生物工藝學(xué)

前言

　　生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)是國(guó)家優(yōu)先發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。隨著生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，新的生物技術(shù)產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，其產(chǎn)品涵蓋醫(yī)藥、食品、化工、輕工、農(nóng)業(yè)、能源、環(huán)保等諸多行業(yè)和領(lǐng)域，為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)進(jìn)步帶來(lái)明顯的影響和效益，給人類(lèi)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。生物工藝學(xué)是研究生物技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝技術(shù)問(wèn)題的學(xué)科，也得到快速發(fā)展，相關(guān)的生物工藝學(xué)教材也應(yīng)運(yùn)而生。本課程為貴州省精品課程，課程建設(shè)成果已于2008年被評(píng)為貴州省教學(xué)成果一等獎(jiǎng)，并由貴州省推薦申報(bào)國(guó)家級(jí)教學(xué)成果獎(jiǎng)。本書(shū)是生物工藝學(xué)課程建設(shè)主要教學(xué)成果之一?！　”窘滩脑诰帉?xiě)過(guò)程中，力求把握本學(xué)科領(lǐng)域前沿，并結(jié)合編者自身的科學(xué)研究，特別強(qiáng)調(diào)采用現(xiàn)代新技術(shù)改造和生產(chǎn)傳統(tǒng)生物技術(shù)產(chǎn)品。本書(shū)以生物技術(shù)產(chǎn)品共性工藝技術(shù)為主線，探討生物技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的工藝技術(shù)問(wèn)題。其內(nèi)容包括工業(yè)微生物菌種選育、制備與保藏，工業(yè)培養(yǎng)基及其設(shè)計(jì)，生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)，生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，發(fā)酵過(guò)程原理，生物反應(yīng)器及生物工藝過(guò)程放大，生物反應(yīng)過(guò)程參數(shù)檢測(cè)與控制，生物產(chǎn)品分離及純化技術(shù)，生物產(chǎn)品工藝學(xué)及應(yīng)用?！　”緯?shū)可作為生物工程、生物技術(shù)和生物科學(xué)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)參考書(shū)，也可供醫(yī)藥、食品、化工、輕工、農(nóng)業(yè)、能源、環(huán)境等專(zhuān)業(yè)的學(xué)生參考，同時(shí)可供從事生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)、科研、管理人員參考?！　⒓颖緯?shū)編寫(xiě)的有邱樹(shù)毅教授、曹文濤副教授、胡鵬剛副教授和吳鑫穎副教授，均是長(zhǎng)期從事生物工藝學(xué)教學(xué)和科研工作的教師，全書(shū)最后由邱樹(shù)毅教授統(tǒng)稿，在本書(shū)編寫(xiě)過(guò)程中研究生周劍麗、牛曉娟、陳燕、張靖楠等參與了圖表的繪制。由于時(shí)間緊迫，加之編者水平所限，書(shū)中難免有不妥之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　《生物工藝學(xué)》以生物技術(shù)產(chǎn)品共性工藝技術(shù)為主線，探討生物技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的工藝技術(shù)問(wèn)題。其內(nèi)容包括工業(yè)微生物菌種選育、制備與保藏，工業(yè)培養(yǎng)基及其設(shè)計(jì)，生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)，生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，發(fā)酵過(guò)程原理，生物反應(yīng)器及生物工藝過(guò)程放大，生物反應(yīng)過(guò)程參數(shù)檢測(cè)與控制，生物產(chǎn)品分離及純化技術(shù)，生物產(chǎn)品工藝學(xué)及應(yīng)用。生物工藝學(xué)主要研究生物技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝技術(shù)問(wèn)題?！　　渡锕に噷W(xué)》為貴州省“生物工藝學(xué)”精品課程配套教材，相關(guān)配套課件可以在化學(xué)工業(yè)出版社教學(xué)資源網(wǎng)下載?！　　渡锕に噷W(xué)》可作為生物工程、生物技術(shù)和生物科學(xué)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)參考書(shū)，也可供從事生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)、科研、管理人員參考。

