現(xiàn)代發(fā)酵工程叢書

第一章 緒論

第一節(jié) 發(fā)酵過程的特點以及發(fā)酵過程的操作、控制、優(yōu)化的基本特征

第二節(jié) 發(fā)酵工程技術(shù)在整體發(fā)酵工程中的定位

第三節(jié) 發(fā)酵過程控制的主要研究內(nèi)容和要解決的問題

一、發(fā)酵過程優(yōu)化實現(xiàn)的順序和條件

二、實現(xiàn)發(fā)酵過程控制和優(yōu)化的硬軟件技術(shù)支撐

第四節(jié) 發(fā)酵過程的狀態(tài)變量、操作變量和可測量變量

第五節(jié) 用于發(fā)酵過程控制和優(yōu)化的各類模型

第六節(jié) 發(fā)酵過程控制概論

一、傳統(tǒng)的發(fā)酵過程控制系統(tǒng)

二、展望——新型、集約式發(fā)酵過程控制系統(tǒng)

參考文獻

第二章 生物過程參數(shù)在線檢測技術(shù)

第一節(jié) pH的在線測量

一、pH傳感器的工作原理

二、pH傳感器的使用

第二節(jié) 溶解氧濃度的在線測量

一、溶解氧濃度測量原理

二、溶解氧電極

三、溶解氧電極的使用

第三節(jié) 發(fā)酵罐內(nèi)氧氣和二氧化碳分壓的測量以及呼吸代謝參數(shù)的計算

一、氧分析儀

二、尾氣CO分壓的檢測

三、呼吸代謝參數(shù)的計算

第四節(jié) 發(fā)酵罐內(nèi)氧氣體積傳質(zhì)系數(shù)KLa的測量

一、亞硫酸鹽氧化法

二、溶解氧電極法

三、物料衡算法

四、動態(tài)測定法

五、取樣極譜法

六、復(fù)膜電極測定KLa

第五節(jié) 發(fā)酵罐內(nèi)細胞濃度的在線測量和比增殖速率的計算

一、菌體濃度的檢測方法及原理

二、在線激光濁度計

第六節(jié) 生物傳感器在發(fā)酵過程檢測中的應(yīng)用

一、生物傳感器的類型和結(jié)構(gòu)原理

二、發(fā)酵罐基質(zhì)(葡萄糖等)濃度的在線測量

三、引流分析與控制

四、發(fā)酵罐器內(nèi)一級代謝產(chǎn)物(乙醇、有機酸等)濃度的在線測量

參考文獻

第三章 發(fā)酵過程控制系統(tǒng)和控制設(shè)計原理及應(yīng)用

第一節(jié) 過程的狀態(tài)方程式

第二節(jié) 發(fā)酵過程的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)模型

一、發(fā)酵過程最基本的合成和代謝分解反應(yīng)

