本書是一部系統論述固態發酵的基本原理及其套用的專著。首先介紹了固態發酵的本質內涵及其發展歷程；其次，分別從生物學角度和過程工程學角度闡述了固態發酵的本質及其影響因素；再次，詳細介紹了好氧固態發酵、厭氧固態發酵、吸附載體固態發酵的基本原理、配套工藝及其產業化的相關情況；最後，基於作者對固態發酵的研究及認識提出了固態發酵的發展前景。 本書技術前沿，原創性較強，英文版由Springer公司出版。本書適合發酵工程、生化工程、食品工程等領域的高校、研究院所研究生。及企業相關技術人員參考閱讀。
基本介紹
- 書名：現代固態發酵技術:理論與實踐
- 作者：陳洪章
- 出版日期：2013年10月1日
- 語種：簡體中文
- ISBN：7122168743
- 外文名：Modern Solid State Fermentation:Theory and Practice
- 出版社：化學工業出版社
- 頁數：244頁
- 開本：16
- 品牌：化學工業出版社
內容簡介,圖書目錄,序言,
內容簡介
《現代固態發酵技術:理論與實踐》技術前沿，原創性較強，英文版由Springer公司出版。《現代固態發酵技術:理論與實踐》適合發酵工程、生化工程、食品工程等領域的高校、研究院所研究生。及企業相關技術人員參考閱讀。
圖書目錄
1緒論
1.1固態發酵簡介1
1.1.1固態發酵的內涵1
1.1.2固態發酵與液態發酵的區別3
1.1.3固態發酵的優勢及套用4
1.2現代固態發酵的調控6
1.2.1基於固態發酵生物學特性的發酵調控6
1.2.2基於固體基質特性的發酵調控6
1.3固態發酵工程的發展11
1.3.1固態發酵的上游工程11
1.3.2固態發酵的中游工程13
1.3.3固態發酵的下游及輔助工程16
1.3.4發酵產品的後處理17
參考文獻18
2固態發酵生物技術學原理
2.1固態發酵生物生理學概述20
2.1.1微生物代謝特徵20
2.1.2固態發酵界面特性及其對微生物代謝的影響23
2.1.3固態基質中的絲狀微生物生長26
2.1.4固態基質中的細菌生長36
2.1.5固態基質中的酵母菌生長38
2.1.6基於“分段拼接”思想的營養性載體基質固態發酵過程數值模擬39
2.2固態發酵固相基質特性48
2.2.1適用於固態發酵的固體基質種類48
2.2.2固態發酵固體基質的前處理53
2.2.3影響固態發酵的原料特性參數54
2.3固態發酵大規模無菌操作技術與接種技術55
2.3.1固態發酵大規模無菌操作技術55
2.3.2固態發酵接種技術58
參考文獻58
3固態發酵工程與過程放大原理
3.1固態發酵的本質61
3.1.1發酵基質三相配比與微生物生理的關係61
3.1.2氣相基質的特點及在固態發酵中的作用65
3.1.3蒸散過程對固態發酵的影響65
3.2固態發酵系統傳遞過程原理67
3.2.1固態發酵質量熱量傳遞概論68
3.2.2固態發酵基質熱量、濕分和溶質傳輸過程的理論基礎69
3.2.3影響傳遞過程的固態基質物性參數73
3.2.4營養性載體基質的傳遞性質隨菌體生長的變化75
3.3微生物生長中的物質能量傳遞88
3.3.1基質中空氣的分布與傳遞89
3.3.2微生物對基質中熱量傳遞過程的影響89
3.3.3微生物生長對基質水分傳遞的影響90
3.4固態發酵反應器的設計與放大91
3.4.1固態發酵反應器92
3.4.2影響固態發酵反應器設計的因素93
3.4.3固態發酵反應器放大原則95
參考文獻98
4好氧固態發酵
4.1好氧固態發酵生物學及物理學基礎101
4.1.1好氧固態發酵研究概況101
4.1.2好氧微生物與營養102
4.1.3好氧固態發酵中的物理化學作用104
4.1.4好氧固態發酵反應器108
4.2混菌固態發酵技術109
4.2.1混菌固態發酵的研究概況109
4.2.2混菌固態發酵工藝原理109
4.2.3混菌固態發酵評價111
4.2.4混菌固態發酵的關鍵技術112
4.2.5混菌固態發酵在生產中的套用112
4.3靜態密閉式好氧固態發酵技術114
4.3.1淺盤式好氧固態發酵技術114
4.3.2填充床式好氧固態發酵技術119
4.4動態密閉式固態發酵技術124
4.4.1轉鼓式好氧固態發酵技術125
