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第一章 绪论1

第一节 生化工程的诞生与发展1

一、生化工程的由来及其定义1

二、生化工程的特征2

三、生化工程的内容与发展2

四、生化工程在国民经济中的重要作用4

第二节 微生物生化工程的研究内容与任务5

一、微生物生化工程的研究内容和目的5

二、微生物生化工程的进展及今后的任务6

参考文献7

思考题与习题8

第二章 生化反应动力学9

第一节 单底物酶反应动力学9

一、米氏方程9

二、米氏方程讨论11

三、动力学常数 Km 和 Vm 的求取13

四、复杂形式的酶反应动力学13

三、乒乓反应14

二、随机反应14

第二节 多底物酶反应动力学14

一、有序反应14

第三节 各种因素对酶反应速度的影响15

一、酶浓度的影响15

二、pH 的影响15

三、温度的影响16

四、抑制剂的影响16

五、底物浓度的影响18

六、产物的影响19

七、激活剂的影响19

八、辅酶的影响19

第四节 微生物代谢调节的生化基础20

一、酶活性的调节20

二、调节机制的多样性23

三、调节性酶类性质的理论解释25

四、代谢调控的解除及在发酵工业上的意义26

思考题与习题27

参考文献27

第三章 微生物发酵动力学29

第一节 发酵动力学类型29

一、偶联型29

二、混合型29

三、非偶联型30

第二节 微生物生长和分批发酵动力学30

一、微生物生长曲线30

二、微生物生长动力学31

三、生长抑制的动力学35

四、环境影响及混合培养动力学37

五、产物形成动力学37

六、发酵过程生产率41

七、丝状微生物发酵产率与基质利用44

第三节 连续培养及其动力学45

一、连续培养的类型46

二、单罐连续发酵的动力学46

三、多罐连续发酵的动力学51

五、连续发酵与分批发酵生产率的比较53

四、限制性营养物质的选择53

六、连续发酵稳态的确立54

七、连续发酵中的主要问题55

八、连续发酵过程控制的参数56

第四节 补料分批培养及其动力学59

一、补料分批培养的类型59

二、补料分批培养的动力学59

三、补料分批培养的优点60

第五节 工程菌的发酵62

一、工程菌的来源和应用62

二、工程菌的培养特点62

三、工程菌的防护问题63

第六节 数学模型法和质、能衡算法及其应用64

一、数学模型法64

二、质量和能量平衡原理的应用68

三、动力学模型与电子计算机控制69

思考题与习题71

参考文献71

第四章 酶及微生物细胞的固定化74

第一节 概述74

第二节 酶的固定化75

一、酶固定化的方法75

二、固定化酶的形状与性质78

第三节 微生物细胞的固定化79

一、细胞固定化的方法79

二、固定化细胞的形状与性质80

第四节 固定化技术在食品与发酵工业中的应用80

一、生产果葡糖浆80

二、生产6-APA 和抗生素81

三、生产乙醇和啤酒81

四、生产 L-氨基酸82

五、生产 L-苹果酸82

六、生产α-淀粉酶82

第五节 物质扩散与固定化酶动力学83

思考题与习题84

参考文献84

第五章 生化反应器86

第一节 概述86

第二节 生化反应器的特点与设计原则87

一、生化反应器的特点87

二、生化反应器的设计原则87

第三节 生化反应器的种类及选择与操作89

一、生化反应器的种类89

二、生化反应器的正确选择与优化操作94

三、关于生化反应器的比拟放大95

第四节 生化反应器的发展及我国生化工程近况95

一、生化反应器的发展趋势96

二、我国生化工程近况96

参考文献97

思考题与习题97

第六章 传氧与通气搅拌98

第一节 概述98

二、比耗氧速率与氧浓度的关系99

第二节 氧对微生物生长的影响99

一、比生长速率与氧浓度的关系99

第三节 传氧速率方程101

一、氧的传递途径及传质阻力101

二、双膜理论与传氧方程式102

第四节 影响传氧速率的因素105

一、搅拌105

二、空气流速107

三、空气分布管108

四、氧分压108

五、罐内液柱高度108

六、罐容109

七、醪液性质109

八、温度109

九、有机物质和表面活化剂109

一、溶氧系数常见的形式110

二、几种溶氧系数的换算110

第五节 溶氧系数及其测定110

三、溶氧系数的测定111

第六节 搅拌功率及溶氧系数的计算113

一、搅拌功率的计算113

二、计算生化反应器溶氧系数的经验公式117

第七节 传氧效率与溶氧调节120

一、单位溶解氧功耗120

二、溶氧调节120

参考文献122

三、溶氧新概念122

思考题与习题123

第七章 比拟放大124

第一节 比拟放大方法124

一、几何尺寸放大125

二、通风量放大125

三、搅拌功率放大126

第二节 机械搅拌发酵罐的比拟放大128

