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發酵工藝與設備(高等學校生物工程專業教材) 版權信息
- ISBN：9787518434725
- 條形碼：9787518434725 ; 978-7-5184-3472-5
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
發酵工藝與設備(高等學校生物工程專業教材) 本書特色
本書是高等學校生物工程專業教材，中國輕工業“十三五”規劃教材，每章設計教學目標及思考題，以便學生掌握課程。
發酵工藝與設備(高等學校生物工程專業教材) 內容簡介
本書主要介紹了工業發酵從原料到*終產品獲得的整個過程涉及的工藝和設備相關知識，包括厭氧發酵和好氧發酵、氧傳遞工程理論、空氣凈化工程理論、滅菌工程理論、噬菌體防治理論以及發酵產品分離提純的原理和單元操作等。本書符合應用型專業人才培養目標及課 程教學的要求，注重實用性，為學生將來長期從事生物、食品、釀酒、能源等 領域的技術與研究工作奠定良好的基礎。 本書適合生物工程、生物技術、食品科學與工程、釀酒工程等專業的本科師生使用，也可供相關專業的研究生及企業技術人員參考。
發酵工藝與設備(高等學校生物工程專業教材) 目錄
目 錄
**章 緒論
**節 發酵工程概述
第二節 發酵工業的內容及特點
第三節 發酵工程的應用領域
第四節 發酵工程的發展趨勢
第五節 發酵工程對人類社會發展的意義
思考題
參考文獻
第二章 工業發酵菌種
**節 發酵工業的常用微生物
第二節 發酵工業菌種的分離篩選
第三節 發酵工業菌種選育
第四節 發酵工業菌種的擴大培養及保藏
思考題
參考文獻
第三章 工業發酵培養基
**節 工業發酵培養基的基本要求
第二節 工業發酵培養基的成分及來源
第三節 微生物的培養基類型
第四節 發酵培養基的設計原理與優化方法
思考題
參考文獻
第四章 滅菌與除菌工藝及設備
**節 發酵生產中有害微生物的控制
第二節 培養基滅菌
第三節 無菌空氣制備
第四節 設備與管道的清洗與滅菌
思考題
參考文獻
第五章 厭氧發酵工藝及設備
**節 厭氧發酵產物的合成機制
第二節 厭氧發酵的工藝控制
第三節 厭氧發酵設備
第四節 厭氧發酵工藝實例
思考題
參考文獻
第六章 好氧發酵工藝及設備
**節 好氧發酵產物的合成機制
第二節 發酵過程的工藝控制
第三節 機械攪拌通風發酵罐 (通用式發酵罐)
第四節 其他液態通風發酵罐
第五節 固態通風發酵設備
第六節 好氧發酵工藝實例
思考題
參考文獻
第七章 工業發酵的染菌與防治
**節 染菌的檢查及原因分析
第二節 染菌對不同發酵過程的影響
第三節 染菌發生的不同時間對發酵的影響
第四節 發酵異，F象及原因分析
第五節 雜菌污染的預防
第六節 染菌的挽救和處理
第七節 噬菌體污染及其防治
思考題
參考文獻
第八章 發酵動力學
**節 發酵過程的定量描述方法
第二節 微生物細胞生長動力學模型
思考題
參考文獻
第九章 發酵產物的提取與精制
**節 發酵產物分離的特點與過程設計
第二節 發酵產物分離單元操作原理及設備
思考題
參考文獻
第十章 發酵工業清潔生產技術
**節 概述
第二節 清潔生產與可持續發展
第三節 發酵工業清潔生產的重要性
第四節 實施清潔生產的過程及途徑
第五節 發酵行業清潔生產工藝技術