二、發(fā)酵過程典型的數(shù)學(xué)模型形式

三、發(fā)酵過程的各種得率系數(shù)和各種比反應(yīng)速率模型的表現(xiàn)形式

四、生物反應(yīng)器的基本操作方式

五、發(fā)酵過程狀態(tài)方程式在“理想操作點”近旁的線性化

第三節(jié) 拉普拉斯變換與反拉普拉斯變換

一、拉普拉斯變換的定義

二、拉普拉斯變換的基本特性以及基本函數(shù)的拉普拉斯變換

三、反拉普拉斯變換

四、有理函數(shù)的反拉普拉斯變換

五、過程的傳遞函數(shù)GP(s)——線性狀態(tài)方程式的拉普拉斯函數(shù)表現(xiàn)形式

六、過程傳遞函數(shù)的框圖和轉(zhuǎn)換

七、過程輸出對于輸入變量階躍式變化的響應(yīng)特性

第四節(jié) 過程的穩(wěn)定性分析

一、過程穩(wěn)定的判別標準

二、過程在平衡點（特異點）近旁的穩(wěn)定特性分類

第五節(jié) 發(fā)酵過程的前饋控制

一、過程前饋控制簡介

二、前饋控制在流加發(fā)酵過程中的應(yīng)用

第六節(jié) 發(fā)酵過程的反饋控制

第七節(jié) PID反饋控制系統(tǒng)的構(gòu)成和性能特征

一、比例動作

二、積分動作

三、微分動作

四、PID反饋控制器的構(gòu)成特征

第八節(jié) PID反饋控制系統(tǒng)的解析和設(shè)計

一、反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析

二、反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計和參數(shù)調(diào)整

三、開關(guān)反饋控制

第九節(jié) 反饋控制系統(tǒng)在發(fā)酵過程控制中的實際應(yīng)用

一、以溶解氧濃度變化為反饋指標的流加培養(yǎng)控制——DO"para" label-module="para">

二、以pH變化為反饋指標的流加培養(yǎng)控制——pH"para" label-module="para">

三、以RQ為反饋指標的發(fā)酵過程控制

四、直接以底物濃度為反饋指標的發(fā)酵過程控制

五、以代謝副產(chǎn)物濃度為反饋指標的流加培養(yǎng)控制

六、在線測量可測狀態(tài)變量間接推定和控制谷氨酸發(fā)酵糖濃度、提高發(fā)酵性能

【習(xí)題】

【解答】

參考文獻

第四章 發(fā)酵過程的最優(yōu)化控制

第一節(jié) 最優(yōu)化控制的研究內(nèi)容、表述、特點和方法

第二節(jié) 最大原理及其在發(fā)酵過程最優(yōu)化控制中的應(yīng)用

一、最大原理及其算法簡介

二、利用最大原理確定流加培養(yǎng)過程的最優(yōu)基質(zhì)流加策略和方式

三、最大原理數(shù)值解法及其在發(fā)酵過程最優(yōu)化控制中的應(yīng)用簡介

第三節(jié) 格林定理及其在發(fā)酵過程最優(yōu)化控制中的應(yīng)用

一、格林定理

二、利用格林定理求解流加培養(yǎng)（發(fā)酵）的最短時間軌道問題

三、格林定理在乳酸菌過濾培養(yǎng)最優(yōu)化控制中的應(yīng)用

第四節(jié) 遺傳算法及其在發(fā)酵過程最優(yōu)化控制中的應(yīng)用

一、遺傳算法簡介

二、遺傳算法的算法概要及其在重組大腸桿菌培養(yǎng)的最優(yōu)化控制中的應(yīng)用

【習(xí)題】

【解答】

參考文獻

第五章 發(fā)酵過程的建模和狀態(tài)預(yù)測

第一節(jié) 描述發(fā)酵過程的各類數(shù)學(xué)模型簡介

一、非構(gòu)造式動力學(xué)模型

二、代謝網(wǎng)絡(luò)模型

三、基于在線時間序列數(shù)據(jù)的自回歸平均移動模型

四、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

五、正交或多項式回歸模型

第二節(jié) 非構(gòu)造式動力學(xué)數(shù)學(xué)模型的建模方法

一、利用非線性規(guī)劃法確定非構(gòu)造式動力學(xué)數(shù)學(xué)模型的模型參數(shù)

二、利用遺傳算法確定過程模型參數(shù)

第三節(jié) ‘利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模和預(yù)測發(fā)酵過程的狀態(tài)

一、神經(jīng)細胞和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

二、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的類型

三、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的誤差反向傳播學(xué)習(xí)算法簡介

四、利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線識別發(fā)酵過程的生理狀態(tài)和濃度變化模式

五、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)酵過程狀態(tài)變量預(yù)測模型

六、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性回歸模型

七、結(jié)合使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和遺傳算法的過程靜態(tài)優(yōu)化

【習(xí)題】

【解答】

參考文獻

第六章 發(fā)酵過程的在線自適應(yīng)控制

第一節(jié) 基于在線時間序列輸入輸出數(shù)據(jù)的自回歸移動平均模型及其解析

一、自回歸移動平均模型

二、利用逐次最小二乘回歸法計算確定自回歸移動平均模型的模型參數(shù)

第二節(jié) 基于自回歸移動平均模型的在線自適應(yīng)控制

一、“極配置”型的在線自適應(yīng)控制系統(tǒng)

二、“最優(yōu)控制”型的在線自適應(yīng)控制系統(tǒng)

三、酵母菌流加培養(yǎng)過程的比增殖速率在線自適應(yīng)最優(yōu)控制

四、乳酸連續(xù)過濾發(fā)酵過程的在線自適應(yīng)控制

第三節(jié) 基于自回歸移動平均模型的在線最優(yōu)化控制

一、面包酵母連續(xù)生產(chǎn)的在線最優(yōu)化控制

二、乳酸連續(xù)過濾發(fā)酵的在線最優(yōu)化控制

第四節(jié) 基于遺傳算法的在線最優(yōu)化控制

一、利用遺傳算法實時在線跟蹤和更新非構(gòu)造式動力學(xué)模型的參數(shù)

