的測定方法 129
一、亞硫酸鹽氧化法 130
二、取樣極譜法 130
三、物料衡算法 131
四、動(dòng)態(tài)法 131
五、排氣法 132
第八章 發(fā)酵過程多參數(shù)采集技術(shù)與應(yīng)用 134
第一節(jié) 發(fā)酵過程多參數(shù)檢測的重要性 134
一、操作變量及其優(yōu)化的局限性 134
二、狀態(tài)變量 135
三、發(fā)酵過程參數(shù)檢測與控制概述 137
四、生物技術(shù)發(fā)展與發(fā)酵過程優(yōu)化 140
五、生物過程的多尺度研究方法的提出與原理 141
第二節(jié) 發(fā)酵過程參數(shù)檢測與數(shù)據(jù)化 142
一、常規(guī)發(fā)酵過程檢測技術(shù)與應(yīng)用 142
二、先進(jìn)發(fā)酵過程檢測技術(shù)與應(yīng)用 144
三、發(fā)酵過程數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型的可視化集成 154
第九章 發(fā)酵工藝優(yōu)化與控制 157
第一節(jié) 培養(yǎng)基的影響、優(yōu)化與控制 158
一、碳源的影響、優(yōu)化與控制 158
二、氮源的影響、優(yōu)化與控制 160
三、無機(jī)鹽和微量元素的影響、優(yōu)化與控制 160
第二節(jié) 溫度的影響及其控制 161
一、溫度的影響 161
二、發(fā)酵過程中引起溫度變化的因素 164
三、溫度的控制 165
第三節(jié) pH的影響及其控制 166
一、pH對發(fā)酵的影響 166
二、pH的變化 167
三、發(fā)酵pH的確定和控制 168
第四節(jié) 補(bǔ)料作用及其控制 168
一、分批發(fā)酵、流加發(fā)酵與補(bǔ)料分批培養(yǎng) 168
二、發(fā)酵過程中碳氮磷的變化與控制 169
三、發(fā)酵過程補(bǔ)料的意義和原則 171
第五節(jié) 泡沫的影響及其控制 172
一、泡沫的形成及其對發(fā)酵的影響 172
二、消泡劑 174
第六節(jié) 發(fā)酵終點(diǎn)的判斷 178
一、發(fā)酵過程的優(yōu)化主要指標(biāo) 178
二、發(fā)酵終止時(shí)間的確定 178
第十章 流場特性與生理特性相結(jié)合的發(fā)酵 180
第一節(jié) 概論 180
第二節(jié) 發(fā)酵罐放大設(shè)計(jì)目標(biāo)及依據(jù) 181
一、發(fā)酵罐放大設(shè)計(jì)目標(biāo) 181
二、發(fā)酵罐放大設(shè)計(jì)的主要依據(jù) 182
第三節(jié) 攪拌生物反應(yīng)器內(nèi)的流場特性 182
一、攪拌生物反應(yīng)器內(nèi)流場的基本特點(diǎn) 182
二、攪拌生物反應(yīng)器內(nèi)流場的測定技術(shù) 185
三、攪拌生物反應(yīng)器內(nèi)流場的計(jì)算流體力學(xué)模擬 188
第四節(jié) 生理特性與流場特性指導(dǎo)的發(fā)酵優(yōu)化與放大 192
一、定量剪切率評(píng)估與生理代謝參數(shù)結(jié)合的工藝優(yōu)化控制 192
二、160m3頭孢菌素C發(fā)酵罐優(yōu)化 195
三、維生素B12工業(yè)發(fā)酵過程發(fā)酵罐工藝優(yōu)化 198
第十一章 發(fā)酵工程裝備技術(shù) 201
第一節(jié) 代謝多參數(shù)分析的發(fā)酵研究裝置 201
第二節(jié) 用于研究的試驗(yàn)裝置 203
一、實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐裝置 203
二、中試與生產(chǎn)規(guī)模裝置及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研制 203
三、傳感器與測量系統(tǒng) 204
四、質(zhì)量流量計(jì)和控制 205
五、罐壓測量 206
六、補(bǔ)料測量與控制系統(tǒng) 206
七、發(fā)酵液全罐稱量技術(shù)研究 207
八、尾氣分析系統(tǒng) 207
第三節(jié) 數(shù)據(jù)采集與分析 208
一、過程控制軟件 208
