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內容簡介: |
本书共分16章,以发酵工程的工业应用为主线,以系统介绍发酵工业所必需的发酵工程理论和实践知识为特色,内容包括工业微生物菌种选育、工业发酵培养基设计、发酵工业无菌技术、种子扩大培养、发酵动力学、氧的供需、发酵生理及其过程控制、发酵罐的放大与设计、基因工程菌发酵、发酵产品的提取与精制、发酵工业的清洁生产、发酵工厂设计、发酵经济学、发酵产品生产原理与技术应用,以及发酵工程在现代生物化工中的应用等方面。本书各章既独立成章,又相互联系,内容安排强调系统基础上的相互衔接,紧扣现代发酵工程*发展潜力的领域和方向。通过本教材的学习,可使学生全面掌握发酵产品的生产原理与技术应用,熟悉现代发酵工业的发展领域和重点方向,为学生今后从事与发酵工业相关的新产品、新工艺的研究和开发打下良好的理论与技术基础。 《发酵工程原理与技术应用》是一本为大学本科生编写的教材,适用于生物技术和生物工程专业以及生物化工、生物制药工程等相关专业的高年级本科生,也可作为相关专业的研究生、教师及科研人员的参考书。
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目錄:
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1绪论1 11发酵工程的定义及其与其他相关学科 的关系1 111什么是发酵工程1 112发酵工程与其他相关学科的关系1 12发酵工程的发展史2 121发酵本质的认识过程2 122发酵工程技术的发展史3 13发酵工业的特点及其研究范畴5 131发酵工业的特点5 132发酵工业的范围6 14工业发酵的类型与工艺流程7 141工业发酵的类型7 142发酵生产工艺流程8 15发酵工程在国民经济中的应用9 151医药工业9 152食品工业9 153能源工业9 154化学工业10 155冶金工业10 156农业10 157环境保护11 16发酵工程的应用前景11 2发酵工业菌种13 21发酵工业菌种概述13 211细菌13 212放线菌13 213酵母菌14 214霉菌14 215未培养微生物14 22发酵工业菌种的分离筛选15 221样品的采集15 222样品的预处理16 223富集培养17 224菌种分离18 225菌种初筛和复筛19 23发酵工业菌种鉴定19 231经典的分类鉴定方法20 232现代分类鉴定方法20 233将菌种直接送到权威鉴定机构 鉴定22 24发酵工业菌种改良23 241菌种代谢生理与分子生物学23 242常规育种25 243细胞工程育种27 244基于代谢调节的育种技术31 245基因工程育种33 246蛋白质工程育种35 247代谢工程育种36 248组合生物合成育种37 249反向生物工程育种38 25发酵工业菌种保藏39 251菌种变异及退化机理39 252菌种保藏技术39 3发酵工业培养基设计41 31发酵工业培养基的基本要求41 32发酵工业培养基的成分及来源42 321碳源42 322氮源43 323无机盐及微量元素45 324水46 325生长调节物质47 33微生物的培养基类型48 331斜面培养基48 332种子培养基48 333发酵培养基49 34发酵培养基的设计原理与优化方法49 341发酵培养基的设计原理49 342发酵培养基的优化方法51 4发酵工业的无菌技术57 41发酵工业的无菌处理57 42发酵工业污染的防治策略57 421污染的危害57 422杂菌污染的防治59 43发酵工业的无菌技术64 44发酵培养基及设备管道灭菌65 441湿热灭菌原理65 442分批灭菌69 443连续灭菌70 444发酵培养基及设备管道灭菌 技术 71 45空气除菌72 451空气除菌方法72 452空气过滤除菌72 453空气预处理73 454空气预处理流程设计75 455空气过滤介质76 456提高过滤除菌效率的措施76 5发酵工业的种子制备78 51种子制备原理与技术78 511优良种子应具备的条件78 512种子质量的判断方法78 513种子制备79 514种龄与接种量80 52影响种子质量的因素81 53种子质量的控制措施82 531菌种稳定性检查82 532适宜的生长环境82 533种子无杂菌检查82 54种子制备的放大原理与技术82 541细菌发酵时的种子扩大培养82 542酵母发酵时的种子扩大培养83 543丝状真菌发酵的种子扩大培养84 544放线菌发酵时的种子扩大培养85 6发酵动力学86 