書(shū)籍目錄

1 緒論11．1 生物工藝學(xué)及其研究?jī)?nèi)容11．1．1 生物工藝學(xué)定義11．1．2 生物技術(shù)與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系11．1．3 生物工藝學(xué)的特點(diǎn)11．1．4 生物反應(yīng)的一般過(guò)程21．1．5 生物工藝學(xué)的研究?jī)?nèi)容31．2 生物技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史41．2．1 傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)制造技術(shù)——天然發(fā)酵階段41．2．2 純種培養(yǎng)技術(shù)的成功——初級(jí)代謝產(chǎn)物生產(chǎn)階段41．2．3 攪拌技術(shù)的成熟——好氧培養(yǎng)階段41．2．4 基因重組技術(shù)的成熟——現(xiàn)代生物技術(shù)階段51．3 生物技術(shù)應(yīng)用51．3．1 農(nóng)業(yè)51．3．2 食品工業(yè)61．3．3 醫(yī)藥工業(yè)61．3．4 化學(xué)冶金工業(yè)61．3．5 能源工業(yè)71．3．6 環(huán)境保護(hù)72 工業(yè)微生物菌種選育、制備與保藏82．1 工業(yè)生產(chǎn)常用微生物菌種及特性82．1．1 細(xì)菌82．1．2 放線菌92．1．3 酵母菌102．1．4 霉菌112．2 工業(yè)微生物菌種選育132．2．1 自然育種132．2．2 誘變育種152．2．3 雜交育種172．2．4 基因工程育種202．3 工業(yè)微生物菌種制備232．3．1 優(yōu)良種子應(yīng)具備的條件242．3．2 種子制備的過(guò)程242．3．3 種子質(zhì)量的控制252．4 工業(yè)微生物菌種復(fù)壯與保藏292．4．1 工業(yè)微生物菌種復(fù)壯292．4．2 工業(yè)微生物菌種保藏303 工業(yè)培養(yǎng)基及其設(shè)計(jì)323．1 工業(yè)培養(yǎng)基的基本要求323．2 工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源323．2．1 碳源323．2．2 能源333．2．3 氮源333．2．4 無(wú)機(jī)鹽及微量元素333．2．5 生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)343．2．6 水353．3 培養(yǎng)基類(lèi)型353．3．1 制備培養(yǎng)基的基本原則353．3．2 培養(yǎng)基的種類(lèi)及其應(yīng)用373．4 培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)原理與優(yōu)化方法403．4．1 培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)原理403．4．2 培養(yǎng)基的優(yōu)化方法424 生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)444．1 生物反應(yīng)過(guò)程中無(wú)菌的要求444．2 工業(yè)常用無(wú)菌技術(shù)444．2．1 干熱滅菌444．2．2 濕熱滅菌444．2．3 射線滅菌454．2．4 化學(xué)藥劑滅菌454．2．5 過(guò)濾除菌454．3 培養(yǎng)基滅菌454．3．1 濕熱滅菌原理454．3．2 分批滅菌494．3．3 連續(xù)滅菌524．4 空氣除菌544．4．1 空氣除菌方法544．4．2 空氣除菌流程554．5 設(shè)備及管道滅菌585 生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)595．1 生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)概述595．1．1 菌體生長(zhǎng)速率605．1．2 基質(zhì)消耗速率615．1．3 代謝產(chǎn)物的生成速率625．2 生物反應(yīng)過(guò)程的質(zhì)量平衡和能量平衡645．2．1 質(zhì)量平衡645．2．2 能量平衡655．3 微生物發(fā)酵動(dòng)力學(xué)655．3．1 分批發(fā)酵665．3．2 連續(xù)發(fā)酵685．3．3 分批補(bǔ)料發(fā)酵706 發(fā)酵過(guò)程原理756．1 發(fā)酵方式756．1．1 分批發(fā)酵756．1．2 連續(xù)發(fā)酵776．1．3 分批補(bǔ)料發(fā)酵786．1．4 細(xì)胞的高密度發(fā)酵786．2 發(fā)酵過(guò)程的影響因素806．2．1 種子質(zhì)量806．2．2 培養(yǎng)基816．2．3 滅菌情況826．2．4 溫度836．2．5 pH856．2．6 氧的供給896．2．7 二氧化碳和呼吸商976．2．8 基質(zhì)濃度、補(bǔ)料對(duì)發(fā)酵的影響996．2．9 泡沫的形成及其對(duì)發(fā)酵的影響1016．3 雜菌及噬菌體感染1046．3．1 雜菌感染對(duì)發(fā)酵的影響及其防治1046．3．2 噬菌體感染對(duì)發(fā)酵的影響及其防治1066．4 發(fā)酵終點(diǎn)的判斷1067 生物反應(yīng)器及生物工藝過(guò)程放大1087．1 生物反應(yīng)器1087．1．1 生物反應(yīng)器的分類(lèi)1087．1．2 深層液態(tài)反應(yīng)器1097．1．3 固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器1117．2 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究1127．2．1 實(shí)驗(yàn)室的生物反應(yīng)器1127．2．2 搖瓶試驗(yàn)1137．2．3 實(shí)驗(yàn)室研究和試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法1147．3 生物工藝過(guò)程放大1157．3．1 實(shí)驗(yàn)室搖瓶與發(fā)酵罐培養(yǎng)的差異1157．3．2 發(fā)酵罐規(guī)模改變的影響1167．3．3 生物工藝過(guò)程放大的方法1178 生物反應(yīng)過(guò)程參數(shù)檢測(cè)與控制1208．1 生物反應(yīng)過(guò)程參數(shù)1208．2 生物反應(yīng)過(guò)程參數(shù)檢測(cè)1228．2．1 直接狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)1248．2．2 間接狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)1248．3 生物反應(yīng)過(guò)程的自動(dòng)控制1268．3．1 基本自動(dòng)控制系統(tǒng)1268．3．2 發(fā)酵自控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)1298．3．3 先進(jìn)控制理論在發(fā)酵過(guò)程控制中的應(yīng)用1309 生物產(chǎn)品分離及純化技術(shù)1329．1 概述1329．1．1 生物分離過(guò)程的特點(diǎn)1329．1．2 生物物質(zhì)分離的一般步驟1329．2 發(fā)酵液的預(yù)處理1339．2．1 加熱1349．2．2 凝聚和絮凝1349．2．3 調(diào)節(jié)pH1359．2．4 加入無(wú)機(jī)鹽類(lèi)1359．2．5 加入助濾劑1359．3 生物物質(zhì)固?液分離技術(shù)1369．3．1 發(fā)酵液的過(guò)濾分離1369．3．2 發(fā)酵液的離心分離1379．4 微生物細(xì)胞的破碎與分離1409．4．1 機(jī)械法1409．4．2 非機(jī)械法1419．5 生物物質(zhì)的分離與提取1419．5．1 沉淀法1419．5．2 吸附法1429．5．3 離子交換法1449．5．4 萃取法1479．6 生物物質(zhì)純化與精制技術(shù)1549．6．1 色譜分離1549．6．2 膜分離技術(shù)1579．6．3 結(jié)晶技術(shù)1609．6．4 生物產(chǎn)品的干燥16210 生物產(chǎn)品工藝學(xué)及應(yīng)用16510．1 白酒生產(chǎn)工藝技術(shù)16510．1．1 白酒及其分類(lèi)16510．1．2 白酒生產(chǎn)主要原輔料16610．1．3 白酒生產(chǎn)中主要微生物16710．1．4 白酒生產(chǎn)工藝16810．1．5 白酒生產(chǎn)中的新技術(shù)18210．2 啤酒生產(chǎn)工藝技術(shù)18410．2．1 概述18410．2．2 啤酒生產(chǎn)原輔料18410．2．3 啤酒生產(chǎn)工藝18610．2．4 啤酒生產(chǎn)中的新技術(shù)19210．3 有機(jī)酸生產(chǎn)工藝技術(shù)19310．3．1 檸檬酸生產(chǎn)工藝19310．3．2 其他有機(jī)酸生產(chǎn)工藝19510．4 抗生素生產(chǎn)工藝技術(shù)19910．4．1 概述19910．4．2 抗生素生產(chǎn)工藝過(guò)程20210．5 生物質(zhì)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 廢水處理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 厭氧消化——甲烷發(fā)酵21610．6．5 光合細(xì)菌處理高濃度有機(jī)廢水219參考文獻(xiàn)220