4.4.2氣固流化床式好氧固態發酵技術130
4.4.3氣相雙動態好氧固態發酵技術131
4.4.4不同工藝操作條件下固態基質發酵過程數值模擬134
參考文獻143
5厭氧固態發酵
5.1厭氧固態發酵的生物學及物理學基礎147
5.1.1厭氧固態發酵與好氧固態發酵的異同147
5.1.2厭氧固態發酵的生物學基礎148
5.1.3厭氧固態發酵的物理學基礎150
5.2厭氧固態發酵的類型151
5.2.1混菌厭氧固態發酵151
5.2.2純種厭氧固態發酵163
5.3厭氧固態發酵反應器164
5.3.1乙醇發酵反應器165
5.3.2沼氣乾發酵反應器167
5.4厭氧固態發酵的套用169
5.4.1在飼料青貯中的套用169
5.4.2有機固體廢物厭氧固態處理172
參考文獻175
6吸附載體固態發酵原理與套用
6.1吸附載體固態發酵概論178
6.1.1吸附載體固態發酵178
6.1.2吸附載體固態發酵的優點179
6.2吸附載體固態發酵材料182
6.2.1惰性載體材料特性182
6.2.2惰性載體材料種類182
6.2.3吸附載體固態發酵原料處理183
6.2.4惰性載體上的微生物生長特性185
6.3吸附載體固態發酵的基本工藝及反應器188
6.3.1填充塔式吸附載體固態發酵188
6.3.2重複批次吸附載體固態發酵188
6.3.3連續式吸附載體固態發酵189
6.3.4臥式吸附載體固態發酵192
6.4吸附載體固態發酵工藝最佳化193
6.4.1含水量對吸附載體固態發酵的影響193
6.4.2水活度以及底物濃度對吸附載體固態發酵的影響195
6.4.3載體尺寸大小對吸附載體固態發酵的影響195
6.4.4載體堆積高度對吸附載體固態發酵的影響198
6.5吸附載體固態發酵的套用199
6.5.1以聚氨酯泡沫為載體固態發酵法生產克拉維酸199
6.5.2以聚氨酯泡沫為載體固態發酵法生產鹼性蛋白酶204
6.5.3固態發酵生產克拉維酸的連續化及其反應器209
6.5.4以聚氨酯泡沫為載體固態發酵法生產黃原膠216
6.5.5以聚氨酯泡沫為載體固態發酵法生產細菌纖維素219
6.6吸附載體固態發酵的前景220
6.6.1吸附載體固態發酵的經濟可行性及發展前景220
6.6.2吸附載體固態發酵存在的問題220
參考文獻221
7現代固態發酵的發展趨勢和套用前景
7.1固態發酵的發展趨勢224
7.1.1對固態發酵本質的深入認知225
7.1.2固態發酵線上監測技術的研究與套用225
7.1.3固態發酵設備的研製225
7.1.4混合菌群的認知及廣泛套用226
7.1.5多學科交叉中的固態發酵227
7.2固態發酵的套用前景以固態發酵為核心的生物質生物轉化技術體系的構建227
7.2.1生物質生物轉化體系的特殊性227
7.2.2固態發酵特徵與生物質生物轉化適用性231
7.2.3以固態發酵為核心的生物質生物轉化研究進展234
參考文獻242
1.1固態發酵簡介1
1.1.1固態發酵的內涵1
1.1.2固態發酵與液態發酵的區別3
1.1.3固態發酵的優勢及套用4
1.2現代固態發酵的調控6
1.2.1基於固態發酵生物學特性的發酵調控6
1.2.2基於固體基質特性的發酵調控6
1.3固態發酵工程的發展11
1.3.1固態發酵的上游工程11
1.3.2固態發酵的中游工程13
1.3.3固態發酵的下游及輔助工程16
1.3.4發酵產品的後處理17
參考文獻18
2固態發酵生物技術學原理
2.1固態發酵生物生理學概述20
2.1.1微生物代謝特徵20
2.1.2固態發酵界面特性及其對微生物代謝的影響23
2.1.3固態基質中的絲狀微生物生長26
2.1.4固態基質中的細菌生長36
2.1.5固態基質中的酵母菌生長38
2.1.6基於“分段拼接”思想的營養性載體基質固態發酵過程數值模擬39
2.2固態發酵固相基質特性48
2.2.1適用於固態發酵的固體基質種類48
2.2.2固態發酵固體基質的前處理53
2.2.3影響固態發酵的原料特性參數54
2.3固態發酵大規模無菌操作技術與接種技術55
2.3.1固態發酵大規模無菌操作技術55
2.3.2固態發酵接種技術58
參考文獻58
3固態發酵工程與過程放大原理
