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1 绪论1

1.1 生物工艺学及其研究内容1

1.1.1 生物工艺学定义1

1.1.2 生物技术与相关学科的关系1

1.1.3 生物工艺学的特点1

1.1.4 生物反应的一般过程2

1.1.5 生物工艺学的研究内容3

1.2 生物技术发展简史4

1.2.1 传统经验制造技术—天然发酵阶段4

1.2.2 纯种培养技术的成功—初级代谢产物生产阶段4

1.2.3 搅拌技术的成熟—好氧培养阶段4

1.2.4 基因重组技术的成熟—现代生物技术阶段5

1.3 生物技术应用5

1.3.1 农业5

1.3.2 食品工业6

1.3.3 医药工业6

1.3.4 化学冶金工业6

1.3.5 能源工业7

1.3.6 环境保护7

2 工业微生物菌种选育、制备与保藏8

2.1 工业生产常用微生物菌种及特性8

2.1.1 细菌8

2.1.2 放线菌9

2.1.3 酵母菌10

2.1.4 霉菌11

2.2 工业微生物菌种选育13

2.2.1 自然育种13

2.2.2 诱变育种15

2.2.3 杂交育种17

2.2.4 基因工程育种20

2.3 工业微生物菌种制备23

2.3.1 优良种子应具备的条件24

2.3.2 种子制备的过程24

2.3.3 种子质量的控制25

2.4 工业微生物菌种复壮与保藏29

2.4.1 工业微生物菌种复壮29

2.4.2 工业微生物菌种保藏30

3 工业培养基及其设计32

3.1 工业培养基的基本要求32

3.2 工业培养基的成分及来源32

3.2.1 碳源32

3.2.2 能源33

3.2.3 氮源33

3.2.4 无机盐及微量元素33

3.2.5 生长调节物质34

3.2.6 水35

3.3 培养基类型35

3.3.1 制备培养基的基本原则35

3.3.2 培养基的种类及其应用37

3.4 培养基的设计原理与优化方法40

3.4.1 培养基的设计原理40

3.4.2 培养基的优化方法42

4 生物工艺过程中的无菌技术44

4.1 生物反应过程中无菌的要求44

4.2 工业常用无菌技术44

4.2.1 干热灭菌44

4.2.2 湿热灭菌44

4.2.3 射线灭菌45

4.2.4 化学药剂灭菌45

4.2.5 过滤除菌45

4.3 培养基灭菌45

4.3.1 湿热灭菌原理45

4.3.2 分批灭菌49

4.3.3 连续灭菌52

4.4 空气除菌54

4.4.1 空气除菌方法54

4.4.2 空气除菌流程55

4.5 设备及管道灭菌58

5 生物反应动力学59

5.1 生物反应动力学概述59

5.1.1 菌体生长速率60

5.1.2 基质消耗速率61

5.1.3 代谢产物的生成速率62

5.2 生物反应过程的质量平衡和能量平衡64

5.2.1 质量平衡64

5.2.2 能量平衡65

5.3 微生物发酵动力学65

5.3.1 分批发酵66

5.3.2 连续发酵68

5.3.3 分批补料发酵70

6 发酵过程原理75

6.1 发酵方式75

6.1.1 分批发酵75

6.1.2 连续发酵77

6.1.3 分批补料发酵78

6.1.4 细胞的高密度发酵78

6.2 发酵过程的影响因素80

6.2.1 种子质量80

6.2.2 培养基81

6.2.3 灭菌情况82

6.2.4 温度83

6.2.5 pH85

6.2.6 氧的供给89

6.2.7 二氧化碳和呼吸商97

6.2.8 基质浓度、补料对发酵的影响99

6.2.9 泡沫的形成及其对发酵的影响101

6.3 杂菌及噬菌体感染104

6.3.1 杂菌感染对发酵的影响及其防治104

6.3.2 噬菌体感染对发酵的影响及其防治106

6.4 发酵终点的判断106

7 生物反应器及生物工艺过程放大108

7.1 生物反应器108

7.1.1 生物反应器的分类108

7.1.2 深层液态反应器109

7.1.3 固态发酵反应器111

7.2 实验室试验研究112

7.2.1 实验室的生物反应器112

7.2.2 摇瓶试验113

7.2.3 实验室研究和试验设计方法114

7.3 生物工艺过程放大115

7.3.1 实验室摇瓶与发酵罐培养的差异115

7.3.2 发酵罐规模改变的影响116

7.3.3 生物工艺过程放大的方法117

8 生物反应过程参数检测与控制120

8.1 生物反应过程参数120

8.2 生物反应过程参数检测122

8.2.1 直接状态参数检测124

8.2.2 间接状态参数检测124

8.3 生物反应过程的自动控制126

8.3.1 基本自动控制系统126

8.3.2 发酵自控系统的硬件结构129

8.3.3 先进控制理论在发酵过程控制中的应用130

9 生物产品分离及纯化技术132

9.1 概述132

9.1.1 生物分离过程的特点132

9.1.2 生物物质分离的一般步骤132

9.2 发酵液的预处理133

9.2.1 加热134

9.2.2 凝聚和絮凝134

9.2.3 调节pH135

9.2.4 加入无机盐类135

9.2.5 加入助滤剂135

9.3 生物物质固-液分离技术136

9.3.1 发酵液的过滤分离136

9.3.2 发酵液的离心分离137

9.4 微生物细胞的破碎与分离140

9.4.1 机械法140

9.4.2 非机械法141

9.5 生物物质的分离与提取141

9.5.1 沉淀法141

9.5.2 吸附法142

9.5.3 离子交换法144

9.5.4 萃取法147

9.6 生物物质纯化与精制技术154

9.6.1 色谱分离154

9.6.2 膜分离技术157

9.6.3 结晶技术160

9.6.4 生物产品的干燥162

10 生物产品工艺学及应用165

10.1 白酒生产工艺技术165

10.1.1 白酒及其分类165

10.1.2 白酒生产主要原辅料166

10.1.3 白酒生产中主要微生物167

10.1.4 白酒生产工艺168

10.1.5 白酒生产中的新技术182

10.2 啤酒生产工艺技术184

10.2.1 概述184

10.2.2 啤酒生产原辅料184

10.2.3 啤酒生产工艺186

10.2.4 啤酒生产中的新技术192

10.3 有机酸生产工艺技术193

10.3.1 柠檬酸生产工艺193

10.3.2 其他有机酸生产工艺195

10.4 抗生素生产工艺技术199

10.4.1 概述199

10.4.2 抗生素生产工艺过程202

10.5 生物质能源利用207

10.5.1 概述207

10.5.2 燃料乙醇210

10.5.3 生物柴油210

10.6 废水处理211

10.6.1 概述211

10.6.2 活性污泥法212

10.6.3 好氧生物膜法215

10.6.4 厌氧消化—甲烷发酵216

10.6.5 光合细菌处理高浓度有机废水219

参考文献220