發(fā)酵工程是現(xiàn)代生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、化工、食品和環(huán)保等領(lǐng)域應(yīng)用發(fā)展的關(guān)鍵。發(fā)酵工藝與設(shè)備是發(fā)酵工程的核心內(nèi)容，將工藝和設(shè)備結(jié)合起來講授，有利于學(xué)生能把發(fā)酵工藝?yán)碚摷霸O(shè)備操作原理作為一個完整的知識體系進(jìn)行學(xué)習(xí)。本書以發(fā)酵生產(chǎn)共性工藝技術(shù)為主線，主要介紹的內(nèi)容包括生產(chǎn)菌種的選育培養(yǎng)、滅菌與除菌工藝及設(shè)備、厭氧發(fā)酵工藝及設(shè)備、好氧發(fā)酵工藝及設(shè)備、發(fā)酵動力學(xué)、發(fā)酵過程參數(shù)檢測及控制以及發(fā)酵產(chǎn)物的分離提取。
《發(fā)酵工藝與設(shè)備》自2011年出版發(fā)行以來，被許多高等院校選作生物、醫(yī)藥、食品、化工等專業(yè)發(fā)酵工程或發(fā)酵工藝學(xué)課程教材，受到廣大師生和讀者的歡迎，多次重印。這次再版根據(jù)反饋的意見和建議進(jìn)行了全面修訂。為了使讀者對發(fā)酵工程有更加直觀的認(rèn)識，保留并修訂了谷氨酸生產(chǎn)實例（分別安排在不同章的最后一節(jié)），主要修訂情況如下。
1.在第三章新增了“谷氨酸發(fā)酵設(shè)備及培養(yǎng)基滅菌”一節(jié)。
2.將“發(fā)酵過程參數(shù)的檢測及其控制”調(diào)整為第七章，新增了“谷氨酸發(fā)酵過程的自動控制”一節(jié)。
3.將“發(fā)酵產(chǎn)物的分離提取”調(diào)整為第八章，新增了“谷氨酸發(fā)酵清潔生產(chǎn)”內(nèi)容。
在內(nèi)容編排上與第一版基本相同，以發(fā)酵生產(chǎn)共性工藝技術(shù)為主線，內(nèi)容主要包括生產(chǎn)菌種的選育培養(yǎng)、滅菌與除菌工藝及設(shè)備、厭氧發(fā)酵工藝及設(shè)備、好氧發(fā)酵工藝及設(shè)備、發(fā)酵動力學(xué)以及發(fā)酵過程參數(shù)檢測及控制，最后簡要介紹發(fā)酵產(chǎn)物的分離提取。在修訂時仍注重實用性，盡量避免了過多的理論分析及復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算，重點培養(yǎng)學(xué)生的實際應(yīng)用能力。
本書修訂工作主要由武漢輕工大學(xué)（原武漢工業(yè)學(xué)院）陶興無完成。限于作者水平，在內(nèi)容及編排方面存在的錯誤或欠妥之處，懇請批評指正。在本書編寫過程中參考了大量文獻(xiàn)，要特別感謝文獻(xiàn)的作者及支持幫助本書修訂出版的讀者和同行們。
陶興無
2015年5月于武漢
陶興無，武漢輕工大學(xué)，教授，1982年畢業(yè)于湖北工業(yè)大學(xué)工業(yè)發(fā)酵專業(yè)（本科）后留校任教，1988年畢業(yè)于江南大學(xué)發(fā)酵工程專業(yè)(碩士研究生)。1988年起在武漢市科委生物技術(shù)中心工作，2000年至今在武漢工業(yè)學(xué)院生物與制藥工程學(xué)院任生物工程專業(yè)教師。為本科生和研究生講授《生物工程設(shè)備》、《生物制藥設(shè)備》、《生物工程與工藝學(xué)》、《發(fā)酵工藝學(xué)》、《發(fā)酵代謝調(diào)控》、《發(fā)酵產(chǎn)品工藝學(xué)》、《發(fā)酵(制藥)工廠設(shè)計》和《生物工程概論》等課程。
第一章緒論1
第一節(jié)發(fā)酵技術(shù)的起源與發(fā)展1
