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第三篇　生化工程原理1

25　生物反应器及其操作特性3

25.1　概述3

25.1.1　基本功能与配置3

25.1.2　反应器类型与操作方式5

25.2　生物反应器设计原理与目标6

25.2.1　生物反应器的设计目标6

25.2.2　基本设计方程7

25.3　生物反应器的流动与混合模型8

25.3.1　理想生物反应器8

25.3.2　流动与混合特性11

参考文献14

26　培养基灭菌与空气除菌15

26.1　过滤法培养基灭菌15

26.1.1　过滤除菌的原理15

26.1.2　微滤膜的选择与使用15

26.2　加热法灭菌16

26.2.1　分批灭菌17

26.2.2　连续灭菌19

26.3　空气过滤除菌21

26.3.1　空气过滤除菌的方法与介质21

26.3.2　空气过滤的流程22

参考文献24

27　氧的传递与混合25

27.1　氧的传递25

27.1.1　气-液相间氧的传递25

27.1.2　液-固相间氧的传递26

27.1.3　细胞团内氧的传递27

27.1.4　影响氧传递的因素27

27.1.5　改善供氧条件的新措施29

27.1.6　体积氧传质系数KLα的测定30

27.2　流体混合特性32

27.2.1　流体混合的分类32

27.2.2　生物反应器中混合时间的测定33

27.2.3　微观混合特性的描述33

27.2.4　微观混合对反应结果的影响35

参考文献37

28　培养液的流变特性38

28.1　牛顿型流体与非牛顿型流体38

28.2　影响流变特性的因素40

28.3　培养液流变特性的监测41

参考文献45

29　生物反应动力学46

29.1　微生物生长动力学46

29.1.1　生长速率46

29.1.2　生长的非结构模型47

29.1.3　基质消耗动力学47

29.1.4　代谢产物的生成动力学49

29.2　酶促反应动力学50

29.2.1　单底物酶促反应动力学50

29.2.2　多底物酶促反应动力学51

29.2.3　酶的失活动力学51

29.3　分批发酵动力学52

29.3.1　反应速率的定义52

29.3.2　生长动力学53

29.4　连续培养动力学56

29.4.1　单级连续培养57

29.4.2　细胞回流时的单级连续培养58

29.4.3　多级连续培养60

参考文献61

30　培养装置62

30.1　微生物反应器62

30.1.1　高性能生物反应器62

30.1.2　机械搅拌反应器与通用式发酵罐62

30.1.3　塔式反应器65

30.1.4　环流反应器66

30.1.5　反应器设计与分析67

30.2　动物细胞培养反应器70

30.2.1　机械搅拌反应器及其改进型70

30.2.2　气升式反应器71

30.2.3　中空纤维或陶瓷基质反应器72

30.2.4　流化床反应器与固定床反应器73

30.3　植物细胞与组织培养反应器73

30.3.1　植物细胞培养反应器73

30.3.2　植物组织培养反应器74

30.4　光照培养反应器74

参考文献76

31　微生物过程放大77

31.1　微生物过程放大原理77

31.1.1　微生物过程的多尺度特性77

31.1.2　放大原理与主要方法78

31.2　基于过程机理分析的放大研究81

31.2.1　时间常数法及其过程机理分析81

31.2.2　缩小-放大法及其应用83

31.3　微生物反应器的放大设计84

31.3.1　放大准则84

31.3.2　计算方法84

参考文献87

32　生物能的开发利用89

32.1　由微生物过程产生的能89

32.1.1　生物质发酵生产乙醇90

32.1.2　微生物制氢气93

32.1.3　生物制甲烷93

32.2　生物电化学原电池-生物电能94

32.2.1　燃料电池94

32.2.2　生物燃料电池95

32.3　纤维素的消化96

32.3.1　真菌和细菌对木质纤维素的降解96

32.4　沼气的开发利用98

32.4.1　沼气的产生过程98

32.4.2　沼气发酵工艺的技术要点100

32.4.3　沼气发酵的发展趋势101

参考文献101

33　生化过程的参数检测与数据处理103

33.1　生化反应过程的参数检测103