二、結(jié)合使用最大原理和遺傳算法的在線最優(yōu)化控制

【習(xí)題】

【解答】

參考文獻

第七章 人工智能控制

第一節(jié) 模糊邏輯控制器

一、模糊邏輯控制器的特點和簡介

二、模糊語言數(shù)值表現(xiàn)法和模糊成員函數(shù)

三、模糊規(guī)則

四、模糊規(guī)則的執(zhí)行和實施——解模糊規(guī)則的方法

五、模糊邏輯控制系統(tǒng)的構(gòu)成、設(shè)計和調(diào)整

第二節(jié) 模糊邏輯控制系統(tǒng)在發(fā)酵過程中的實際應(yīng)用

一、谷氨酸流加發(fā)酵過程的模糊控制

二、輔酶QL發(fā)酵生產(chǎn)過程的模糊控制

三、模糊推理技術(shù)在發(fā)酵過程在線狀態(tài)預(yù)測中的應(yīng)用

第三節(jié) 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)及其在發(fā)酵過程中的應(yīng)用

一、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)及其在發(fā)酵過程中的應(yīng)用

二、基于DO/pH在線測量和智能型模式識別模型的發(fā)酵過程控制系統(tǒng)(ANNPR—Ctrl)

【習(xí)題】

【解答】

參考文獻

第八章 利用代謝網(wǎng)絡(luò)模型的過程控制和優(yōu)化

第一節(jié) 代謝網(wǎng)絡(luò)模型解析

一、代謝網(wǎng)絡(luò)模型的簡化、計算和求解

二、利用代謝網(wǎng)絡(luò)模型的狀態(tài)預(yù)測

第二節(jié) 網(wǎng)絡(luò)信號傳遞線圖和利用網(wǎng)絡(luò)信號傳遞線圖的代謝網(wǎng)絡(luò)模型

一、網(wǎng)絡(luò)信號傳遞線圖及其簡化

二、利用代謝信號傳遞線圖處理代謝網(wǎng)絡(luò)

三、利用網(wǎng)絡(luò)信號傳遞線圖的代謝網(wǎng)絡(luò)分析

第三節(jié) 利用代謝網(wǎng)絡(luò)模型的發(fā)酵過程在線狀態(tài)預(yù)測

一、代謝網(wǎng)絡(luò)模型在賴氨酸發(fā)酵過程在線狀態(tài)預(yù)測中的應(yīng)用

二、基于代謝網(wǎng)絡(luò)模型的谷氨酸發(fā)酵在線狀態(tài)預(yù)測

第四節(jié) 基于代謝網(wǎng)絡(luò)模型的發(fā)酵過程優(yōu)化控制

一、基于代謝流分析的谷氨酸發(fā)酵代謝平衡優(yōu)化控制

二、利用基于代謝流分析的兩段復(fù)合型供氧控制方式優(yōu)化精氨酸代謝發(fā)酵

三、利用基因組學(xué)和蛋白組學(xué)數(shù)據(jù)改進優(yōu)選代謝網(wǎng)絡(luò)模型為過程優(yōu)化服務(wù)

【習(xí)題】

【解答】

參考文獻

第九章 發(fā)酵過程的多變量聚類分析和故障診斷/早期預(yù)警

第一節(jié) 發(fā)酵過程多變量聚類分析和故障

……

第十章 計算機在生化反應(yīng)過程控制中的應(yīng)用

參考文獻 2100433B

《發(fā)酵過程解析、控制與檢測技術(shù)(第2版)》內(nèi)容簡介：作為發(fā)酵工業(yè)中游技術(shù)核心的發(fā)酵過程控制和優(yōu)化技術(shù),既關(guān)系到能否發(fā)揮菌種的最大生產(chǎn)能力,又會影響到下游處理的難易程度,在整個發(fā)酵過程中是一項承上啟下的關(guān)鍵技術(shù)。《發(fā)酵過程解析、控制與檢測技術(shù)(第2版)》作者多年來一直從事發(fā)酵過程的在線檢測、解析、控制和優(yōu)化等方面的研究,在借鑒國外的有關(guān)最新研究成果和作者自身完成的研究實例的基礎(chǔ)上,博采眾家之長,寫成此書。 {zzjj}