一、古代人類的釀酒活動與傳統(tǒng)釀造工藝2
二、微生物、酶的發(fā)現(xiàn)和純培養(yǎng)發(fā)酵技術(shù)的建立3
三、現(xiàn)代發(fā)酵工程技術(shù)的形成5
四、代謝控制發(fā)酵和基因工程技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展7
第二節(jié)發(fā)酵工程的內(nèi)容及其特點8
一、發(fā)酵工程的內(nèi)容8
二、發(fā)酵生產(chǎn)的類型10
三、發(fā)酵工程的特點11
第三節(jié)發(fā)酵工程的應(yīng)用領(lǐng)域13
一、醫(yī)藥工業(yè)13
二、食品工業(yè)15
三、化學(xué)工業(yè)15
四、農(nóng)業(yè)17
五、環(huán)境保護(hù)17
六、冶金工業(yè)18
第四節(jié)發(fā)酵工程技術(shù)的發(fā)展趨勢18
一、采用基因工程技術(shù)改良菌種19
二、推廣大型節(jié)能高效的發(fā)酵裝置及計算機(jī)自動控制19
三、生物反應(yīng)和產(chǎn)物分離偶聯(lián)19
四、微生物發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用于高等動植物細(xì)胞培養(yǎng)20
五、固定化（細(xì)胞和酶）技術(shù)的應(yīng)用20
六、開發(fā)清潔生產(chǎn)工藝21
思考題22
參考文獻(xiàn)22
第二章生產(chǎn)菌種的選育培養(yǎng)23
第一節(jié)微生物的代謝及調(diào)控23
一、微生物的初級代謝與次級代謝23
二、微生物代謝的調(diào)節(jié)及控制25
第二節(jié)生產(chǎn)菌種的選育方法27
一、發(fā)酵工業(yè)中的常用微生物27
二、新菌種的分離與篩選29
三、菌種的改良及工程菌構(gòu)建33
第三節(jié)微生物代謝控制育種的措施34
一、營養(yǎng)缺陷型突變株34
二、抗反饋控制突變株36
三、其他類型突變株38
第四節(jié)菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)及保藏39
一、菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)39
二、菌種的衰退和復(fù)壯41
三、菌種的保藏44
四、國內(nèi)外主要菌種保藏機(jī)構(gòu)47
第五節(jié)發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計50
一、培養(yǎng)基的類型50
二、發(fā)酵培養(yǎng)基的組成51
三、發(fā)酵培養(yǎng)基的優(yōu)化57
第六節(jié)生產(chǎn)實例——谷氨酸生產(chǎn)菌種擴(kuò)大培養(yǎng)及發(fā)酵培養(yǎng)基設(shè)計58
一、谷氨酸生產(chǎn)菌種的來源及保藏58
二、生產(chǎn)菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)59
三、發(fā)酵培養(yǎng)基的組成60
思考題65
參考文獻(xiàn)65
第三章滅菌與除菌工藝及設(shè)備66
第一節(jié)發(fā)酵生產(chǎn)中有害微生物的控制66
一、發(fā)酵生產(chǎn)中的無菌概念66
二、有害微生物的控制方法67
第二節(jié)培養(yǎng)基滅菌69
一、濕熱滅菌的操作原理69
二、分批滅菌72
三、連續(xù)滅菌73
第三節(jié)無菌空氣制備76
一、空氣凈化除菌的方法與原理76
二、無菌空氣的制備流程78
三、空氣預(yù)處理設(shè)備81
四、空氣過濾介質(zhì)及過濾器85