33.1.1　直接参数检测104

33.2　生化过程的间接参数检测与数据处理113

33.3　生化反应过程中的计算机控制117

33.3.1　生物反应器计算机控制系统简介117

33.3.2　生化反应过程的参数相关特性118

参考文献120

第四篇　实际生产技术范例研究123

34　氨基酸125

34.1　概述125

34.2　氨基酸发酵机理和氨基酸产生菌选育127

34.2.1　微生物发酵法生产氨基酸的历史和发展趋势127

34.2.2　发酵法生产氨基酸的微生物127

34.2.3　氨基酸发酵机理和菌种选育128

34.3　谷氨酸的生产工艺128

34.3.1 L-谷氨酸发酵生产的工艺流程133

34.3.2 L-谷氨酸发酵的原料预处理133

34.3.3 L-谷氨酸发酵培养基的配制134

34.3.4 L-谷氨酸发酵生产的工艺条件及其控制134

34.3.5 L-谷氨酸的分离、提取和味精制造135

34.4　赖氨酸的生产工艺135

34.4.1　种子的扩大培养135

34.4.2　发酵培养基136

34.4.3　赖氨酸发酵工艺条件136

34.4.4　赖氨酸的提取和精制137

参考文献139

35　核苷酸与相关的化合物140

35.1　概述140

35.2　与核苷酸相关的药品140

35.3　作为调味品的IMP与GMP140

35.4　核苷与有关化合物的发酵生产141

35.4.1　肌苷141

35.4.2　鸟苷142

35.4.3　腺苷143

35.5　嘌呤核苷发酵工艺的研究144

参考文献145

36　胞外多糖147

36.1　概述147

36.2　多糖产生菌的分离147

36.3　多糖的生产148

36.3.1　黄原胶148

36.3.2　结冷胶148

36.3.3　乳酸菌胞外多糖150

36.3.4　硬葡聚糖151

36.4　多糖的用途152

参考文献153

37　生物表面活性剂154

37.1　概述154

37.2　生物表面活性剂的分类155

37.3　生物表面活性剂的生产155

37.3.1　从动植物材料中分离提取155

37 3.2　微生物发酵法155

37.4　生物表面活性剂的分离提取157

37.5　生物表面活性剂的应用158

37.5.1　石油工业158

37.5.2　环境工程领域159

37.5.3　医药工业领域159

37.5.4　食品工业领域160

参考文献160

38　发酵法生产乙醇162

38.1　概述162

38.2　酵母发酵162

38.2.1　优良的酵母菌株应具有的特征162

38.2.2　酵母生产乙醇的机理162

38.2.3　乙醇生产中常用酵母菌及其特征163

38.3　细菌发酵164

38.3.1　用于乙醇发酵的细菌种类164

38.3.2　运动发酵单胞菌乙醇发酵机理165

38.3.3　运动发酵单胞菌与酵母菌发酵乙醇的过程对比165

38.4　固定化细胞系统165

38.4.1　固定化细胞生产乙醇的机理及方法165

38.4.2　固定化细胞乙醇发酵工艺过程166

38.4.3　固定化细胞乙醇发酵的优点166

38.5　工业乙醇生产用基质167

38.5.1　原料167

38.5.2　水168

38.5.3　辅助原料169

38.6　乙醇的工业生产过程169

38.6.1　发酵法生产乙醇的工艺流程169

38.6.2　以淀粉质为原料的乙醇工业生产过程170

38.7　乙醇发酵过程中的副产物172

38.8　经济与能源方面的考虑172

38.8.1　优良菌种的选育172

38.8.2　无蒸煮工艺的开发173

38.8.3　消除代谢产物对发酵过程的抑制173

参考文献174

39　有机酸176

39.1　柠檬酸176

39.1.1　概述176

39.1.2　柠檬酸的生物合成与调节177

39.1.3　柠檬酸发酵的生产菌种179

39.1.4　柠檬酸的发酵生产181

39.1.5　柠檬酸的提取工艺183

39.2　乳酸184

39.2.1　概述184

39.2.2　乳酸发酵机理及发酵工艺186

39.2.3　乳酸的提取工艺191

参考文献192

40　抗生素193

40.1　抗生素产生菌的来源193

40.1.1　抗生素的分类193

40.1.2　抗生素产生菌的获得193

