发酵工程原理与技术 (陈坚)(第二版)

本书是“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材的修订，曾获首届国家教材奖二等奖。修订版教材共分为八章，第一章主要介绍了发酵工程的类型、特点、关键技术、现状以及发展趋势。第二章主要阐述了诱变育种技术、微生物生理学、基因工程与代谢工程以及系统生物学与合成生物学在工业微生物菌种选育方面的应用。第三、四章分别介绍了发酵培养基的制备原理与技术以及无菌空气的制备工艺及设备。第五章介绍了培养条件对发酵过程的影响、发酵动力学以及发酵罐设备。第六章介绍了常见的发酵过程优化技术，包括微生物培养环境优化、基于动力学模型的优化、分阶段优化技术、基因工程菌的优化等，并在此基础上介绍了发酵过程的一般放大原理和方法。第七章阐明了发酵过程检测与控制、发酵染菌及其防治技术以及发酵过程计算机接口技术在发酵工程中的应用。第八章主要阐述了发酵下游加工过程中发酵液预处理及发酵产物提取与精制的原理和技术。 本书可作为综合性大学和理工类院校生物工程专业及相关专业的本科生和研究生的教材，可供从事发酵工程、生物化工和生化工程等相关领域的科研人员和教学工作者参考。

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第一章　绪论001 第一节　发酵工程概述001 一、发酵工程的定义001 二、发酵工程发展史及相关学科001 第二节　发酵工程类型与发酵过程特点004 一、发酵工程类型004 二、发酵过程特点005 第三节　发酵工艺过程和关键技术005 一、发酵工艺过程005 二、发酵工程关键技术006 第四节　发酵工业产品和现状007 一、发酵工业产品007 二、发酵工业现状007 第五节　发酵工程发展趋势009 一、技术领域的扩展趋势010 二、应用领域的扩展趋势012 第二章　微生物菌种制备原理与技术015 第一节　发酵工业微生物菌种015 一、概述015 二、发酵工业常用微生物种类015 三、发酵工业微生物的基本要求018 四、菌种的制备原理与方法019 五、适应性进化020 六、菌种的保藏021 第二节　发酵微生物生理学022 一、概述022 二、微生物的遗传与繁殖023 三、底物的吸收与转运024 四、微生物的代谢与调控025 五、底物、中间产物、终产物与其他胁迫条件下的响应和耐受027 第三节　微生物诱变育种028 一、概述028 二、诱变技术030 三、诱变育种的筛选策略033 四、代谢控制育种034 五、高通量筛选技术035 第四节　微生物原生质体育种与基因组改组育种036 一、概述036 二、微生物原生质体再生育种036 三、微生物原生质体诱变育种039 四、微生物原生质体转化育种039 五、微生物原生质体融合育种040 六、基因组改组育种042 第五节　发酵微生物的基因工程与代谢工程育种043 一、概述043 二、发酵微生物的基因工程育种043 三、代谢工程育种046 四、基因工程菌的发酵特性048 五、基因工程菌的安全性049 第六节　工业微生物的系统生物学与合成生物学050 一、概述050 二、组学技术及其在发酵工程中的应用050 三、系统生物学技术和基于系统生物学的菌种改造053 四、合成生物学及其在发酵工程中的应用054 第三章　发酵培养基的制备与灭菌057 第一节　发酵工业原料057 一、发酵工业原料的种类及其组成057 二、发酵工业原料的选择原则064 三、生物合成的前体物质、抑制剂、促进剂064 四、原料预处理的目的065 五、原料预处理的方法066 第二节　发酵培养基的设计068 一、发酵培养基设计的目的068 二、发酵培养基设计的基本原则069 三、发酵培养基设计的方法070 四、发酵培养基的优化071 第三节　淀粉质原料的加工方法与设备071 一、淀粉水解的理论基础071 二、淀粉的液化方法与设备072 三、淀粉的糖化方法与设备073 四、不同发酵产品对淀粉质原料处理的要求074 第四节　纤维质原料的加工方法076 一、酸水解076 二、酶水解078 第五节　培养基及设备的灭菌079 一、培养基灭菌的目的、要求和方法079 二、湿热灭菌的理论基础082 三、培养基灭菌的工程设计083 第四章　无菌空气的制备087 第一节　无菌空气制备的概述087 一、空气和无菌空气087 