61分批发酵动力学86 611微生物生长动力学86 612底物消耗动力学88 613代谢产物的合成与微生物生长的 动力学关系91 614分批发酵的优缺点93 62连续发酵动力学93 621单级连续发酵93 622多级连续发酵95 623连续培养在工业生产中的应用96 624连续培养中存在的问题97 63分批补料发酵及其动力学98 631分批补料发酵动力学98 632分批补料发酵的应用99 7发酵工业中氧的供需101 71微生物对氧的需求101 711氧在微生物发酵中的作用101 712微生物的耗氧特征101 713影响微生物耗氧的因素101 714控制溶解氧的意义102 72发酵过程中氧的传递103 721氧的传递途径与传质阻力103 722气体溶解过程中的双膜理论及 其他理论104 723氧传递方程105 73发酵过程耗氧与供氧的动态关系105 74影响氧传递的因素107 741影响推动力的因素107 742影响KLa的因素108 75发酵过程中的氧传递效率111 76溶解氧、摄氧率和KLa的测定112 761溶解氧CL的测定原理与方法112 762摄氧率γ的测定原理与方法114 763KLa的测定原理与方法115 8发酵过程控制118 81发酵过程控制概述118 811发酵过程的参数检测119 812发酵过程的代谢调控121 82温度对发酵的影响及其控制121 821影响发酵温度的因素121 822温度对微生物生长的影响122 823温度对基质消耗的影响123 824温度对产物合成的影响123 825最适温度的选择124 83pH对发酵的影响及其控制124 831发酵过程中pH变化的规律124 832最适pH的选择125 833pH的调控策略126 84溶解氧对发酵的影响及其控制126 841溶解氧变化的规律127 842溶解氧在发酵过程控制中的重要 作用127 843影响溶解氧的主要因素与控制 方法128 844溶解氧控制对发酵的影响130 85CO2和呼吸商对发酵的影响及其 控制130 851CO2对发酵的影响130 852呼吸商与发酵的关系131 86基质浓度对发酵的影响及其控制132 87通气搅拌对发酵的影响及其控制133 88泡沫对发酵的影响及其控制134 881泡沫的产生及其影响134 882发酵过程中泡沫的消长规律134 883泡沫的控制135 89高密度发酵及过程控制136 891高密度发酵136 892高密度发酵的策略136 893高密度发酵技术137 894高密度发酵存在的问题137 810发酵终点的检测与控制138 8101发酵终点的判断138 8102菌体自溶的监测138 8103影响自溶的因素139 811自动控制技术在发酵过程控制中的 应用140 8111发酵过程的计算机控制原理140 8112发酵过程的计算机功能分析140 9发酵罐放大与设计144 91发酵罐的类型与结构144 911发酵罐的类型144 912发酵罐的结构145 92通用式发酵罐的设计与放大146 921发酵罐设计的基本原则146 922发酵罐设计的基本要求147 923发酵罐放大设计147 93发酵罐电机的选配152 931搅拌功率的计算152 932发酵罐的电机选配155 10基因工程菌发酵156 101基因工程菌发酵动力学156 1011基因工程菌的发酵动力学模型 分类156 1012基因工程菌培养过程的动力学 模型157 102基因工程菌发酵的设备158 103基因工程菌的高密度发酵及控制158 1031高密度发酵培养基的选择159 1032培养方式的选择159 1033发酵过程中溶解氧的控制160 1034温度的影响及控制160 1035pH的影响及控制160 104基因工程菌发酵的后处理技术161 1041细胞破碎161 1042基因工程蛋白质的浓缩与分离 纯化161 1043基因工程菌中核酸的分离 纯化162 105基因工程菌的不稳定性及对策164 1051基因工程菌不稳定性的表现164 1052基因工程菌不稳定的原因及 对策164 106应用案例与分析166 1061基因工程生产干扰素166 1062重组人生长激素(rhGH) 的生产168 1063核酸疫苗169 11发酵产物的提取与精制171 111概述171 1111提取与精制过程的一般工艺 流程171 1112发酵产物提取精制方法的优化 与工艺设计172 112发酵液的预处理172 1121改变发酵培养物的过滤特性173 1122发酵液相对纯化175 1123高价无机离子的去除方法175 113固液分离技术175 1131过滤分离技术175 