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內容簡介: |
生物技术是当前优先发展的高新技术之一,它的快速发展和有效应用已给当前的工农业生产、人民健康、社会进步带来了明显的影响,并对人类和社会的加速发展带了积极的效益。由于生物技术发展势头很快,因此作为生物工程专业的主要专业课的生物工艺学的教材亟须不断加以更新。本书由27位老、中、青教师或专职科研骨干人员,历时两年编写完成。本书以产品生产中共性工艺技术的理论和实践为纲,同时选取若干典型生产过程具体介绍,内容包括成熟的和较新的生物过程的基本原理。全书分上、下两册,上册包括绪论和生物反应过程篇共12章,下册包括生物物质分离和纯化原理篇共11章以及典型生物过程篇共6章。
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目錄:
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1绪论1 11生物技术的定义和性质1 12生物技术的发展及应用概况2 121经验生物技术时期从人类出现到 19世纪中期2 122近代生物技术建立时期19世纪 50年代至20世纪40年代3 123近代生物技术的全盛时期(20世纪 40年代初到20世纪70年代末)5 124现代生物技术建立和发展时期 从20世纪70年代末开始11 13生物技术的发展趋势17生物反应过程原理篇 2菌种选育30 21菌种的来源30 211生物物质产生菌的筛选30 2111微生物——生物产物的 来源30 2112待筛选样品的性质30 2113筛选方案的设计30 212微生物选择性分离的原理和 发展30 2121含微生物材料的选择30 2122材料的预处理31 2123所需菌种的分离32 2124菌种的培养33 2125菌落的选择33 213重要工业微生物的分离33 2131施加选择压力selective pressure的分离方法34 2132随机分离方法35 22菌种选育36 221自然选育36 222诱变育种37 2221诱变育种的基本原理37 2222诱变育种的一般步骤38 2223诱变育种工作中几个应注意 的问题39 2224介绍几种物理、化学诱变剂 的使用方法40 223抗噬菌体菌株的选育41 2231噬菌体的分布41 2232抗噬菌体菌株的选育41 2233噬菌体的防治42 224杂交育种43 2241细菌的杂交43 2242放线菌的杂交育种44 2243霉菌的杂交育种46 225原生质体融合技术48 2251原生质体融合的优越性48 2252原生质体融合的一般步骤48 2253原生质体融合技术在微生物 育种中的应用49 226DNA重组技术49 2261DNA重组技术的基本过程50 2262工程菌的稳定性问题56 227菌种保藏58 2271菌种保藏的重要意义58 2272菌种保藏的原理和方法58 2273国内外主要菌种保藏机构 介绍60 3微生物代谢调节62 31基本代谢的调节62 311酶活性的调节62 3111代谢调节的部位62 3112共价修饰63 3113变别构控制63 3114其他调节方式65 312酶合成的调节65 3121诱导作用65 3122分解代谢物阻遏65 3123反馈调节66 3124协调控制68 313代谢系统的分子控制机制69 3131遗传控制69 3132DNA结合蛋白:激活剂 与阻遏物70 3133二元调节系统71 3134RNA水平的调节机制:衰减 器模型71 32微生物次级代谢72 321微生物次级代谢的特性72 322次级代谢物的生物合成73 3221前体的概况和来源73 3222前体的作用75 3223前体的限制性77 3224把前体引入次级代谢物生物 合成的专用途径78 3225前体聚合作用过程78 3226次级代谢物结构的后几 步修饰79 3227复合抗生素中不同部分 的装配79 3228次级代谢物合成酶的专 一性80 323抗生素的生物合成80 3231短链脂肪酸为前体的抗 生素80 3232以氨基酸为前体的抗生素86 3233以经修饰的糖为前体的 抗生素90 33代谢工程93 331代谢通量物流、信息流的 概念94 332代谢工程的应用94 333代谢物流分析94 334代谢控制分析95 4微生物培养基99 41培养基的类型及功能99 411按纯度分类99 412按状态分类100 413按用途分类100 4131孢子培养基100 4132种子培养基100 4133发酵培养基100 42发酵培养基的成分及来源101 421碳源101 4211糖类101 4212油和脂肪102 4213有机酸102 4214烃和醇类102 422氮源102 4221有机氮源102 4222无机氮源104 423无机盐及微量元素104 424水106 425生长因子、前体、产物促进剂和 抑制剂106 4251生长因子106 4252前体107 4253抑制剂和产物促进剂107 43培养基的设计及优化108 431培养基成分选择的原则108 4311菌体的同化能力108 