3.1固態發酵的本質61
3.1.1發酵基質三相配比與微生物生理的關係61
3.1.2氣相基質的特點及在固態發酵中的作用65
3.1.3蒸散過程對固態發酵的影響65
3.2固態發酵系統傳遞過程原理67
3.2.1固態發酵質量熱量傳遞概論68
3.2.2固態發酵基質熱量、濕分和溶質傳輸過程的理論基礎69
3.2.3影響傳遞過程的固態基質物性參數73
3.2.4營養性載體基質的傳遞性質隨菌體生長的變化75
3.3微生物生長中的物質能量傳遞88
3.3.1基質中空氣的分布與傳遞89
3.3.2微生物對基質中熱量傳遞過程的影響89
3.3.3微生物生長對基質水分傳遞的影響90
3.4固態發酵反應器的設計與放大91
3.4.1固態發酵反應器92
3.4.2影響固態發酵反應器設計的因素93
3.4.3固態發酵反應器放大原則95
參考文獻98
4好氧固態發酵
4.1好氧固態發酵生物學及物理學基礎101
4.1.1好氧固態發酵研究概況101
4.1.2好氧微生物與營養102
4.1.3好氧固態發酵中的物理化學作用104
4.1.4好氧固態發酵反應器108
4.2混菌固態發酵技術109
4.2.1混菌固態發酵的研究概況109
4.2.2混菌固態發酵工藝原理109
4.2.3混菌固態發酵評價111
4.2.4混菌固態發酵的關鍵技術112
4.2.5混菌固態發酵在生產中的套用112
4.3靜態密閉式好氧固態發酵技術114
4.3.1淺盤式好氧固態發酵技術114
4.3.2填充床式好氧固態發酵技術119
4.4動態密閉式固態發酵技術124
4.4.1轉鼓式好氧固態發酵技術125
4.4.2氣固流化床式好氧固態發酵技術130
4.4.3氣相雙動態好氧固態發酵技術131
4.4.4不同工藝操作條件下固態基質發酵過程數值模擬134
參考文獻143
5厭氧固態發酵
5.1厭氧固態發酵的生物學及物理學基礎147
5.1.1厭氧固態發酵與好氧固態發酵的異同147
5.1.2厭氧固態發酵的生物學基礎148
5.1.3厭氧固態發酵的物理學基礎150
5.2厭氧固態發酵的類型151
5.2.1混菌厭氧固態發酵151
5.2.2純種厭氧固態發酵163
5.3厭氧固態發酵反應器164
5.3.1乙醇發酵反應器165
5.3.2沼氣乾發酵反應器167
5.4厭氧固態發酵的套用169
5.4.1在飼料青貯中的套用169
5.4.2有機固體廢物厭氧固態處理172
參考文獻175
6吸附載體固態發酵原理與套用
6.1吸附載體固態發酵概論178
6.1.1吸附載體固態發酵178
6.1.2吸附載體固態發酵的優點179
6.2吸附載體固態發酵材料182
6.2.1惰性載體材料特性182
6.2.2惰性載體材料種類182
6.2.3吸附載體固態發酵原料處理183
6.2.4惰性載體上的微生物生長特性185
6.3吸附載體固態發酵的基本工藝及反應器188
6.3.1填充塔式吸附載體固態發酵188
6.3.2重複批次吸附載體固態發酵188
6.3.3連續式吸附載體固態發酵189
6.3.4臥式吸附載體固態發酵192
6.4吸附載體固態發酵工藝最佳化193
6.4.1含水量對吸附載體固態發酵的影響193
6.4.2水活度以及底物濃度對吸附載體固態發酵的影響195
6.4.3載體尺寸大小對吸附載體固態發酵的影響195
6.4.4載體堆積高度對吸附載體固態發酵的影響198
6.5吸附載體固態發酵的套用199
6.5.1以聚氨酯泡沫為載體固態發酵法生產克拉維酸199
6.5.2以聚氨酯泡沫為載體固態發酵法生產鹼性蛋白酶204
6.5.3固態發酵生產克拉維酸的連續化及其反應器209
6.5.4以聚氨酯泡沫為載體固態發酵法生產黃原膠216
6.5.5以聚氨酯泡沫為載體固態發酵法生產細菌纖維素219
6.6吸附載體固態發酵的前景220
6.6.1吸附載體固態發酵的經濟可行性及發展前景220
6.6.2吸附載體固態發酵存在的問題220
參考文獻221
7現代固態發酵的發展趨勢和套用前景
7.1固態發酵的發展趨勢224
7.1.1對固態發酵本質的深入認知225
7.1.2固態發酵線上監測技術的研究與套用225
7.1.3固態發酵設備的研製225
7.1.4混合菌群的認知及廣泛套用226
