生物工艺学
2009-5
化学工业出版社
邱树毅
219
生物技术产业是国家优先发展的高新技术产业之一。随着生物技术产业的快速发展，新的生物技术产品不断出现，其产品涵盖医药、食品、化工、轻工、农业、能源、环保等诸多行业和领域，为工农业生产、社会进步带来明显的影响和效益，给人类带来巨大的经济效益和社会效益。生物工艺学是研究生物技术产品生产的工艺技术问题的学科，也得到快速发展，相关的生物工艺学教材也应运而生。本课程为贵州省精品课程，课程建设成果已于2008年被评为贵州省教学成果一等奖，并由贵州省推荐申报国家级教学成果奖。本书是生物工艺学课程建设主要教学成果之一。 本教材在编写过程中，力求把握本学科领域前沿，并结合编者自身的科学研究，特别强调采用现代新技术改造和生产传统生物技术产品。本书以生物技术产品共性工艺技术为主线，探讨生物技术产品生产过程中的工艺技术问题。其内容包括工业微生物菌种选育、制备与保藏，工业培养基及其设计，生物工艺过程中的无菌技术，生物反应动力学，发酵过程原理，生物反应器及生物工艺过程放大，生物反应过程参数检测与控制，生物产品分离及纯化技术，生物产品工艺学及应用。 本书可作为生物工程、生物技术和生物科学专业的教学参考书，也可供医药、食品、化工、轻工、农业、能源、环境等专业的学生参考，同时可供从事生物技术产业的生产、科研、管理人员参考。 参加本书编写的有邱树毅教授、曹文涛副教授、胡鹏刚副教授和吴鑫颖副教授，均是长期从事生物工艺学教学和科研工作的教师，全书最后由邱树毅教授统稿，在本书编写过程中研究生周剑丽、牛晓娟、陈燕、张靖楠等参与了图表的绘制。由于时间紧迫，加之编者水平所限，书中难免有不妥之处，敬请读者批评指正。
《生物工艺学》以生物技术产品共性工艺技术为主线，探讨生物技术产品生产过程中的工艺技术问题。其内容包括工业微生物菌种选育、制备与保藏，工业培养基及其设计，生物工艺过程中的无菌技术，生物反应动力学，发酵过程原理，生物反应器及生物工艺过程放大，生物反应过程参数检测与控制，生物产品分离及纯化技术，生物产品工艺学及应用。生物工艺学主要研究生物技术产品生产的工艺技术问题。 《生物工艺学》为贵州省“生物工艺学”精品课程配套教材，相关配套课件可以在化学工业出版社教学资源网下载。 《生物工艺学》可作为生物工程、生物技术和生物科学专业的教学参考书，也可供从事生物技术产业的生产、科研、管理人员参考。
1 绪论11．1 生物工艺学及其研究内容11．1．1 生物工艺学定义11．1．2 生物技术与相关学科的关系11．1．3 生物工艺学的特点11．1．4 生物反应的一般过程21．1．5 生物工艺学的研究内容31．2 生物技术发展简史41．2．1 传统经验制造技术——天然发酵阶段41．2．2 纯种培养技术的成功——初级代谢产物生产阶段41．2．3 搅拌技术的成熟——好氧培养阶段41．2．4 基因重组技术的成熟——现代生物技术阶段51．3 生物技术应用51．3．1 农业51．3．2 食品工业61．3．3 医药工业61．3．4 化学冶金工业61．3．5 能源工业71．3．6 环境保护72 工业微生物菌种选育、制备与保藏82．1 工业生产常用微生物菌种及特性82．1．1 细菌82．1．2 放线菌92．1．3 酵母菌102．1．4 霉菌112．2 工业微生物菌种选育132．2．1 自然育种132．2．2 诱变育种152．2．3 杂交育种172．2．4 基因工程育种202．3 工业微生物菌种制备232．3．1 优良种子应具备的条件242．3．2 种子制备的过程242．3．3 种子质量的控制252．4 工业微生物菌种复壮与保藏292．4．1 工业微生物菌种复壮292．4．2 工业微生物菌种保藏303 工业培养基及其设计323．1 工业培养基的基本要求323．2 工业培养基的成分及来源323．2．1 碳源323．2．2 能源333．2．3 氮源333．2．4 无机盐及微量元素333．2．5 生长调节物质343．2．6 水353．3 培养基类型353．3．1 制备培养基的基本原则353．3．2 培养基的种类及其应用373．4 培养基的设计原理与优化方法403．4．1 培养基的设计原理403．4．2 培养基的优化方法424 生物工艺过程中的无菌技术444．1 生物反应过程中无菌的要求444．2 工业常用无菌技术444．2．1 干热灭菌444．2．2 湿热灭菌444．2．3 射线灭菌454．2．4 化学药剂灭菌454．2．5 过滤除菌454．3 培养基灭菌454．3．1 湿热灭菌原理454．3．2 分批灭菌494．3．3 连续灭菌524．4 空气除菌544．4．1 空气除菌方法544．4．2 空气除菌流程554．5 设备及管道灭菌585 生物反应动力学595．1 生物反应动力学概述595．1．1 菌体生长速率605．1．2 基质消耗速率615．1．3 代谢产物的生成速率625．2 生物反应过程的质量平衡和能量平衡645．2．1 质量平衡645．2．2 能量平衡655．3 微生物发酵动力学655．3．1 分批发酵665．3．2 连续发酵685．3．3 分批补料发酵706 发酵过程原理756．1 发酵方式756．1．