二、空气除菌的方法088 第二节　空气介质过滤除菌的原理089 一、捕集效率089 二、空气过滤器除菌机制091 三、对数穿透定律093 四、微滤094 第三节　介质过滤制备无菌空气的工艺和过滤器094 一、介质过滤制备无菌空气的工艺流程094 二、介质过滤的空气过滤器096 第五章　培养条件、操作方式与发酵罐设计101 第一节　培养条件对发酵过程的影响101 一、培养基101 二、温度105 三、pH 108 四、供氧对发酵过程的影响110 五、代谢产物及其他112 第二节　发酵动力学117 一、发酵过程动力学分类117 二、发酵过程中的质量和能量平衡124 三、发酵过程动力学130 第三节　发酵罐设备144 一、反应器的分类145 二、反应器的设计目标和原则146 三、机械搅拌通风发酵罐150 四、气升式发酵罐158 五、固态发酵罐160 第四节　人工智能时代高通量发酵与数据处理161 一、发酵过程先进传感技术的探索与开发161 二、全自动高通量微型反应器162 三、发酵过程数据特征及可视化技术163 四、智能化技术在发酵过程优化与放大中的应用164 第六章　发酵过程优化与放大167 第一节　概述167 一、发酵过程优化的基本特征167 二、发酵过程优化的主要内容及步骤168 第二节　微生物培养环境的优化170 一、微生物的营养需求170 二、微生物的环境条件175 三、培养环境优化的正交试验和响应面优化技术177 第三节　基于发酵过程动力学模型的优化技术184 一、基于动力学模型的发酵过程优化的基本特征184 二、基于动力学模型的发酵过程优化的一般步骤184 第四节　分阶段发酵优化技术184 一、分阶段优化技术的一般原理与步骤184 二、温度两阶段控制技术185 三、pH 两阶段控制技术187 四、溶氧两阶段控制技术190 第五节　基因工程菌的发酵优化191 一、基因工程菌发酵过程存在的问题192 二、基因工程菌发酵过程优化研究193 三、高密度培养技术在基因工程菌发酵过程优化中的应用195 四、先进传感技术在基因工程菌发酵过程优化中的应用197 第六节　发酵过程放大197 一、发酵过程放大原理、原则与步骤198 二、发酵过程放大方法199 三、基于计算流体力学的发酵过程放大技术201 第七章　发酵过程监测与控制215 第一节　概述215 一、发酵过程控制特性215 二、发酵过程主要检测参数216 三、发酵过程常用传感器217 第二节　发酵过程主要状态参数的监测与控制217 一、发酵过程中温度的检测与控制217 二、发酵过程中pH 的检测与控制220 三、发酵过程中溶氧的检测与控制224 四、发酵过程中泡沫的产生和消除227 五、发酵过程中CO2 的浓度和呼吸商的检测228 六、发酵过程中细胞浓度、产物浓度和底物浓度的检测230 第三节　发酵过程先进的控制技术234 一、基于人工神经网络的发酵过程模式识别与控制234 二、基于代谢网络模型的发酵过程在线控制240 第四节　发酵染菌及其防治技术243 一、染菌对发酵的影响243 二、发酵染菌的分析244 三、杂菌污染的途径和防治246 四、故障诊断技术248 第五节　发酵过程的计算机接口技术255 一、发酵过程的计算机控制原理255 二、发酵过程的计算机控制功能分析257 三、集散控制系统及接口技术257 第八章　发酵液预处理及发酵产物提取与精制279 第一节　概论279 一、下游加工过程在发酵工程中的地位279 二、发酵下游加工过程的特点279 三、分离过程的机理与分离操作280 四、发酵工业下游技术的一般工艺过程280 第二节　发酵液的预处理和固液分离282 一、发酵液的预处理目的和要求282 二、发酵液固液分离技术与设备284 三、微生物细胞的破碎291 第三节　沉淀技术296 一、沉淀的原理与目的296 二、沉淀方法种类及要求297 三、沉淀技术应用302 第四节　吸附技术303 一、吸附法的原理与目的303 二、吸附法的优缺点304 三、吸附剂的基本要求和种类304 四、吸附基本理论及影响吸附过程的因素306 第五节　色谱技术308 一、概述308 二、色谱法基本原理309 第六节　膜分离技术314 一、膜分离方法的分类314 二、表征膜性能的参数316 三、膜分离设备318 四、膜分离过程的操作特性和影响因素321 五、膜分离过程在发酵工业中的应用322 参考文献324