发酵工程

生物技术产业是国家经济发展的战略性支柱产业,它的发展与科技水平、人类文明和人类健康等息息相关。生物技术在解决伴随着经济和社会的迅速发展而出现的粮食短缺、环境污染、疾病危害、能源和资源短缺、气候异常等一系列重大问题中发挥重要作用。发酵工程作为现代生物技术产业化的支撑技术体系,与分子生物学、微生物基因组学、蛋白质组学、生物信息学、生物催化工程和人工智能控制学等多种前沿学科密切交融,上述学科的发展拓宽了发酵工程学的研究领域,使发酵工程学成为解决人类面临的能源、资源和环境等持续性发展问题的关键技术之一。 

几年来发酵工业取得了迅猛的发展,国内外期刊每年发表大量发酵工程的研究和综述性论文,但是国内轻工业院校所使用的发酵工程教材普遍较早,无法让学生及时了解发酵工程领域内的最新进展。本教材撰写单位 (黄淮学院)拥有河南省发酵工程实验教学中心、河南省农 (副)产品资源化利用工程研究中心;生物工程专业获批为省级一流专业, 《生物分离工程》《食用菌栽培技术》为省级一流课程。近年来,本教材撰写单位团队承担完成了多项国家自然科学基金、省级重大专项课题,为本书的编写提供了理论联系实践的案例素材。 

为了满足理论与实践相结合和培养学生自主学习习惯等教学改革,本教材以工业微生物选育、保藏、发酵前期准备、发酵过程优化控制和发酵产品的分离纯化为主线。全书内容分为菌种选育与微生物代谢 (工业微生物的选育、发酵培养基的制备、无菌工程、发酵工艺优化和微生物代谢),发酵过程与控制 (发酵动力学、发酵控制和杂菌污染的防治、发酵工艺放大、固态发酵),分离纯化 (固液分离、发酵产品初级纯化、发酵产品的精制及加工)和废弃物的处理 (废渣和废液的处理、清洁生产)四部分。与国内外同类教材相比,本教材突出案例驱动式教学和线上线下混合式教学,每章给出和本章主要内容密切相关的案例,布置相应的任务,提供本章的参考数字资源 (二维码),让学生在课前以任务为导向去预习本章和数字资源 (包含校内或校外资源,仅供参考,与本章内容并不完全一致),完成本章的学习任务,带着问题上课,培养学生的自主学习习惯。因此,本教材不仅具有较强的理论指导意义,同时也具有实践价值,是一本适合普通高等教育生物工程、发酵工程、生物技术专业本科生使用的教材,也可供生物化工等相关行业的对应专业的研究生和科研人员参考。 

本书在编写过程中,注意凝练每章的主要关键问题,并以问题为导向,引导学生自主学习、主动实践探索,本书设想通过该课程的学习,尽可能提高生物大类专业的学生面向生物产业的实践创新创业能力和专业自信,以满足生物产业快速发展之所需。为此,在引导学生学习过程中,还会配套组织各种网络资源,帮助学生按照导读问题不断深入学习, 尽可能深刻透彻地掌握好这门课程。 

尽管编写团队力图在本教材中注重结合理论性和实践性、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,请广大读者批评指正。 
另外,本教材在编写过程中引用和参考了部分已公开发表的论文、专著,在此一并感谢。 

编者 
2022年3月 

为了满足理论与实践相结合和培养学生自主学习习惯等教学改革要求,本教材以工业微生物选育、保藏、发酵前期准备、发酵过程优化控制和发酵产品的分离纯化为主线编写。全书内容分为菌种选育与微生物代谢、发酵过程与控制、分离纯化、废弃物的处理四大部分。与国内外同类教材相比 , 本教材突出案例驱动式教学和线上线下混合式教学的特点 , 每章给出和本章主要内容密切相关的案例 , 布置相应的任务 , 提供本章的参考数字资源 , 让学生在课前以任务为导向去预习本章和数字资源 ,完成本章的学习任务 , 带着问题上课 ,培养学生的自主学习习惯。因此 , 本教材不仅具有较强的理论指导意义 , 同时也具有实践价值 , 是一本适合普通高等教育生物工程、发酵工程、生物技术专业本科生使用的教材 , 也可供生物化工等相关行业的对应专业的研究生和科研人员参考。

