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| 內容簡介： |
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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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| 目錄：
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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
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| 內容試閱：
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发酵工程是一个主要以生物学和化学工程为基础的、技术性和应用性很强的学科。作为现代生物技术产业化的关键，发酵工程目前已经与系统生物学、合成生物学、生物信息学和人工智能等多个前沿学科进行了交叉与融合，研究领域和应用对象不断扩展，逐步成为解决人类面临的能源、资源、环境和健康等持续性发展问题的关键技术体系之一。
发酵工业量大面广，在我国国民经济中占有较高的比重，直接关系着国计民生。我国是全球发酵工业体系最为完整的国家，几乎具有国际上工业发酵产业中的所有主要细分领域，并且，就规模而言，一些分支产业，如谷氨酸、柠檬酸、维生素C等，在世界上具有领先地位。但是，我国的发酵工程技术水平，与一些发达国家相比，要全面实现从跟跑到并跑进而领跑，真正成为发酵强国，还需要在自主知识产权的生产菌种、智能控制的精准发酵工艺与装备、高效低耗的提取精制方法和技术、废物无害化资源化高值化的体系建设等方面，加快变革性技术的突破，加强生产要素的创新性配置，加速产业的深度转型升级，从而实现我国发酵工程和发酵工业的高水平自立自强。这些是作者撰写此书的内在原动力。
作者撰写此书，一方面得益于作者所工作的学科为我国第一个发酵工程重点学科点，从1952年开始积累的教学和科研成果，是作者从学生时代到留校工作一直能够生存和生长的学术土壤。在前辈的支持和帮助下，作者承担的本科生课程“发酵工程原理与技术”2008年获批为国家级精品课程，所负责的团队获国内第一个“发酵工程课程国家级教学团队”称号，领导或参与的相关教学成果也先后三次获得国家级教学成果奖二等奖。另一方面，作者受助于所在研究室许多年轻的博士和硕士，他们参与并完成了作者团队负责的许多国家级和省部级科研项目，包括国家“十五”到“十四五”研发项目、863重点项目、国家杰出青年基金项目、国家自然科学基金重点项目等。这些科研工作和成果为本书提供了技术发展和应用的依据。
本教材的内容紧紧围绕发酵工程上、中、下游技术展开，包括微生物菌种的选育、发酵原料的高效预处理和无菌空气的先进制备、发酵过程动力学模型构建和分析、发酵过程优化与控制、发酵过程的放大原理与技术、发酵产物的提取与精制等，具有较好的系统性。与国内外同类教材相比，本书特别突出了微生物发酵工程研究和实践案例的介绍与分析，针对案例的背景和存在的问题，从问题的解决思路、目标的全面实现等方面进行论述，力图通过启发式、案例式、引导式的方法，帮助学生和读者全面而灵活地掌握发酵工程的重要基础理论和先进工程技术。作为国家级精品课程教材，本书配套出版发酵工程实验课程教材，同时，理论课程的课件也可以免费提供给使用本教材的单位。总之，本书不仅具有较强的理论指导意义，同时亦具有很强的实践参考价值。
本书编写分工如下：第一章，张东旭、陈坚、刘松；第二章，周景文、吴敬、曾伟主；第三、四章，张梁、石贵阳、李由然；第五章，张娟、堵国成、彭政；第六章，刘龙、陈坚、吕雪琴；第七章，刘龙、史仲平、武耀康；第八章，张建华、毛忠贵、张国强。作者特别感谢中国工程院院士、江南大学生物工程学院伦世仪教授多年的鼓励和指导，感谢所在研究室的博士、硕士研究生给予的帮助，感谢发酵工程领域相关企业的协助，感谢化学工业出版社的大力支持。
本书是一本适合生物工程专业本科生使用的教材，也适用于发酵工程、生物化工和合成生物学等相关专业的研究生和科研人员参考。作者在本书中注重理论性和实践性，突出系统性和科学性，体现前沿性和创新性，但限于作者的学术功底、研究经验和写作能力，书中存有的疏漏和不妥之处，承蒙赐教，不胜感激！
编者
于江南大学未来科学中心
2025年1月
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