发酵工程是现代生物技术在农业、医药、化工、食品和环保等领域应用发展的关键。发酵工艺与设备是发酵工程的核心内容，将工艺和设备结合起来讲授，有利于学生能把发酵工艺理论及设备操作原理作为一个完整的知识体系进行学习。本书以发酵生产共性工艺技术为主线，主要介绍的内容包括生产菌种的选育培养、灭菌与除菌工艺及设备、厌氧发酵工艺及设备、好氧发酵工艺及设备、发酵动力学、发酵过程参数检测及控制以及发酵产物的分离提取。
《发酵工艺与设备》自2011年出版发行以来，被许多高等院校选作生物、医药、食品、化工等专业发酵工程或发酵工艺学课程教材，受到广大师生和读者的欢迎，多次重印。这次再版根据反馈的意见和建议进行了全面修订。为了使读者对发酵工程有更加直观的认识，保留并修订了谷氨酸生产实例（分别安排在不同章的最后一节），主要修订情况如下。
1.在第三章新增了“谷氨酸发酵设备及培养基灭菌”一节。
2.将“发酵过程参数的检测及其控制”调整为第七章，新增了“谷氨酸发酵过程的自动控制”一节。
3.将“发酵产物的分离提取”调整为第八章，新增了“谷氨酸发酵清洁生产”内容。
在内容编排上与第一版基本相同，以发酵生产共性工艺技术为主线，内容主要包括生产菌种的选育培养、灭菌与除菌工艺及设备、厌氧发酵工艺及设备、好氧发酵工艺及设备、发酵动力学以及发酵过程参数检测及控制，最后简要介绍发酵产物的分离提取。在修订时仍注重实用性，尽量避免了过多的理论分析及复杂的数学运算，重点培养学生的实际应用能力。
本书修订工作主要由武汉轻工大学（原武汉工业学院）陶兴无完成。限于作者水平，在内容及编排方面存在的错误或欠妥之处，恳请批评指正。在本书编写过程中参考了大量文献，要特别感谢文献的作者及支持帮助本书修订出版的读者和同行们。
陶兴无
2015年5月于武汉
陶兴无，武汉轻工大学，教授，1982年毕业于湖北工业大学工业发酵专业（本科）后留校任教，1988年毕业于江南大学发酵工程专业(硕士研究生)。1988年起在武汉市科委生物技术中心工作，2000年至今在武汉工业学院生物与制药工程学院任生物工程专业教师。为本科生和研究生讲授《生物工程设备》、《生物制药设备》、《生物工程与工艺学》、《发酵工艺学》、《发酵代谢调控》、《发酵产品工艺学》、《发酵(制药)工厂设计》和《生物工程概论》等课程。
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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