一、放大依据准则的选择128

二、以体积溶氧系数相等为基准的比拟放大法129

三、以单位体积等功耗为基准的比拟放大法132

第三节 放大问题的讨论133

一、各种比拟放大法的比较133

二、混合时间的影响——逐级放大的必要性135

三、罐体材料金属离子的影响135

四、搅拌浆末端线速度的影响136

五、混合均匀度问题136

六、关于缩小137

参考文献137

思考题与习题138

第八章 培养基灭菌139

第一节 概述139

第二节 加热灭菌的基本原理140

一、微生物的热阻140

二、微生物的热死原理——对数残留定律141

四、影响培养基灭菌的因素142

三、温度对杀菌速率常数 K 的影响142

第三节 分批灭菌的计算144

一、基础条件的确定144

二、灭菌效率的计算146

三、分批灭菌讨论148

第四节 连续灭菌及其计算148

一、连续灭菌流程149

二、连续灭菌计算150

一、培养基的灭菌条件152

第五节 灭菌问题的讨论152

二、加热灭菌的某些技术要点153

参考文献153

思考题与习题153

第九章 空气除菌155

第一节 概述155

一、空气除菌的意义155

二、空气中微生物的分布155

四、空气除菌的方法156

第二节 过滤除菌的机制156

三、好气性发酵对空气无菌度的要求156

第三节 空气过滤器的计算159

一、过滤效率159

二、过滤阻力160

三、过滤器内空气流速的讨论160

第四节 过滤介质和流程选择164

一、常用的滤菌介质164

参考文献165

二、空气净化流程选择165

思考题与习题166

第十章 生化过程参数检测167

第一节 直接参数的检测167

一、物理环境参数的检测167

二、化学环境参数的检测171

第二节 间接参数的检测175

一、体积溶氧系数176

二、呼吸代谢参数176

三、细胞、基质和产物参数177

第三节 生物传感器178

一、生物传感器的原理178

四、微生物发酵热178

二、酶传感器180

三、微生物传感器182

四、生物传感器的应用183

参考文献185

思考题与习题185

一、消泡控制186

二、温度控制186

第十一章 生化过程控制及计算机应用186

第一节 生化过程控制186

三、压力和流量控制187

四、pH 值控制187

五、溶解氧控制187

六、补料控制189

第二节 计算机在生化过程控制中的应用189

一、生化过程数据分析190

二、生化过程状态估计191

三、生化过程直接数字控制(DDC)192

四、生化过程优化控制192

五、计算机控制系统193

第三节 谷氨酸发酵过程计算机控制193

一、谷氨酸发酵工艺193

二、谷氨酸发酵过程控制系统194

三、典型控制系统194

四、生化参数的推断估算196

第四节 酵母流加发酵过程模糊逻辑控制196

一、确定模糊控制器的输入输出变量197

二、确定各变量的模糊子集划分及隶属度函数197

三、模糊规则的确定197

四、模糊推理198

第五节 青霉素发酵过程专家控制系统199

一、专家系统概述199

二、青霉素发酵过程专家控制系统的建立200

思考题与习题202

参考文献202

第十二章 生化分离技术204

第一节 下游加工技术的重要性及特点204

一、下游加工技术的重要性204

二、下游加工技术的特点204

第二节 下游加工技术的一般过程205

一、工艺流程205

二、加工过程概述205

参考文献210

第三节 发展动向210

思考题与习题211

第十三章 生物化工产品212

第一节 氨基酸、核酸、有机酸212

一、氨基酸212

二、核酸213

三、有机酸215

第二节 酶制剂217

一、淀粉酶217

一、维生素218

二、蛋白酶218

第三节 维生素和抗生素218

二、抗生素219

第四节 生理活性物质220

一、甾体激素220

二、酶抑制剂221

三、生长激素221

第五节 微生物多糖221

一、黄原胶221

二、环状糊精222

三、其他微生物多糖223

第六节 醇和酮类有机物224

一、乙醇224

二、丙三醇225

三、丙酮和丁醇225

第七节 微生物农药、菌肥和植物生长激素226

一、微生物农药226

三、植物生长激素227

二、菌肥227

第八节 石油发酵产品228

一、有机酸228

二、生物合成与转化产品228

三、石油蛋白229

四、其他石油发酵产品229

第九节 从可再生资源生产 SCP229

三、利用纤维素废料生产 SCP230

二、利用酒精蒸馏废液生产 SCP230

一、利用味精废液生产 SCP230

四、利用亚硫酸纸浆废水生产 SCP231

第十节 污水的生化处理231

一、好氧生化处理231

二、厌氧生化处理233

三、A/O 系统处理污水技术234

参考文献235

思考题与习题235

测试题237