1132离心分离技术177 114细胞破碎技术179 1141物理法180 1142化学法182 1143生物酶溶法183 1144细胞破碎技术的发展方向183 115浓缩技术184 116膜分离技术185 1161膜分离技术的原理185 1162反渗透187 1163超滤和微滤187 1164透析188 117沉淀分离技术188 1171蛋白质分子在水溶液中的稳 定性188 1172蛋白质沉淀分离方法189 118吸附分离技术191 1181吸附分离原理191 1182吸附介质的分类及其性质192 119萃取分离技术193 1191溶剂萃取193 1192双水相萃取196 1193超临界流体萃取198 1110色谱分离技术199 11101柱色谱中的常用术语199 11102吸附色谱200 11103离子交换色谱技术202 11104凝胶色谱技术207 11105亲和色谱技术211 11106逆流色谱技术212 1111结晶技术212 11111结晶的基本原理212 11112影响结晶生成的因素213 11113工业发酵中常用的结晶方法及 设备215 1112干燥技术215 11121对流加热干燥法215 11122接触加热干燥方法216 11123冷冻升华干燥法216 12发酵工业清洁生产技术218 121清洁生产的概念及主要内容218 1211清洁生产的定义218 1212清洁生产技术的主要研究 内容219 122清洁生产与末端治理的比较220 123发酵行业开展清洁生产的重要意义 和必要性221 124实现清洁生产的有效途径222 1241强化内部管理222 1242工艺技术改革与创新实现清洁 生产223 1243废弃资源的综合利用225 13发酵工厂设计概述226 131发酵工厂基本建设程序和设计工作 的基本内容226 1311发酵工厂基本建设程序226 1312发酵工厂工程设计的基本 内容226 132发酵工厂厂址选择和总图布置227 1321厂址选择227 1322总平面布置228 133发酵工艺流程设计229 1331工艺流程的设计原则229 1332工艺流程的设计步骤229 134物料衡算与设备选型229 1341物料衡算229 1342主要技术经济指标230 1343设备选型231 135发酵车间设备布置与管道设计233 1351车间设备布置233 1352车间工艺管道设计234 136发酵工业“三废”处理及其工厂化 设计235 1361废气235 1362废水235 1363废渣236 137发酵工厂投资概算与经济评价236 1371建设项目的总投资概算236 1372概算和经济评价中的一些费用 计算236 1373产品成本计算237 1374借款利息和还款能力预测238 1375项目投资的经济评价238 14发酵经济学239 141概述239 142影响发酵产品成本的主要因素239 1421菌株选育对发酵成本的影响239 1422发酵培养基成本分析240 1423无菌空气与通气搅拌成本 分析241 1424动力费的成本分析241 1425发酵工艺中不同培养方式的 成本对比分析242 1426发酵产品分离纯化的成本 分析244 1427发酵规模的成本分析244 1428市场经济信息分析及管理 技术245 143发酵过程的经济学评价245 1431产物浓度245 1432生产效率245 1433基质转化率246 1434单位产品的能耗246 15发酵产品生产原理与技术应用247 151醇酮类产品的发酵生产247 1511酒精发酵菌种247 1512酒精发酵的原料和工艺流程247 152氨基酸类产品的发酵生产249 1521淀粉水解糖的制备249 1522菌种扩大培养249 1523谷氨酸分批发酵250 1524谷氨酸提取250 153核苷酸类产品的发酵生产251 154有机酸类产品的发酵生产252 155油脂类产品的发酵生产254 156抗生素发酵生产254 1561抗生素的生产工艺255 1562青霉素发酵生产过程及其关键 技术255 1563青霉素的提取和精制256 157酶制剂的发酵生产256 1571酶制剂的应用256 1572酶制剂的生产257 1573α淀粉酶的生产257 158多糖类产品的发酵生产260 159维生素类产品的发酵生产261 1510甾体激素的微生物转化263 15101由醋酸化合物S生产氢化可 的松264 15102利用简单节杆菌将氢化可的松 转化成强的松龙264 15103以醋酸可的松为原料生产醋 酸强的松265 16发酵工程在现代生物化工中的 应用266 161发酵工程在生物医药领域的应用266 1611抗生素的发酵生产267 1612维生素类药物的发酵生产267 1613多烯脂肪酸的发酵生产267 1614医用酶制剂的发酵生产268 1615新型保健食品的发酵生产268 162发酵工程在化学工业中的应用268 1621发酵工程在化工原料工业中的 应用268 1622发酵工程在农药生产中的 应用269 1623发酵工程在新型能源工业中的 应用269 163发酵工程在绿色化学工业中的 应用269 164发酵工程在生物炼制技术需求 推动下快速发展270 参考文献272