第四節(jié)設(shè)備與管道的清洗與滅菌88
一、常用清洗劑及清洗方法89
二、設(shè)備及管路的滅菌92
第五節(jié)滅菌實例——谷氨酸發(fā)酵設(shè)備及培養(yǎng)基滅菌97
一、滅菌前的準(zhǔn)備工作97
二、總（分）過濾器滅菌98
三、種子罐和發(fā)酵罐空罐滅菌98
四、培養(yǎng)基實罐滅菌98
五、發(fā)酵培養(yǎng)基連續(xù)滅菌99
思考題99
參考文獻(xiàn)99
第四章厭氧發(fā)酵工藝及設(shè)備100
第一節(jié)厭氧發(fā)酵產(chǎn)物的生物合成機(jī)制100
一、糖酵解途徑概念及其特點100
二、酵母菌的酒精、甘油發(fā)酵102
三、乳酸發(fā)酵103
四、甲烷（沼氣）發(fā)酵106
第二節(jié)白酒與酒精發(fā)酵106
一、白酒固態(tài)發(fā)酵107
二、酒精發(fā)酵113
第三節(jié)啤酒發(fā)酵119
一、啤酒發(fā)酵產(chǎn)生的主要風(fēng)味物質(zhì)120
二、傳統(tǒng)啤酒發(fā)酵121
三、現(xiàn)代大罐啤酒發(fā)酵125
第四節(jié)乳酸發(fā)酵129
一、乳酸發(fā)酵工藝概述130
二、大米和薯干粉發(fā)酵工藝131
三、淀粉水解糖發(fā)酵工藝132
四、玉米粉發(fā)酵工藝134
五、蔗糖和糖蜜發(fā)酵工藝134
六、葡萄糖的L乳酸發(fā)酵工藝136
七、細(xì)菌乳酸發(fā)酵工藝小結(jié)136
八、原位產(chǎn)物分離乳酸發(fā)酵工藝簡介137
思考題139
參考文獻(xiàn)139
第五章好氧發(fā)酵工藝及設(shè)備140
第一節(jié)好氧發(fā)酵產(chǎn)物的合成機(jī)制140
一、谷氨酸發(fā)酵機(jī)制140
二、檸檬酸發(fā)酵機(jī)制145
三、其他好氧發(fā)酵產(chǎn)物的合成148
第二節(jié)發(fā)酵過程的工藝控制152
一、溶解氧對發(fā)酵的影響及其控制153
二、二氧化碳和呼吸商對發(fā)酵的影響及其控制156
三、溫度對發(fā)酵的影響及其控制158
四、pH值對發(fā)酵的影響及其控制160
五、菌體和基質(zhì)濃度對發(fā)酵的影響及補料控制163
六、發(fā)酵過程中的泡沫控制169
七、發(fā)酵終點的確定171
第三節(jié)通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備172
一 、機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐172
二、其他通風(fēng)發(fā)酵罐簡介183
第四節(jié)發(fā)酵染菌及防治185
一、染菌的檢查及原因分析186
二、染菌對不同發(fā)酵過程的影響187
三、染菌發(fā)生的不同時間對發(fā)酵的影響187
四、發(fā)酵異�，F(xiàn)象及原因分析188
五、雜菌污染的預(yù)防189
六、染菌的挽救和處理190
七、噬菌體污染及其防治190
第五節(jié)好氧發(fā)酵工藝實例——谷氨酸發(fā)酵191
一、谷氨酸生產(chǎn)菌的菌體形態(tài)特點192
二、亞適量生物素流加糖發(fā)酵工藝193
三、淀粉水解糖高生物素添加青霉素流加糖發(fā)酵工藝194
四、甘蔗糖蜜添加青霉素流加糖發(fā)酵工藝195
五、谷氨酸發(fā)酵異�，F(xiàn)象及其處理196
思考題197
參考文獻(xiàn)198
第六章發(fā)酵動力學(xué)199
第一節(jié)發(fā)酵過程的化學(xué)計量及動力學(xué)描述200
一、細(xì)胞反應(yīng)的元素衡算200
二、細(xì)胞反應(yīng)的得率系數(shù)201
三、反應(yīng)速率202
