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第一章 绪论 1

第一节 发酵技术的起源与发展 1

一、古代人类的酿酒活动与传统酿造工艺 2

二、微生物、酶的发现和纯培养发酵技术的建立 3

三、现代发酵工程技术的形成 5

四、代谢控制发酵和基因工程技术的产生与发展 7

第二节 发酵工程的内容及其特点 8

一、发酵工程的内容 8

二、发酵生产的类型 10

三、发酵工程的特点 11

第三节 发酵工程的应用领域 13

一、医药工业 13

二、食品工业 15

三、化学工业 15

四、农业 17

五、环境保护 17

六、冶金工业 18

第四节 发酵工程技术的发展趋势 18

一、采用基因工程技术改良菌种 19

二、推广大型节能高效的发酵装置及计算机自动控制 19

三、生物反应和产物分离偶联 19

四、微生物发酵技术应用于高等动植物细胞培养 20

五、固定化（细胞和酶）技术的应用 20

六、开发清洁生产工艺 21

思考题 22

参考文献 22

第二章 生产菌种的选育培养 23

第一节 微生物的代谢及调控 23

一、微生物的初级代谢与次级代谢 23

二、微生物代谢的调节及控制 25

第二节 生产菌种的选育方法 27

一、发酵工业中的常用微生物 27

二、新菌种的分离与筛选 29

三、菌种的改良及工程菌构建 33

第三节 微生物代谢控制育种的措施 34

一、营养缺陷型突变株 34

二、抗反馈控制突变株 36

三、其他类型突变株 38

第四节 菌种的扩大培养及保藏 39

一、菌种的扩大培养 39

二、菌种的衰退和复壮 41

三、菌种的保藏 44

四、国内外主要菌种保藏机构 47

第五节 发酵培养基的设计 50

一、培养基的类型 50

二、发酵培养基的组成 51

三、发酵培养基的优化 57

第六节 生产实例——谷氨酸生产菌种扩大培养及发酵培养基设计 58

一、谷氨酸生产菌种的来源及保藏 58

二、生产菌种的扩大培养 59

三、发酵培养基的组成 60

思考题 65

参考文献 65

第三章 灭菌与除菌工艺及设备 66

第一节 发酵生产中有害微生物的控制 66

一、发酵生产中的无菌概念 66

二、有害微生物的控制方法 67

第二节 培养基灭菌 69

一、湿热灭菌的操作原理 69

二、分批灭菌 72

三、连续灭菌 73

第三节 无菌空气制备 76

一、空气净化除菌的方法与原理 76

二、无菌空气的制备流程 78

三、空气预处理设备 81

四、空气过滤介质及过滤器 85

第四节 设备与管道的清洗与灭菌 88

一、常用清洗剂及清洗方法 89

二、设备及管路的灭菌 92

第五节 灭菌实例——谷氨酸发酵设备及培养基灭菌 97

一、灭菌前的准备工作 97

二、总（分）过滤器灭菌 98

三、种子罐和发酵罐空罐灭菌 98

四、培养基实罐灭菌 98

五、发酵培养基连续灭菌 99

思考题 99

参考文献 99

第四章 厌氧发酵工艺及设备 100

第一节 厌氧发酵产物的生物合成机制 100

一、糖酵解途径概念及其特点 100

二、酵母菌的酒精、甘油发酵 102

三、乳酸发酵 103

四、甲烷（沼气）发酵 106

第二节 白酒与酒精发酵 106

一、白酒固态发酵 107

二、酒精发酵 113

第三节 啤酒发酵 119

一、啤酒发酵产生的主要风味物质 120

二、传统啤酒发酵 121

三、现代大罐啤酒发酵 125

第四节 乳酸发酵 129

一、乳酸发酵工艺概述 130

二、大米和薯干粉发酵工艺 131

三、淀粉水解糖发酵工艺 132

四、玉米粉发酵工艺 134

五、蔗糖和糖蜜发酵工艺 134

六、葡萄糖的L-乳酸发酵工艺 136

七、细菌乳酸发酵工艺小结 136

八、原位产物分离乳酸发酵工艺简介 137

思考题 139

参考文献 139

第五章 好氧发酵工艺及设备 140

第一节 好氧发酵产物的合成机制 140

一、谷氨酸发酵机制 140

二、柠檬酸发酵机制 145

三、其他好氧发酵产物的合成 148

第二节 发酵过程的工艺控制 152

一、溶解氧对发酵的影响及其控制 153

二、二氧化碳和呼吸商对发酵的影响及其控制 156