《產(chǎn)業(yè)生態(tài)工程叢書:發(fā)酵生態(tài)工程》內(nèi)容新穎，實用性強，技術(shù)資料豐富，對發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展，發(fā)酵產(chǎn)業(yè)的延伸，大幅度提高生態(tài)效益和環(huán)境效益有較好的指導(dǎo)作用?？晒氖律锛夹g(shù)、生化工程、工業(yè)發(fā)酵等方面的科研與生產(chǎn)人員以及有關(guān)專業(yè)的師生閱讀、參考。

第一章 發(fā)酵生態(tài)工程概論1

第一節(jié) 發(fā)酵工程原理及技術(shù)1

一、發(fā)酵和發(fā)酵工程的概念1

二、發(fā)酵工程的發(fā)展簡史2

三、發(fā)酵工程的特點及發(fā)酵過程的分類5

四、發(fā)酵工程的產(chǎn)品類型及應(yīng)用領(lǐng)域6

五、發(fā)酵工程的發(fā)展趨勢 10

第二節(jié) 生態(tài)工程原理及技術(shù)11

一、生態(tài)學(xué)和生態(tài)工程的概念11

二、生態(tài)工程的產(chǎn)生背景13

三、生態(tài)工程相關(guān)概念、特點及類型19

四、生態(tài)工程的理論基礎(chǔ)21

五、生態(tài)工程的發(fā)展趨勢25

第三節(jié) 發(fā)酵生態(tài)工程概念的提出26

參考文獻27

第二章 發(fā)酵生態(tài)工程的生物過程基礎(chǔ)29

第一節(jié) 發(fā)酵微生物菌種選育與培養(yǎng)29

一、微生物菌種的特點29

二、發(fā)酵菌種的分離31

三、菌種的初篩與復(fù)篩33

四、菌種的選育34

五、菌種的保藏37

第二節(jié) 發(fā)酵技術(shù)與發(fā)酵過程建模38

一、發(fā)酵技術(shù)簡介38

二、發(fā)酵技術(shù)的特點41

三、生物反應(yīng)過程分類42

四、發(fā)酵技術(shù)的基本內(nèi)容42

五、發(fā)酵過程建模及應(yīng)用43

第三節(jié) 發(fā)酵過程控制優(yōu)化與自動化監(jiān)測48

一、生物過程控制優(yōu)化概述48

二、發(fā)酵過程自動化監(jiān)測49

三、發(fā)酵過程的自動控制58

參考文獻63

第三章 發(fā)酵生態(tài)工程的生化工程基礎(chǔ)64

第一節(jié) 生物反應(yīng)器及其操作特性64

一、生物反應(yīng)器64

二、生物反應(yīng)器操作特性67

第二節(jié) 生物反應(yīng)動力學(xué)69

一、細胞生長反應(yīng)動力學(xué)69

二、酶促反應(yīng)動力學(xué)78

第三節(jié) 生物反應(yīng)器的質(zhì)量衡算和能量衡算89

一、間歇式反應(yīng)器89

二、連續(xù)式反應(yīng)器91

三、能量衡算92

第四節(jié) 生物反應(yīng)器的放大93

一、生物反應(yīng)器放大的基本理論94

二、生物反應(yīng)器放大的準則95

三、生物反應(yīng)器的放大方法96

參考文獻102

第四章 生物發(fā)酵與能源工程技術(shù)103

第一節(jié) 生物質(zhì)能概述103

一、生物質(zhì)能源定義103

二、生物質(zhì)能源開發(fā)利用的意義103

三、生物質(zhì)能源利用技術(shù)104

第二節(jié) 沼氣發(fā)酵生態(tài)工程105

一、沼氣開發(fā)的意義105

二、沼氣發(fā)酵工程106

三、沼氣發(fā)酵生態(tài)工程實例108

四、沼氣利用技術(shù)110

第三節(jié) 生物質(zhì)發(fā)酵制乙醇工程110

一、燃料乙醇開發(fā)的意義110

二、纖維素發(fā)酵生產(chǎn)乙醇111

三、半纖維素發(fā)酵生產(chǎn)乙醇121

四、纖維質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇前景展望127

第四節(jié) 生物質(zhì)發(fā)酵制氫工程128

一、氫能開發(fā)的意義128

二、生物質(zhì)發(fā)酵制氫原理128

三、發(fā)酵廢物制氫技術(shù)130