章節(jié)摘錄

　　1 緒論　　1.1 生物工藝學(xué)及其研究?jī)?nèi)容　　1.1.1 生物工藝學(xué)定義　　生物工藝學(xué)，也稱(chēng)生物技術(shù)，是指以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合其他基礎(chǔ)學(xué)科的科學(xué)原理，采用先進(jìn)的過(guò)程技術(shù)手段，按照設(shè)計(jì)改造生物體或生物原料，為人類(lèi)生產(chǎn)出所需要產(chǎn)品或達(dá)到某種目的的技術(shù)?！　∮嘘P(guān)生物技術(shù)的定義有許多表述，國(guó)際經(jīng)濟(jì)合作及發(fā)展組織所提出的定義是：生物技術(shù)是應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)的原理，依靠生物催化劑的作用將物料進(jìn)行加工，以提供產(chǎn)品或社會(huì)服務(wù)的技術(shù)。歐洲生物技術(shù)聯(lián)合會(huì)認(rèn)為：生物技術(shù)是自然科學(xué)（包括分子生物學(xué)、生物化學(xué)、化學(xué)和物理學(xué)）和工程科學(xué)（化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)、電子學(xué)等）的綜合應(yīng)用，以便將生物體系細(xì)胞（微生物細(xì)胞和動(dòng)植物細(xì)胞）及其組成物用于為社會(huì)提供其所需的商品和服務(wù)。國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)對(duì)生物技術(shù)所做的定義是：生物技術(shù)是將生物化學(xué)、生物學(xué)、微生物學(xué)和化學(xué)工程應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程及環(huán)境保護(hù)的技術(shù)。　　雖然對(duì)生物技術(shù)的定義不完全相同，但歸納起來(lái)有3個(gè)主要特征：是一門(mén)多學(xué)科，綜合性的科學(xué)技術(shù)；反應(yīng)過(guò)程中需要有生物催化劑（酶、細(xì)胞等）的參與；最終目的是建立工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程或進(jìn)行社會(huì)服務(wù)?！　∩锛夹g(shù)包括傳統(tǒng)生物技術(shù)和現(xiàn)代生物技術(shù)?，F(xiàn)代生物技術(shù)包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程。基因工程為核心，帶動(dòng)其他工程的發(fā)展，其他工程的發(fā)展又促使基因工程發(fā)展更迅速。通常將基因工程和細(xì)胞工程看作生物工程的上游處理技術(shù)，將發(fā)酵工程和酶工程看作生物工程的下游處理技術(shù)?；蚬こ獭⒓?xì)胞工程和發(fā)酵工程中所需要的酶，往往通過(guò)酶工程來(lái)獲得。

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