二、數(shù)據(jù)分析軟件 209
三、應(yīng)用 209
第四節(jié) 恒化器裝置及原理 211
一、基本原理 211
二、基本系統(tǒng)組成 212
三、恒化系統(tǒng)操作與應(yīng)用 214
第十二章 氨基酸和有機(jī)酸發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù) 217
第一節(jié) 氨基酸生產(chǎn)工藝 217
一、概況 217
二、谷氨酸發(fā)酵 219
第二節(jié) 有機(jī)酸生產(chǎn)工藝 222
一、有機(jī)酸合成的代謝調(diào)控與育種 222
二、有機(jī)酸發(fā)酵的工藝控制 223
第十三章 維生素發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù) 238
第一節(jié) 維生素的分類和生產(chǎn)方法 238
一、維生素的特性和生化功能 239
二、維生素的生產(chǎn)方法 240
第二節(jié) 維生素C發(fā)酵技術(shù) 241
一、維生素C的合成方法 241
二、二步發(fā)酵菌種及發(fā)酵工藝 245
三、生物合成法生產(chǎn)維生素的前景 246
第三節(jié) 維生素B12生產(chǎn)工藝 247
一、維生素B12的結(jié)構(gòu)與功能 247
二、維生素B12的生物合成途徑 248
三、維生素B12的生產(chǎn)和發(fā)酵代謝調(diào)控過程研究進(jìn)展 250
第十四章 酶的發(fā)酵技術(shù) 256
第一節(jié) 淀粉酶發(fā)酵 257
一、淀粉酶生產(chǎn)菌種 258
二、淀粉的糖化流程 258
三、淀粉酶發(fā)酵過程與調(diào)控 259
四、硅藻土過濾 259
五、膜分離濃縮 259
六、質(zhì)量檢測與防腐 260
第二節(jié) 纖維素酶發(fā)酵 260
一、纖維素酶生產(chǎn)菌種 260
二、發(fā)酵培養(yǎng)基配方與誘導(dǎo)物 261
三、纖維素酶發(fā)酵過程 261
四、液體酶制劑的后處理工藝 262
五、質(zhì)量檢測與保藏 263
第三節(jié) 青霉素�；赴l(fā)酵 264
一、青霉素酰化酶基因工程菌構(gòu)建 264
二、發(fā)酵培養(yǎng)基配方、發(fā)酵過程與調(diào)控 265
三、青霉素�；腹潭ɑ� 265
四、液體酶制劑的后處理工藝 266
第四節(jié) 木聚糖酶發(fā)酵 266
一、木聚糖酶生產(chǎn)菌種 267
二、發(fā)酵培養(yǎng)基配方 268
三、黑曲霉固態(tài)發(fā)酵木聚糖酶工藝 269
四、質(zhì)量檢測與評(píng)價(jià) 269
第十五章 醬油和食醋發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù) 273
第一節(jié) 醬油 274
一、醬油及其起源 274
二、醬油的分類 274
三、醬油發(fā)酵菌種 275
四、醬油生產(chǎn)原料及處理 277
第二節(jié) 醬油發(fā)酵 278
一、醬油發(fā)酵過程 278
二、醬油檢測與評(píng)價(jià) 280
第三節(jié) 食醋 281
一、食醋的歷史與分類 281
二、食醋釀造微生物 283
第四節(jié) 食醋生產(chǎn)工藝 285
一、食醋生產(chǎn)工藝分類 285
二、食醋生產(chǎn)工藝流程 286
三、食醋生產(chǎn)關(guān)鍵工藝 287
第十六章 發(fā)酵工業(yè)清潔生產(chǎn) 293
第一節(jié) 清潔生產(chǎn)概述 293
第二節(jié) 清潔生產(chǎn)的特點(diǎn)和現(xiàn)狀 294
一、清潔生產(chǎn)的特點(diǎn) 294
二、清潔生產(chǎn)的現(xiàn)狀 295
第三節(jié) 發(fā)酵工業(yè)清潔生產(chǎn)實(shí)例 295
一、發(fā)酵工廠的清潔生產(chǎn) 295
二、末端治理技術(shù) 299
第四節(jié) 生物安全與管理 300
一、生物安全概念 300
二、生物安全類型 300
三、生物安全管理 301
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