四、發(fā)酵法制氫存在問題及研究展望131

第五節(jié) 生物柴油工程132

一、生物柴油開發(fā)的意義132

二、生物柴油的生產(chǎn)132

三、生物柴油的研究現(xiàn)狀135

參考文獻136

第五章 污染生態(tài)發(fā)酵工程137

第一節(jié) 發(fā)酵工業(yè)廢水生物處理工程137

一、發(fā)酵工業(yè)廢水好氧生物處理137

二、發(fā)酵工業(yè)廢水厭氧生物處理147

第二節(jié) 發(fā)酵廢物生產(chǎn)單細胞蛋白160

一、生產(chǎn)SCP的發(fā)酵廢物160

二、生產(chǎn)SCP的微生物161

三、SCP的生產(chǎn)工藝162

四、發(fā)酵廢物生產(chǎn)SCP的工藝條件及應(yīng)用實例163

五、SCP的研究趨勢165

第三節(jié) 發(fā)酵廢物生產(chǎn)呈味核苷酸166

一、核酸類物質(zhì)的用途與生產(chǎn)概況166

二、固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化和產(chǎn)酶條件的確定169

三、AMP脫氨酶的提取、純化和酶學(xué)性質(zhì)研究175

四、發(fā)酵廢菌體中核酸類物質(zhì)的制備及核苷酸分離條件177

第四節(jié) 發(fā)酵廢物資源化與生態(tài)農(nóng)業(yè)181

一、發(fā)酵工業(yè)廢物特征181

二、發(fā)酵廢物生產(chǎn)有機肥料182

三、以沼氣為紐帶的生態(tài)農(nóng)業(yè)工程184

四、發(fā)酵廢物資源化發(fā)展趨勢185

參考文獻185

第六章 環(huán)境微生態(tài)制劑發(fā)酵工程186

第一節(jié) 環(huán)境微生態(tài)制劑的開發(fā)與應(yīng)用186

一、環(huán)境微生態(tài)制劑應(yīng)用概況186

二、環(huán)境微生態(tài)制劑的生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品質(zhì)量的控制187

三、環(huán)境微生態(tài)制劑開發(fā)和應(yīng)用存在問題187

第二節(jié) 微生物絮凝劑188

一、絮凝沉淀法188

二、微生物絮凝劑190

第三節(jié) 水體脫氮微生態(tài)制劑197

一、水體生物脫氮技術(shù)研究進展197

二、水體脫氮微生態(tài)制劑培養(yǎng)條件的優(yōu)化200

三、混合脫氮微生態(tài)制劑的擴大培養(yǎng)203

四、混合脫氮微生態(tài)制劑的制備205

第四節(jié) 溶藻微生態(tài)制劑207

一、藍藻水華的危害207

二、藍藻水華的治理方法209

三、溶藻微生態(tài)制劑研究進展212

第五節(jié) 微生物吸附劑214

一、微生物對重金屬的吸附214

二、微生物吸附重金屬銅離子的研究與開發(fā)215

參考文獻220

《現(xiàn)代工程教育叢書·現(xiàn)代制造技術(shù)工程訓(xùn)練》是為配合高等工科院校在工程訓(xùn)練中加強現(xiàn)代制造技術(shù)的實踐內(nèi)容，并結(jié)合高等工科院校機械制造工程訓(xùn)練教學(xué)改革的實際需要而編寫的《現(xiàn)代工程教育叢書》之一。

全書共11章，主要內(nèi)容有先進制造技術(shù)概論、數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)控車削、數(shù)控銑削、數(shù)控加工中心、數(shù)控電火花成形加工、數(shù)控電火花線切割加工、激光刻繪加工、超聲加工、CAD/CAM技術(shù)在數(shù)控編程中的應(yīng)用、面向環(huán)境的設(shè)計制造等。全書結(jié)合大量實例，突出了機械制造技術(shù)應(yīng)用能力的培養(yǎng)及基本操作技能的訓(xùn)練。

《現(xiàn)代工程教育叢書·現(xiàn)代制造技術(shù)工程訓(xùn)練》既可作為高等工科院?，F(xiàn)代制造技術(shù)工程訓(xùn)練的教材，也可作為高職高專的專用教材，還可供有關(guān)工程技術(shù)人員及技術(shù)工人參考。