李恩中，博士，教授，黄淮学院生物与食品工程学科带头人，硕士生导师，河南省青年骨干教师，河南省高校科技创新人才，驻马店市学术技术带头人；河南省发酵工程实验教学示范中心负责人，黄淮学院“动物繁育研究中心”负责人，黄淮学院农副产品发酵工程与应用协同创新中心负责人。主要研究领域有精原干细胞与动物繁育、农副产品生物转化等。主持多项河南省自然科学基金项目，发表多篇科技论文和教改论文。

绪 论 
第1部分 菌种选育与微生物代谢 
第1章 工业微生物菌种的选育与保藏
第1节 工业微生物的来源 
第二节 工业微生物菌种的选育 
第三节 菌种的退化、复壮与保藏 
思考题
参考文献
第二章 发酵原料的制备 
第1节 工业发酵培养基的组分
第二节 发酵培养基的选择和配制原则 
第三节 淀粉质可发酵性糖的制备
第四节 非淀粉质原料制备可发酵性糖
思考题 
参考文献 
第三章 无菌工程 
第1节 灭菌方法 
第二节 加热灭菌原理 
第三节 培养基及设备灭菌
第四节 无菌空气制备
思考题 
参考文献 
第四章 发酵工艺条件的优化 
第1节 培养基的设计和优化 
第二节 培养条件的优化 
第三节 发酵工艺优化中的统计方法 
思考题
参考文献 
第五章 微生物代谢 
第1节 微生物的能量代谢 
第二节 微生物的物质代谢 
第三节 微生物的初级代谢与次级代谢
第四节 微生物的代谢调控与发酵生产 
第五节 厌氧发酵产物积累机制 
第六节 好氧发酵机制 
思考题 
参考文献 
第二部分 发酵过程与控制 
第六章 微生物反应动力学 
第1节 微生物生长动力学 
第二节 基质消耗动力学 
第三节 代谢产物的生成动力学
第四节 细胞死亡动力学 
思考题 
参考文献 
第七章 发酵过程控制 
第1节 发酵过程中的主要参数的检测方法 
第二节 发酵过程控制 
第三节 发酵终点的判断 
思考题 
参考文献 
第八章 工业发酵染菌的防治
第1节 工业发酵染菌的危害 
第二节 染菌的检查、分析和防治 
思考题 
参考文献 
第九章 发酵工程工艺放大 
第1节 种子培养及放大 
第二节 发酵工艺的放大 
思考题 
参考文献
第十章 固态发酵 
第1节 白酒固态发酵 
第二节 酱油的酿造 
第三节 食醋的酿造工艺
第四节 酶制剂的固态发酵 
第五节 生物农药的固态发酵 
思考题
参考文献
第三部分 分离纯化 
第十一章 发酵液的预处理和固液分离技术 
第1节 发酵液的预处理 
第二节 固液分离技术 
第三节 细胞的破碎 
思考题 
参考文献 
第十二章 发酵产品的初级分离 
第1节 沉淀分离 
第二节 膜分离
第三节 萃取
思考题 
参考文献 
第十三章 发酵产物的精制及加工 
第1节 吸附和离子交换 
第二节 层析 
第三节 结晶 
第四节 干燥 
思考题 
参考文献 
第四部分 废弃物的处理 
第十四章 发酵废弃物的处理 
第1节 发酵废弃物生产单细胞蛋白 
第二节 发酵纤维质废弃物生产酒精 
第三节 其他生物能源开发 
第四节 发酵废弃物资源化与生态农业 
思考题 
参考文献 
第十五章 废液的处理 
第1节 发酵工业废水好氧生物处理 
第二节 发酵工业废水厌氧生物处理 
第三节 发酵工程在工业有机废水处理中的典型应用 
思考题
参考文献 
第十六章 清洁生产 
第1节 清洁生产的概念和理论基础
第二节 发酵企业实施清洁生产技术 
思考题 
参考文献