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內容試閱:
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21世纪生物技术产业已成为具有巨大发展潜力的高新技术产业。同时,与生物技术产业化紧密相关的生物工程学科也成为一门新兴的前沿学科。发酵工程作为生物工程的核心内容之一,在生物技术产业化方面显示出越来越重要的作用,是生物工程与生物技术专业及相关专业人才培养的重要课程。 现代发酵工程在传统发酵工业的基础上,融入了分子生物学、系统生物学以及基因工程、细胞工程、代谢工程等新理论和新技术,结合现代生物过程控制及生物分离工程技术的巨大进步,使现代发酵工业的水平大大提高,而且应用领域也不断扩大,逐渐由医药、食品轻工等领域拓展到化工、冶金、能源以及环境等新领域,显示出强大的生命力。尤其是以石油等不可再生资源为原料的能源行业和石油化工行业面临的资源危机日益加重,必将促进相应的产业结构调整,以淀粉、纤维素等可再生资源为原料的“C—O经济”将逐步取代以石油等不可再生资源为原料的“C—H经济”,实现经济社会的可持续发展。现代发酵工程在以淀粉、纤维素等可再生资源为原料的“C—O经济”发展过程中处于中坚地位,是经济转型和产业结构调整的工业核心技术。因此,发酵工程在现代工业发展中前景广阔,学习和发展现代发酵工程理论和技术具有重要意义。 华中科技大学生命科学与技术学院早在1987年就在生物医学工程专业下开设了生物技术方向,进行了生物技术专业本科人才培养的探索与教学实践。在系统开设生物学课程的基础上,开设了基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、生化工程等生物技术专业课程及实验,并对发酵工程课程进行了重点建设。本书在结合编者自身的长期科研实践与该领域国内外进展的基础上,逐年积累资料,不断更新内容,逐步形成了较为完善的课程体系。 全书共分为16章,以发酵工程的工业应用为主线,以系统介绍发酵工业所必需的发酵工程理论和实践知识为特色,内容包括工业微生物菌种选育、工业发酵培养基设计、发酵工业无菌技术、种子扩大培养、发酵动力学、氧的供需、发酵生理及其过程控制、发酵罐的放大与设计、基因工程菌发酵、发酵产品的提取与精制、发酵工业的清洁生产、发酵工厂设计、发酵经济学、发酵产品生产原理与技术应用,以及发酵工程在现代生物化工中的应用等方面。本书各章既独立成章,又相互联系,内容安排强调系统基础上的相互衔接,紧扣现代发酵工程最具发展潜力的领域和方向,具有很强的时代感。通过本教材的学习,可使学生全面掌握发酵产品的生产原理与技术应用,熟悉现代发酵工业的发展领域和重点方向,为学生今后从事与发酵工业相关的新产品、新工艺的研究和开发打下良好的理论与技术基础。 全书由余龙江教授整体构思,由华中科技大学生命科学与技术学院长期从事发酵工程的研究以及教学的老师编写。其中,第1章、第5章、第6章、第8章、第9章、第12章、第14章、第15章、第16章由余龙江教授编写,第2章由鲁明波副教授编写,第3章由何峰博士编写,第4章、第7章由李为副教授编写,第11章由吴元喜高级工程师编写,第13章由张长银高级工程师编写,第10章由朱敏副教授编写。全书由余龙江教授统稿。此外,感谢汪文俊博士、向福博士为本书的文字、图表处理所做的大量工作。 本书适用于生物工程和生物技术专业以及生物化工、生物制药工程等相关专业的高年级本科生,也可作为相关专业的研究生、教师和科研人员的参考书。 在本书的编写过程中参考了许多同仁发表的著作和科技论文,在此深表谢意。由于生物技术的发展日新月异,有许多新技术、新方法、新观点、新案例、新成果来不及消化吸收编入本教材,加上编者水平及时间有限,错误和不足之处,诚恳希望读者给予批评指正,以便在再版时更正。 编者 2006年5月于喻园
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