四、反應(yīng)速率與得率系數(shù)之間的關(guān)系204
五、細(xì)胞反應(yīng)系統(tǒng)的動力學(xué)描述205
第二節(jié)分批發(fā)酵206
一、菌體生長動力學(xué)206
二、基質(zhì)消耗動力學(xué)213
三、代謝產(chǎn)物生成動力學(xué)216
四、分批發(fā)酵的產(chǎn)率218
第三節(jié)連續(xù)發(fā)酵220
一、連續(xù)發(fā)酵的動力學(xué)方程221
二、連續(xù)發(fā)酵的穩(wěn)態(tài)操作條件223
三、連續(xù)發(fā)酵的產(chǎn)率225
四、連續(xù)發(fā)酵過程中的雜菌污染和菌種變異226
五、多級連續(xù)發(fā)酵228
六、連續(xù)培養(yǎng)的應(yīng)用229
第四節(jié)補料分批發(fā)酵230
一、補料分批發(fā)酵的特點230
二、流加操作的數(shù)學(xué)模型231
思考題236
參考文獻(xiàn)236
第七章發(fā)酵過程參數(shù)檢測及控制237
第一節(jié)發(fā)酵過程參數(shù)檢測概述237
一、發(fā)酵過程參數(shù)的分類237
二、發(fā)酵過程參數(shù)檢測的特點238
第二節(jié)發(fā)酵檢測控制系統(tǒng)的基本組成239
一、測定元件239
二、控制部分240
三、執(zhí)行元件242
第三節(jié)發(fā)酵過程的自動控制原理243
一、反饋控制243
二、前饋控制243
三、自適應(yīng)控制244
第四節(jié)發(fā)酵過程的計算機(jī)控制244
一、發(fā)酵過程控制的計算機(jī)系統(tǒng)245
二、發(fā)酵過程中計算機(jī)的控制方式245
第五節(jié)常用物理參數(shù)的檢測與控制246
一、溫度246
二、罐壓247
三、攪拌轉(zhuǎn)速和功率248
四、空氣和料液流量249
五、液位和泡沫251
第六節(jié)常見化學(xué)和生物參數(shù)的檢測與控制252
一、pH值及溶解CO2濃度252
二、溶氧濃度及氧化還原電位254
三、發(fā)酵罐排氣（尾氣）中O2分壓和CO2分壓257
四、細(xì)胞濃度和發(fā)酵液成分259
第七節(jié)生產(chǎn)實例——谷氨酸發(fā)酵過程的自動控制261
一、谷氨酸發(fā)酵工藝特征及其控制中存在的問題262
二、谷氨酸發(fā)酵罐的主要控制系統(tǒng)262
思考題264
參考文獻(xiàn)264
第八章發(fā)酵產(chǎn)物的分離提取265
第一節(jié)發(fā)酵產(chǎn)物分離的特點與過程設(shè)計265
一、發(fā)酵產(chǎn)物分離的特點265
二、常用的分離技術(shù)及機(jī)制266
三、發(fā)酵產(chǎn)物分離的過程選擇267
第二節(jié)細(xì)胞破碎268
一、機(jī)械法269
二、非機(jī)械法270
第三節(jié)沉淀與離心271
一、沉淀271
二、離心272
第四節(jié)過濾與膜分離277
一、過濾277
二、膜分離281
第五節(jié)萃取與色譜分離286
一、萃取286
二、色譜分離289
第六節(jié)離子交換與吸附292
一、離子交換292
二、吸附294
第七節(jié)蒸發(fā)、結(jié)晶與干燥297
一、蒸發(fā)297
二、結(jié)晶301
三、干燥304
第八節(jié)發(fā)酵產(chǎn)物的分離實例——谷氨酸提取與味精制造308
一、谷氨酸提取308
二、味精制造312
三、谷氨酸發(fā)酵清潔生產(chǎn)315
思考題318
參考文獻(xiàn)318
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