7.1.5多學科交叉中的固態發酵227
7.2固態發酵的套用前景以固態發酵為核心的生物質生物轉化技術體系的構建227
7.2.1生物質生物轉化體系的特殊性227
7.2.2固態發酵特徵與生物質生物轉化適用性231
7.2.3以固態發酵為核心的生物質生物轉化研究進展234
參考文獻242
序言
固態發酵技術起源於中國，具有悠久的歷史。因其具有節水、節能、高得率、清潔等優勢，逐漸受到各國的重視。經過近幾十年的迅速發展，我國已成為發酵工業大國，發酵工業占全國工業總產值的比例逐年提高。但由於人們對固態發酵本質認識不夠深入，以及相關的發酵設備及其配套工藝研發滯後，造成了固態發酵在大規模套用中仍存在諸多問題。現有的與固態發酵相關的書籍多側重於發酵工藝的描述，而忽視了對固態發酵工藝中基本原理的探究。本書以作者近十幾年在固態發酵領域所獲得的科研成果及其相關產業化為主體內容，對固態發酵的原理和套用進行了系統介紹，以期提升我國固態發酵工業的技術水平，促進固態發酵工業更好的發展。
本書從固態發酵的本質出發，以自然界的固態發酵過程為指導，深入研究固態發酵過程中微生物的生物學特性；借鑑多孔介質理論，結合“三傳一反”原理，重點研究固態發酵的工藝過程。用基本理論解釋固態發酵現象，突出固態發酵的獨特優勢。 因此，每一章都從原理、技術、工藝、套用等幾方面展開論述。通過對基本原理的闡述，衍生出相關的技術；通過不同技術間的偶合，建立起成熟的工藝；通過多工藝的有機整合，建立了現代固態發酵技術平台，使讀者能更清晰地認識固態發酵，知其然，更能知其所以然。
本書首先介紹了固態發酵的本質內涵及其發展歷程；其次，分別從生物學角度和過程工程學角度論述固態發酵的本質及其影響因素；再次，詳細介紹了好氧固態發酵、厭氧固態發酵、吸附載體固態發酵的基本原理、配套工藝及其產業化的相關情況；最後，基於作者對固態發酵的研究及認識，提出了固態發酵的發展前景。
作者在該方面的研究得到了國家重點基礎研究發展計畫（“973”計畫）（2011CB707401）和國家高技術研究發展計畫（“863”計畫）（SS2012AA022502）的資助。另外，我的碩士和博士研究生的研究工作是本書得以出版的重要前提，特別是研究生段穎異、張志國、賀芹、李冠華、馬力通、王寧等參與本書中部分章節的寫作和許多文字工作。在本書編著過程中，參考了國內外前輩和同行們撰寫的書籍和期刊論文資料，在此一併表示衷心感謝。
本書不當之處誠請讀者批評指正，並歡迎來函指導。
陳洪章2013年8月於北京市中關村北二條1號
中國科學院過程工程研究所
Email:hzchen@homeipeaccn
本書從固態發酵的本質出發，以自然界的固態發酵過程為指導，深入研究固態發酵過程中微生物的生物學特性；借鑑多孔介質理論，結合“三傳一反”原理，重點研究固態發酵的工藝過程。用基本理論解釋固態發酵現象，突出固態發酵的獨特優勢。 因此，每一章都從原理、技術、工藝、套用等幾方面展開論述。通過對基本原理的闡述，衍生出相關的技術；通過不同技術間的偶合，建立起成熟的工藝；通過多工藝的有機整合，建立了現代固態發酵技術平台，使讀者能更清晰地認識固態發酵，知其然，更能知其所以然。
本書首先介紹了固態發酵的本質內涵及其發展歷程；其次，分別從生物學角度和過程工程學角度論述固態發酵的本質及其影響因素；再次，詳細介紹了好氧固態發酵、厭氧固態發酵、吸附載體固態發酵的基本原理、配套工藝及其產業化的相關情況；最後，基於作者對固態發酵的研究及認識，提出了固態發酵的發展前景。
作者在該方面的研究得到了國家重點基礎研究發展計畫（“973”計畫）（2011CB707401）和國家高技術研究發展計畫（“863”計畫）（SS2012AA022502）的資助。另外，我的碩士和博士研究生的研究工作是本書得以出版的重要前提，特別是研究生段穎異、張志國、賀芹、李冠華、馬力通、王寧等參與本書中部分章節的寫作和許多文字工作。在本書編著過程中，參考了國內外前輩和同行們撰寫的書籍和期刊論文資料，在此一併表示衷心感謝。
本書不當之處誠請讀者批評指正，並歡迎來函指導。
陳洪章2013年8月於北京市中關村北二條1號
中國科學院過程工程研究所
Email:hzchen@homeipeaccn