4312代谢的阻遏和诱导109 4313合适的C、N比110 4314pH的要求111 432培养基的优化111 4321理论转化率的计算111 4322实验设计112 433培养基设计时注意的一些相 关问题118 4331原料及设备的预处理118 4332原材料的质量118 4333发酵特性的影响119 4334灭菌119 5灭菌120 51灭菌的方法120 511化学灭菌120 512射线灭菌120 513干热灭菌120 514湿热灭菌120 515过滤除菌121 52培养基的湿热灭菌121 521微生物的死亡速率与理论灭 菌时间121 522培养基的分批灭菌122 523培养基的连续灭菌126 53空气的除菌132 531发酵用无菌空气的质量标准132 532空气预处理132 533空气的过滤除菌137 54无菌检测及发酵废气废物的安 全处理141 541无菌检测141 542发酵废气废物的安全处理142 6种子扩大培养144 61种子制备工艺144 611实验室种子制备144 612生产车间种子制备145 613影响种子质量的因素147 62种子质量的控制措施148 7发酵工艺控制150 71引言150 72发酵过程技术原理150 721分批发酵150 7211分批发酵的基础理论150 7212重要的生长参数152 7213分批发酵的优缺点153 722补料流加分批发酵154 7221补料分批发酵理论基础154 7222分批补料的优化154 723半连续发酵155 724连续发酵156 7241单级连续发酵的理论基础156 7242多级连续培养157 7243连续培养在工业生产中 的应用157 7244连续培养中存在的问题158 73发酵条件的影响及其控制159 731基质浓度对发酵的影响及其 控制160 732灭菌情况161 733种子质量161 7331接种菌龄161 7332接种量161 734温度对发酵的影响161 7341温度对微生物生长的影响161 7342温度对发酵的影响163 7343最适温度的选择164 735pH的影响165 7351发酵过程中pH变化的 规律165 7352最适pH的选择165 7353pH 的监控165 736溶氧的影响166 7361临界氧167 7362溶氧作为发酵异常的指示168 7363溶氧参数在过程控制方面 的应用168 7364溶氧的控制169 737二氧化碳和呼吸商171 7371CO2对发酵的影响171 7372呼吸商与发酵的关系172 738加糖、补料对发酵的影响及其 控制173 7381补料的策略173 7382补料的依据和判断174 739比生长速率的作用与控制176 74泡沫对发酵的影响及其控制178 741泡沫的产生及其影响178 742发酵过程中泡沫的消长规律178 743泡沫的控制178 7431机械消沫179 7432消泡剂消沫179 7433消沫剂的应用179 75发酵终点的判断180 76发酵染菌的防治及处理181 761染菌的途径分析181 762染菌的判断和防治181 763生产技术管理对染菌防治 的重要性183 77发酵过程参数监测的研究概况183 771设定参数184 772状态参数184 773间接参数185 774离线发酵分析186 775在线发酵仪器的研究进展186 776计算机在发酵过程监控方面 的应用188 8生物反应动力学及过程分析191 81酶反应191 811单底物酶触反应191 812底物抑制193 813抑制剂的影响193 8131竞争性抑制193 8132非竞争性抑制194 8133反竞争性抑制194 8134可逆反应195 8135双底物反应195 8136酶的稳定性196 82培养过程的物料平衡197 821得率系数和比速率197 8211得率系数197 8212比速率198 822培养过程的化学计量关系199 83分批培养200 831分批培养中细胞的生长201 832分批培养中的基质消耗204 833产物的生成205 84连续培养205 841单级连续培养206 842多级连续培养208 843细胞循环利用209 844连续培养的应用210 85补料分批培养216 851补料分批培养216 8511恒速流加216 8512指数流加219 852反复补料分批培养219 86培养与分离的耦合220 861透析221 8611连续培养连续透析221 8612分批培养分批透析223 8613分批培养连续透析223 862过滤和培养耦合224 87基因工程菌培养224 871脱落性不稳定对发酵的影响225 872基因工程菌发酵实例228 8721干扰素发酵228 8722中性蛋白酶发酵230 9酶催化反应233 91酶催化反应233 911酶和细胞的固定化方法233 9111吸附法233 9112包埋法234 9113交联法236 9114化学共价法237 912酶催化反应的应用实例237 9121酶催化在工业及医药上 的应用237 9122酶催化研究的新动态241 92微生物转化243 921微生物转化一般过程244 922培养系统类型244 923底物加入246 924微生物转化的类型246 