第六節 發酵工廠清潔生產的實例
思考題
參考文獻
第十一章 發酵經濟學
**節 概述
第二節 影響發酵產品成本的主要因素
第三節 發酵過程的經濟學評價
思考題
參考文獻
第十二章 發酵工業與環境保護
**節 概述
第二節 發酵工業 “三廢” 處理
第三節 發酵工業廢水廢渣處理的方法
第四節 廢棄資源綜合利用的實例
思考題
參考文獻
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發酵工藝與設備(高等學校生物工程專業教材) 節選
第六章 好氧發酵工藝及設備 學習目標： 1. 掌握機械攪拌通風發酵罐的結構及幾何尺寸、 體積與熱量傳遞的計算, 氣升式反應器的特點, 機械攪拌自吸式發酵罐, 機械通風固體曲發酵設備。 2. 熟悉機械攪拌通風發酵罐的通風與溶氧傳質, 攪拌與流變特性, 氣升環流式發酵罐的主要結構及操作參數, 自吸式發酵罐的特點, 噴射自吸式發酵罐, 壓力脈動固態發 酵罐。 3. 了解自然通風固體曲發酵設備。 通風發酵罐為好氧發酵罐, 應具有良好傳質和傳熱性能, 結構嚴密, 防雜菌污染, 培 養基流動與混合良好, 良好的檢測與控制, 設備較簡單, 方便維護檢修, 能耗低等特點。 常用的通風發酵罐有機械攪拌式、 氣升式和自吸式等, 其中機械攪拌通風發酵罐應用*為 廣泛。 **節 好氧發酵產物的合成機制 一、 微生物的基本代謝及產物 微生物的新陳代謝途徑錯綜復雜, 代謝產物多種多樣。 按照代謝活動與生長繁殖的關系, 人們習慣將微生物的代謝分為初級代謝和次級代謝。 (一) 初級代謝及產物 細胞主要由 C、 H、 O、 N、 S 和 P 六種元素組成, 另外細胞還需用于維持酶活性和體 內平衡所需的微量元素 (如 Fe、 Zn、 Mo 等) 。 細胞的組成分子主要是核酸、 蛋白質、 多 糖、 脂質等生物大分子, 它們源 自 一 些 低 相 對 分 子 質 量 的 前 體 ( 核 苷 酸、 氨 基 酸、 單 糖、 磷脂等) 。 除這些生物大分子和前體外, 細胞的生長還需要約 20 種輔酶和電子載 體。 微生物通過各種代謝途徑提供細胞生命活動所需要的能量, 并利用各種原料構建其 細胞組分。 初級代謝是與生物的生長繁殖有密切關系的代謝活動, 在細胞生長繁殖期表現旺盛且 普遍存在于一切生物中。 營養物質的分解和細胞物質的合成構成了微生物初級代謝的兩個主要方面。 在代謝過程中凡是能釋放能量的物質 (包括營養和細胞物質) 的分解過程被稱 為分解代謝; 吸收能量的物質的合成過程被稱為合成代謝。 細胞的分解代謝可為微生物提 供能量、 還原力 (NADH、 FADH2 和 NADPH) 和小分子前體, 用于細胞物質的合成, 使 細胞得以生長和繁殖。 而合成代謝必須與分解代謝相偶聯才能滿足合成代謝所需的前體和 能量。 生長和產物合成所需的前體決定了細胞所需養分的種類和數量, 細胞生長速率也基本上和生物合成的凈速率相等, 整個代謝過程呈現出復雜性和整體性。 初級代謝產物是初級代謝生成的產物, 如氨基酸、 蛋白質、 核苷酸、 核酸、 多糖、 脂 肪酸、 維生素等, 它們與微生物的生長繁殖有密切關系。 這些代謝產物往往是各種不同種 生物所共有的, 且受生長環境影響不大。 微生物的初級代謝產物不僅是菌體生長繁殖所必需的成分, 同樣也是具有廣泛應用前 景的化合物。 