1 分批发酵756．1．2 连续发酵776．1．3 分批补料发酵786．1．4 细胞的高密度发酵786．2 发酵过程的影响因素806．2．1 种子质量806．2．2 培养基816．2．3 灭菌情况826．2．4 温度836．2．5 pH856．2．6 氧的供给896．2．7 二氧化碳和呼吸商976．2．8 基质浓度、补料对发酵的影响996．2．9 泡沫的形成及其对发酵的影响1016．3 杂菌及噬菌体感染1046．3．1 杂菌感染对发酵的影响及其防治1046．3．2 噬菌体感染对发酵的影响及其防治1066．4 发酵终点的判断1067 生物反应器及生物工艺过程放大1087．1 生物反应器1087．1．1 生物反应器的分类1087．1．2 深层液态反应器1097．1．3 固态发酵反应器1117．2 实验室试验研究1127．2．1 实验室的生物反应器1127．2．2 摇瓶试验1137．2．3 实验室研究和试验设计方法1147．3 生物工艺过程放大1157．3．1 实验室摇瓶与发酵罐培养的差异1157．3．2 发酵罐规模改变的影响1167．3．3 生物工艺过程放大的方法1178 生物反应过程参数检测与控制1208．1 生物反应过程参数1208．2 生物反应过程参数检测1228．2．1 直接状态参数检测1248．2．2 间接状态参数检测1248．3 生物反应过程的自动控制1268．3．1 基本自动控制系统1268．3．2 发酵自控系统的硬件结构1298．3．3 先进控制理论在发酵过程控制中的应用1309 生物产品分离及纯化技术1329．1 概述1329．1．1 生物分离过程的特点1329．1．2 生物物质分离的一般步骤1329．2 发酵液的预处理1339．2．1 加热1349．2．2 凝聚和絮凝1349．2．3 调节pH1359．2．4 加入无机盐类1359．2．5 加入助滤剂1359．3 生物物质固?液分离技术1369．3．1 发酵液的过滤分离1369．3．2 发酵液的离心分离1379．4 微生物细胞的破碎与分离1409．4．1 机械法1409．4．2 非机械法1419．5 生物物质的分离与提取1419．5．1 沉淀法1419．5．2 吸附法1429．5．3 离子交换法1449．5．4 萃取法1479．6 生物物质纯化与精制技术1549．6．1 色谱分离1549．6．2 膜分离技术1579．6．3 结晶技术1609．6．4 生物产品的干燥16210 生物产品工艺学及应用16510．1 白酒生产工艺技术16510．1．1 白酒及其分类16510．1．2 白酒生产主要原辅料16610．1．3 白酒生产中主要微生物16710．1．4 白酒生产工艺16810．1．5 白酒生产中的新技术18210．2 啤酒生产工艺技术18410．2．1 概述18410．2．2 啤酒生产原辅料18410．2．3 啤酒生产工艺18610．2．4 啤酒生产中的新技术19210．3 有机酸生产工艺技术19310．3．1 柠檬酸生产工艺19310．3．2 其他有机酸生产工艺19510．4 抗生素生产工艺技术19910．4．1 概述19910．4．2 抗生素生产工艺过程20210．5 生物质能源利用20710．5．1 概述20710．5．2 燃料乙醇21010．5．3 生物柴油21010．6 废水处理21110．6．1 概述21110．6．2 活性污泥法21210．6．3 好氧生物膜法21510．6．4 厌氧消化——甲烷发酵21610．6．5 光合细菌处理高浓度有机废水219参考文献220
1 绪论 1.1 生物工艺学及其研究内容 1.1.1 生物工艺学定义 生物工艺学，也称生物技术，是指以现代生命科学为基础，结合其他基础学科的科学原理，采用先进的过程技术手段，按照设计改造生物体或生物原料，为人类生产出所需要产品或达到某种目的的技术。 有关生物技术的定义有许多表述，国际经济合作及发展组织所提出的定义是：生物技术是应用自然科学及工程学的原理，依靠生物催化剂的作用将物料进行加工，以提供产品或社会服务的技术。欧洲生物技术联合会认为：生物技术是自然科学（包括分子生物学、生物化学、化学和物理学）和工程科学（化学反应工程学、电子学等）的综合应用，以便将生物体系细胞（微生物细胞和动植物细胞）及其组成物用于为社会提供其所需的商品和服务。国际纯粹与应用化学联合会对生物技术所做的定义是：生物技术是将生物化学、生物学、微生物学和化学工程应用于工业生产过程及环境保护的技术。 虽然对生物技术的定义不完全相同，但归纳起来有3个主要特征：是一门多学科，综合性的科学技术；反应过程中需要有生物催化剂（酶、细胞等）的参与；最终目的是建立工业生产过程或进行社会服务。 生物技术包括传统生物技术和现代生物技术。现代生物技术包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程。基因工程为核心，带动其他工程的发展，其他工程的发展又促使基因工程发展更迅速。通常将基因工程和细胞工程看作生物工程的上游处理技术，将发酵工程和酶工程看作生物工程的下游处理技术。基因工程、细胞工程和发酵工程中所需要的酶，往往通过酶工程来获得。