40.1.3　微生物选择性分离的原理195

40.1.4　抗生素产生菌与药理活性化合物的筛选196

40.1.5　筛选动向197

40.2　抗生素的作用机制198

40.3　抗生素的耐药性198

40.4　抗生素的生产工艺199

40.4.1　生产工艺概况199

40.4.2　生产菌种的改进200

40.4.3　发酵过程要点202

40.5　头孢菌素C的代谢调控与放大研究203

参考文献204

41　维生素及相关化合物205

41.1　维生素C205

41.1.1　性质和用途205

41.1.2　生产方法205

41.1.3　展望206

41.2　维生素E207

41.2.1　性质及用途207

41.2.2　合成维生素E的生产现状207

41.2.3　天然维生素E的生产207

41.3　β-胡萝卜素209

41.3.1　性质与用途209

41.3.2　生产方法210

41.4　虾青素211

41.4.1　虾青素的结构与性质211

41.4.2　虾青素的生理功能和应用212

41.4.3　虾青素的生产213

41.4.4　虾青素的生物合成途径和基因工程菌的构建214

41.4.5　展望214

41.5　辅酶Q10214

41.5.1　结构及性质214

41.5.2　功能及应用215

41.5.3　生产现状215

参考文献216

42　微生物酶制剂217

42.1　微生物酶制剂的生物合成及调节217

42.1.1　微生物酶的生物合成217

42.1.2　酶蛋白生物合成的调节218

42.1.3　微生物的生长与产酶218

42.2　微生物酶制剂生产菌种及选育218

42.2.1　产酶微生物的筛选218

42.2.2　微生物酶制剂生产菌种的特性219

42.2.3　酶制剂生产菌种的选育219

42.2.4　酶制剂生产的常用微生物220

42.3　微生物酶的生产221

42.3.1　高产菌株的选育221

42.3.2　微生物酶制剂生产的发酵技术221

42.3.3　微生物酶制剂的提取222

42.3.4　酶的纯化222

42.3.5　酶工业化生产实例223

43　生物催化与生物转化227

43.1　概述227

43.2　生物转化中的关键技术227

43.2.1　高产菌株的选育228

43.2.2　固定化细胞转化技术229

43.2.3　双水相转化技术230

43.2.4　有机介质中的微生物转化230

43.2.5　生物反应器的应用231

43.2.6　核磁共振、质谱技术在微生物转化中的应用231

43.3　生物转化技术的应用231

43.3.1　微生物转化在甾体药物生产中的应用231

43.3.2　微生物转化在氨基酸生产中的应用233

43.3.3　微生物转化在高分子中的应用234

43.3.4　非水相酶催化技术在化工生产中的应用235

44　基因工程菌高密度培养技术238

44.1　重组大肠杆菌高密度培养策略238

44.1.1　大肠杆菌表达系统常用表达载体238

44.1.2　表达宿主菌240

44.1.3　培养基241

44.1.4　培养条件控制242

44.1.5　高密度培养减小副产物形成策略243

44.1.6　高密度培养策略244

44.2　重组毕赤酵母高密度培养技术245

44.2.1　毕赤酵母的生物学特性245

44.2.2　巴斯德毕赤酵母表达系统246

44.2.3　毕赤酵母表达系统对外源蛋白表达的影响248

44.2.4　外源蛋白高密度表达发酵策略249

44.2.5　毕赤酵母外源蛋白降解机理及其控制策略252

44.2.6　重组蛋白高密度表达胁迫作用254

参考文献254

45　废物生物处理技术256

45.1　废水厌氧处理过程与反应器256

45.1.1　概述256

45.1.2　废水厌氧生物处理的反应器257

45.2　废水好氧处理工艺与系统260

45.2.1　悬浮生长型好氧生物处理的典型工艺260

45.2.2　附着生长型好氧生物处理的典型工艺262

45.3　废气的生物处理265

45.3.1　概述265

45.3.2　废气生物处理的反应器265

参考文献266

46　质量保证与质量控制268

46.1　质量定义，控制，保证268

46.2　化学品、药物及其生产268

46.3　文件，条例270

参考文献271