925微生物转化的应用247 93非水相酶催化251 931非水相酶催化的特性及光学纯 化合物对有机相酶反应的挑战252 932非水相酶催化中的一些基本 原理253 933非水相酶催化反应的应用255 9331有机相酶促酯化或转酯化 反应用于酯的合成和醇、 酸、酯的拆分255 9332有机溶剂中肽的合成及其 应用258 10动物细胞培养264 101细胞培养物的特性264 1011细胞的贴壁依赖性生长265 1012细胞培养物265 10121原代培养物265 10122正常细胞265 10123转化细胞266 10124肿瘤细胞266 1013细胞的生长和死亡266 102培养基267 1021培养基的物理性质267 10211pH267 10212缓冲267 10213渗透压268 10214温度268 10215黏度268 10216表面张力和泡沫268 1022细胞培养基的基本组成268 10221水268 10222低相对分子质量营养物268 10223非营养性物质269 1023血清269 1024无血清和无蛋白培养基270 10241无血清培养基270 10242无血清培养基的常用 添加成分270 1025营养物的代谢271 10251葡萄糖的代谢271 10252谷氨酰胺的代谢272 10253其他氨基酸的代谢272 10254代谢流分析273 103细胞培养的基本方法274 1031动物细胞培养基本工艺274 1032维持培养和放大培养275 10321培养容器275 10322微载体275 10323贴壁培养276 10324悬浮培养276 1033细胞计数276 1034细胞保存277 104细胞培养用生物反应器277 1041动物细胞培养用生物反应 器的形式277 10411气升式生物反应器277 10412通气搅拌生物反应器278 10413中空纤维管生物反应器278 10414无泡搅拌反应器279 10415流化床和填充床反应器279 1042细胞培养生物反应器的控 制系统279 1043生物反应器中的细胞培养模式280 10431分批培养280 10432流加培养281 10433半连续培养281 10434连续培养281 10435灌注培养281 105组织工程282 1051体外重建人体组织的培养282 10511培养方式282 10512细胞分化283 10513细胞特性的检测283 1052组织工程的研究进展283 10521人工皮肤283 10522造血组织283 10523人工肝脏284 10524胰组织284 10525软骨组织284 106实例:杂交瘤细胞培养工艺284 1061细胞株284 1062培养基制备284 1063细胞的冻存和复苏285 10631冻存285 10632复苏285 1064方瓶和转瓶分批培养285 1065生物反应器流加培养285 10651反应器准备285 10652细胞培养286 1066生物反应器灌注培养287 10661反应器准备287 10662细胞培养287 11植物细胞培养289 111植物细胞培养发展史289 112植物细胞培养特性与基本培养 技术289 1121植物细胞培养特性289 1122基本培养技术290 113快速繁殖290 114植物细胞遗传、生理、生化和病毒 方面的研究291 115有用代谢物的生产291 1151为何要用细胞培养技术291 1152产品研究开发现状292 1153育种294 1154影响因子294 11541培养基294 11542碳源295 11543氮源296 11544磷源296 11545激素及其类似物296 11546金属离子297 11547前体297 11548诱导子298 11549光298 115410温度300 115411pH300 115412氧300 115413分化与形质300 115414细胞龄301 116大量培养技术301 1161生物反应器的选型、设计 与开发301 1162反应器操作条件302 11621光照303 11622剪切力303 11623氧供应303 11624气体成分304 11625培养液黏度304 1163过程开发与反应器操作策略304 11631连续培养305 11632两段培养305 11633细胞固定化305 11634两相培养与过程耦合305 11635高密度培养306 11636过程检测、模型与控制306 117小结和展望306 12微藻培养技术312 121微藻的生物学特点312 1211微藻定义及分类312 12111蓝藻门313 12112绿藻门313 12113金藻门313 12114红藻门313 1212微藻的应用价值313 12121医药来源314 12122保健食品314 12123饵料314 12124基因工程产品314 12125其他应用315 1213微藻的国内外应用现状及存 在的问题315 122微藻培养用生物反应器315 1221微藻光自养培养用光生物反 应器315 1222微藻大规模自养培养特点 分析316 1223敞开式和封闭式光生物反应器 特点及国内外研究概况316 