三、温度对发酵的影响及其控制 158

四、pH值对发酵的影响及其控制 160

五、菌体和基质浓度对发酵的影响及补料控制 163

六、发酵过程中的泡沫控制 169

七、发酵终点的确定 171

第三节 通风发酵设备 172

一、机械搅拌通风发酵罐 172

二、其他通风发酵罐简介 183

第四节 发酵染菌及防治 185

一、染菌的检查及原因分析 186

二、染菌对不同发酵过程的影响 187

三、染菌发生的不同时间对发酵的影响 187

四、发酵异常现象及原因分析 188

五、杂菌污染的预防 189

六、染菌的挽救和处理 190

七、噬菌体污染及其防治 190

第五节 好氧发酵工艺实例——谷氨酸发酵 191

一、谷氨酸生产菌的菌体形态特点 192

二、亚适量生物素流加糖发酵工艺 193

三、淀粉水解糖高生物素添加青霉素流加糖发酵工艺 194

四、甘蔗糖蜜添加青霉素流加糖发酵工艺 195

五、谷氨酸发酵异常现象及其处理 196

思考题 197

参考文献 198

第六章 发酵动力学 199

第一节 发酵过程的化学计量及动力学描述 200

一、细胞反应的元素衡算 200

二、细胞反应的得率系数 201

三、反应速率 202

四、反应速率与得率系数之间的关系 204

五、细胞反应系统的动力学描述 205

第二节 分批发酵 206

一、菌体生长动力学 206

二、基质消耗动力学 213

三、代谢产物生成动力学 216

四、分批发酵的产率 218

第三节 连续发酵 220

一、连续发酵的动力学方程 221

二、连续发酵的稳态操作条件 223

三、连续发酵的产率 225

四、连续发酵过程中的杂菌污染和菌种变异 226

五、多级连续发酵 228

六、连续培养的应用 229

第四节 补料分批发酵 230

一、补料分批发酵的特点 230

二、流加操作的数学模型 231

思考题 236

参考文献 236

第七章 发酵过程参数检测及控制 237

第一节 发酵过程参数检测概述 237

一、发酵过程参数的分类 237

二、发酵过程参数检测的特点 238

第二节 发酵检测控制系统的基本组成 239

一、测定元件 239

二、控制部分 240

三、执行元件 242

第三节 发酵过程的自动控制原理 243

一、反馈控制 243

二、前馈控制 243

三、自适应控制 244

第四节 发酵过程的计算机控制 244

一、发酵过程控制的计算机系统 245

二、发酵过程中计算机的控制方式 245

第五节 常用物理参数的检测与控制 246

一、温度 246

二、罐压 247

三、搅拌转速和功率 248

四、空气和料液流量 249

五、液位和泡沫 251

第六节 常见化学和生物参数的检测与控制 252

一、pH值及溶解CO2浓度 252

二、溶氧浓度及氧化还原电位 254

三、发酵罐排气（尾气）中O2分压和CO2分压 257

四、细胞浓度和发酵液成分 259

第七节 生产实例——谷氨酸发酵过程的自动控制 261

一、谷氨酸发酵工艺特征及其控制中存在的问题 262

二、谷氨酸发酵罐的主要控制系统 262

思考题 264

参考文献 264

第八章 发酵产物的分离提取 265

第一节 发酵产物分离的特点与过程设计 265

一、发酵产物分离的特点 265

二、常用的分离技术及机制 266

三、发酵产物分离的过程选择 267

第二节 细胞破碎 268

一、机械法 269

二、非机械法 270

第三节 沉淀与离心 271

一、沉淀 271

二、离心 272

第四节 过滤与膜分离 277

一、过滤 277

二、膜分离 281

第五节 萃取与色谱分离 286

一、萃取 286

二、色谱分离 289

第六节 离子交换与吸附 292

一、离子交换 292

二、吸附 294

第七节 蒸发、结晶与干燥 297

一、蒸发 297

二、结晶 301

三、干燥 304

第八节 发酵产物的分离实例——谷氨酸提取与味精制造 308

一、谷氨酸提取 308

二、味精制造 312

三、谷氨酸发酵清洁生产 315

思考题 318

参考文献 318

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