例如, 氨基酸、 核苷酸、 脂肪酸、 維生素、 蛋白質、 酶類、 多糖、 有機酸等 被分離精制成各種功能食品、 醫藥產品、 輕工產品、 生物制劑等。 (二) 次級代謝及產物 次級代謝是與生物的生長繁殖無直接關系的代謝活動, 是某些生物為了避免初級代謝 中間產物的過量積累或由于外界環境的脅迫而產生的一類有利于其生存的代謝活動。 例 如, 某些微生物為了競爭營養物質和生存空間, 分泌抗生素來抑制其他微生物的生長甚至 殺死它們。 次級代謝途徑復雜多變, 很難進行分類總結。 次級代謝產物是次級代謝合成的產物, 如抗生素、 生物堿、 色素、 毒素等, 它們與微 生物的生長繁殖無直接關系, 這些代謝產物往往是特定物種在特定生長階段產生的, 且受 生長環境影響很大。 目前, 就整體來說, 人們對于次級代謝產物的了解遠遠不及對初級代謝產物的了解那 樣深入。 與初級代謝產物相比, 次級代謝產物種類繁多, 類型復雜。 迄今對次級代謝產物 的分類還沒有統一的標準。 根據結構和生理活性的不同, 次級代謝產物可大致分為抗生 素、 生長刺激素、 維生素、 色素、 毒素、 生物堿等不同類型。 1. 抗生素 抗生素是生物在其生命活動過程中產生的 (或在生物產物的基礎上經化學或生物方法 衍生的) 在低微濃度下能選擇性地抑制或影響其他種生物機能的化學物質。 抗生素是生物 合成或半合成的次級代謝產物, 相對分子質量不大。 微生物是抗生素的主要來源, 其中以 放線菌產生的*多, 真菌次之, 細菌又次之。 雖然目前人們對于抗生素對產生菌本身有無 生理作用還不是十分清楚, 但它能在細胞內積累或分泌到細胞外, 并能抑制其他種類微生 物的生長或殺死它們, 因而這類化合物常被用于防治人類、 動物的疾病與植物的病蟲害, 是人類使用*多的一類抗菌藥物。 目前醫療上廣泛應用的抗生素有青霉素、 鏈霉素、 慶大 霉素、 金霉素、 土霉素、 制霉菌素等。 2. 生長刺激素 生長刺激素主要是由植物和某些細菌、 放線菌、 真菌等微生物合成, 并能刺激植物生長的一類生理活性物質。 例如, 赤霉素是農業上廣泛應用的一種植物生長刺激素。 赤霉素 是某些植物、 真菌、 細菌分泌的特殊物質, 可取代光照和溫度, 打破植物的休眠, 常被用 于促進植物迅速生長, 提早收獲期, 增加產量。 許多霉菌、 放線菌和細菌也能產生類似赤 霉素的生長刺激素。 3. 維生素 在這里, 維生素是指某些微生物在特定條件下合成遠遠超過產生菌正常需要的那部分 維生素。 例如, 丙酸菌在培養過程中能積累維生素 B12 , 某些細菌、 酵母菌能夠產生大量 的核黃素。 4. 色素 色素是指微生物在代謝中合成的、 積累在胞內或分泌于胞外的各種呈色次級代謝產 物。 微生物王國是一個絢麗多彩的世界, 許多微生物都具有產生或釋放色素物質的能力。 例如, 紅酵母 (Rhodotorula) 能分泌出類胡蘿卜素, 而使細胞呈現黃色或紅色。 紅曲霉 (Monascus) 產生的紅曲素使菌體呈現紫紅色。 微生物能產生種類繁多的天然色素, 通過 微生物生產色素是一種有效的天然色素生產途徑, 越來越受到人們的重視。 5. 毒素 毒素是指一些微生物產生的對人和動植物細胞有毒殺作用的次級代謝產物。 能夠產生 毒素的微生物類群主要包括細菌和霉菌兩大類。 微生物在生命活動過程中釋放或分泌到周 圍環境的毒素稱為外毒素, 主要是一些單純蛋白質。 