12231敞开式反应器316 12232封闭式光生物反应器317 1224微藻大规模异养培养用生物 反应器319 123微藻光自养培养319 1231微藻光自养生长的影响因子319 12311光照319 12312温度319 12313培养液pH320 12314营养盐320 12315溶解氧321 1232微藻光自养生长动力学321 12321细胞浓度增长模型321 12322基质限制模型321 1233微藻光自养培养技术321 12331藻种322 12332培养基322 12333培养系统322 12334生长条件控制323 12335收获323 12336干燥323 1234经济型微藻的光自养大规模 培养323 12341螺旋藻323 12342小球藻325 12343杜氏藻325 12344饵料微藻的生产326 1235微藻光自养大规模培养过程的 综合优化327 124微藻异养培养328 1241可进行异养兼养培养的微 藻种类329 1242微藻异养代谢330 12421有机物的吸收330 12422有机物的代谢331 1243微藻高密度异养培养技术332 12431可异养的微藻种的甄别 与选育332 12432异养培养用培养基333 12433异养培养系统及其优化333 12434微藻组分或目的产物合成 的调控334 1244异养培养实例——饵料微藻的 异养培养334 125展望335 1251海洋生化工程在微藻培养中 的应用335 1252我国微藻大规模培养技术的发 展方向335
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內容試閱:
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利用生物的机体、组织、细胞或其所产生的酶来生产各种传统的、近代的以至现代的生物技术产品的过程可统称为生物生产过程。当然,现代的生物技术产品与传统的或近代生物技术产品在类别和技术先进性上有了很大的差异和进步,但还是有其共同性,即利用生物催化剂和在常温常压下进行生产等特点,且其应用面广、品种繁多,被列为新世纪优先发展的技术之一。 目前,在我国的高等教育专业分类中设立了三个与生命科学相关的专业,即:生物科学、生物技术和生物工程。前两者归属于理科,后者则归属于工科。这三个专业对我国的生物技术的研究、开发、生产方面各有所侧重,大致是:生物科学和生物技术专业偏重于生物技术上游的理论研究和新产品的研究;生物工程专业偏重于生物产品的过程开发,包括生物技术新产品的研制和老产品生产过程的改进。三者之间相辅相成,各有所重。 为了编写一本适用于生物工程专业的工艺学教科书,我们在1991年及1992年分别编写和出版了《生物工艺学》的上、下册,由当时的华东化工学院出版社出版。该书出版后,师生都感到教和学兼便、教学质量有所保证,非但在本校采用,还被兄弟院校同一专业师生在较广范围内所采用。由于生物技术发展十分迅速,原出版的《生物工艺学》内容已跟不上当前的发展和需要,为此,决定重编此教材,定名为《新编生物工艺学》。1997年,此重编教材被教育部化学工业教学指导委员会生物化工指导小组列入了“规划教材编写计划”;为此,此新编教材就移至化学工业出版社予以出版。 新编的生物工艺学仍是不以具体产品为纲,而以产品生产中共性工艺技术的理论和实践为纲,但也选取若干典型生产过程为例在第三篇作专章介绍。因此,本书分上、下两册,除绪论外,分为三篇:生物反应过程原理篇上册;生物物质分离和纯化过程篇下册;典型生物过程篇下册。 参加本书编写的有(基本上以章排列先后为序):俞俊棠(第1章)、叶蕊芳(第2章)、李友荣(第3章及第7章)、宫衡(第4章、第25章及第27章)、陆兵(第5章)、谢幸珠(第6章)、叶勤(第8章)、张元兴(第10章)、钟建江(第11章)、邬行彦(第13章、第16章、第17章、第19章及第23章)、刘叶青(第14章及第15章)、严希康(第18章及第21章)、储炬(第24章)、唐孝宣(第26章)、章学钦(第28章)及金青萍(第29章);两人或两人以上合编写的有:庄英萍、陈长华(第9章)、李元广、王永红、李志勇(第12章)、刘坐镇、宁方红、邬行彦(第20章)、曹学君、楼一心(第22章)。他(她)们都是从事(或曾从事)生物化工教学或科研第一线的骨干教师(部分已离休或退休)。负责对全书确定编写计划和约稿、审稿的是俞俊棠、邬行彦、李友荣、唐孝宣和金青萍。其中唐孝宣同志审了较多的初稿,金青萍同志为全书的统一规格、整理和打印定稿做了很多具体工作。此外,乌锡康同志为本书稿体例的统一、规范花费了不少精力和时间,在此特表示衷心的感谢。 由于生物技术发展得很快,有许多生物技术的新发展、成果还来不及消化吸收将其编入教材,加上编写者的水平及时间的原因,错误和不足之处在所难免,诚恳地希望读者给予批评指正,以便在重印时更正。 谨将本书作为祝贺华东理工大学建校五十周年(19521025~20021025)的一份献礼。 俞俊棠 20025
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