產生外毒素的細菌主要是革蘭陽性 菌, 如白喉桿菌 (Corynebacterium diphtheriae) 、 破傷風桿菌 ( Clostridium tetani) 肉毒桿菌 (Clostridium botulinum) 和金黃色葡萄球菌 ( Staphyloccocus aureus) , 還有少數革蘭陰性菌, 如痢疾桿菌 ( Shigella) 和霍亂弧菌 ( Vibrio cholera) 等。 革蘭陰性菌細胞壁外壁層上有一 種特殊結構, 在菌體死亡自溶或黏附在其他細胞上時才表現出毒性, 稱為內毒素, 它是由 多糖、 抗原、 核心多糖和類脂 A 組成的復合體。 真菌產生的毒素種類也很多, 如黃曲霉 ( Aspergillus flavus) 和寄生曲霉 ( Aspergillus parasiticus Speare) 所產生的曲霉毒素, 青霉 (Penicilliurn) 和曲霉 ( Aspergillus) 產生的展青霉素, 鐮刀菌屬 ( Fusarium) 產生的鐮刀 菌毒素, 以及一些大型真菌所產生的毒素等。 6. 生物堿 生物堿是存在于天然生物界中含氮原子的堿性有機化合物, 主要存在于植物中, 常具 有明顯的藥理學活性。 按照生物堿的結構分類, 重要的類型有吡咯烷類、 吡啶類、 莨菪烷 類、 異喹啉類、 有機胺類、 吲哚類等。 目前發現的許多生物堿與植物內生真菌有關。 例 如, 紫杉醇就是一個二萜類的生物堿, 該化合物具有獨特的抑制微管解聚和促進微管聚 合的作用, 是 一 種 良 好 的 廣 譜 抗 腫 瘤 藥 物, 目 前 發 現 許 多 植 物 內 生 真 菌 能 夠 產 生 紫 杉醇。 (三) 初級代謝與次級代謝的關系 初級代謝和次級代謝是一個相對的概念, 兩者既有聯系又有區別。 兩者之間的區別主 要表現如下。 (1) 次級代謝存在于一些特定生物中, 而且不同生物的次級代謝途徑和產物不同。 而 不同生物的初級代謝產物基本沒有差異或差異不大。 (2) 次級代謝產物對生物本身來說不是其生存所必需的物質, 即使某些次級代謝途徑 出現障礙也不會給機體的生存和生長帶來太大危害。 而初級代謝產物, 如單糖、 核苷酸、 氨基酸、 脂肪酸等單體以及由其組成的各種生物大分子 ( 如多糖、 核酸、 蛋白質、 脂質 等) 都是機體生存必不可少的物質, 只要這些物質的分解或合成過程中任何一個環節出問 題, 都可能給生命活動帶來影響, 輕則影響生物的生長繁殖, 重則導致死亡。 (3) 次級代謝在微生物生長特定階段才出現, 它和細胞生長的過程往往不是同步的。 例如, 青霉素的合成在生產菌的生長速率開始下降時才開始。 而初級代謝存在于生命活動 的一切過程中, 在細胞生長和繁殖時尤其旺盛, 因而往往和細胞生長過程同步。 (4) 次級代謝產物種類繁多, 往往含有不尋常的化學鍵。 每種類型的次級代謝產物是一群化學結構非常相似而成分不同的混合物。 而初級代謝產物的性質和類型在不同生物 中基本相同。 例如, 組成蛋白質的 20 種常見氨基酸、 組成核酸的 5 種常見核苷酸在不同 生物中都是一樣的, 在生物生長和繁殖過程中發揮的重要作用也基本類似。 (5) 機體內兩種代謝類型在遺傳上的穩定性不同。 控制次級代謝產物合成的基因可能 不在染色體 DNA 上, 而是存在于游離的環狀 DNA 分子 ( 質粒) 中, 這些質粒可以轉移、 整合、 重組甚至消失。 控制初級代產物合成的基因一般都存在于染色體 DNA 上, 穩定性 要高得多。 (6) 機體內兩種代謝類型對環境的敏感性不同。 次級代謝對環境條件的變化敏感, 往 往隨著環境的不同而產生不同的產物。 而初級代謝對環境變化的敏感性小得多, 較穩定。 (7) 催化次級代謝產物合成的酶專一性較差, 往往結構上類似的底物都能夠被同一種 酶催化。 例如, 青霉素合成中的酰基轉移酶可以將不同的；鶄孺溵D移到青霉素母核 6 - APA 的 7 位氨基上, 因而天然青霉素發酵形成了五種不同的成分, 分別為青霉素 G、 V、 O、 F、 X。 而催化初級代謝產物合成的酶專一性總是很高, 因為差錯會導致嚴重的后果。 雖然初級代謝和次級代謝有諸多不同, 但它們之間也有著非常密切的聯系, 總體表現 為初級代謝是次級代謝的基礎, 初級代謝為次級代謝提供前體或起始物。 以內酰胺類抗生 素的生物合成為例, 青霉素生物合成的起始物是 α-氨基己二酸、 L-半胱氨酸、 L-纈氨酸。 這三種氨基酸都是微生物的初級代謝產物, 但是它們又被用來合成青霉素、 頭孢菌素 L 等 次級代謝產物。 大環內酯類抗生素———阿維菌素的生物合成以異亮氨酸和纈氨酸為起始 物。 多肽類抗生素是由氨基酸通過肽鍵連接而合成的。 此外, 初級代謝的一些關鍵中間產 物也是次級代謝合成中重要的中間體物質, 如乙酰 CoA、 莽草酸和丙二酸等是許多次級代 謝的中間體物質。 另外, 初級代謝的調控影響到次級代謝產物的生物合成。 初級代謝往往受到嚴格的代 謝調控。 當一些初級代謝產物和次級代謝相關時, 初級代謝途徑的調控必然影響到相關的 次級代謝。 例如, 在青霉素發酵中, 產黃青霉 ( Penicillium chrysogenum Thom) 菌株胞內 的 α-氨基己二酸濃度與青霉素的產量有著直接的關系, 向生長菌體或靜息細胞的培養液 中加入外源的 α-氨基己二酸可有效提高青霉素的產量。 再者, 初級代謝也是次級代謝主 要的能量和還原力來源。 例如, 糖類、 脂類、 氨基酸的分解代謝產生的能量和還原力也可 以用于次級代謝。
發酵工藝與設備(高等學校生物工程專業教材) 作者簡介
孫美玲，湖北大學教授，碩導，研究方向為食品科學與工程，長期從事食品營養與健康的產品開發與成果轉化，承擔《微生物學》《發酵工藝與設備》等課程教學。近五年主持并完成廳（局）級科研項目27項，指導學生完成大學生創新創業訓練項目8項。公開發表論文42篇，申請發明專利8項，編著出版高校教材6套（主編2套）。獲長城食品安全科學技術國家二等獎1項；獲第八屆中國膳食纖維產業大會科技創新二等獎1項；獲FFC2022中國功能性食品大會科技創新獎1項等。 指導學生獲第五屆全國大學生生命科學創新創業大賽創業組二等獎1項；參加“全國大學生挑戰杯”創業組湖北賽區銀獎3項，創新組湖北賽區銅獎3項；參加中華職業教育創新創業大賽獲應用本科組銅獎2項；參加湖北省大學生生物技能競賽獲微生物學單項二等獎1項；指導學生畢業論文多次獲省級優秀學士學位論文等。 現為湖北大學知行學院學術委員會主任，湖北省“食品生物技術”優秀教學團隊負責人，湖北省精品資源共享課、湖北省一流本科課程《發酵工藝與設備》負責人。個人獲“2020年度在江岸區有影響的高水平人才”“2022年度江岸區最美科技工作者”等稱號。
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