了得網研究生_水污染控制工程實驗(陳澤堂)

內容簡介

生物技術是當前優先發展的高新技術之一，它的快速發展和有效應用已給當前的工農業生產、人民健康、社會進步帶來了明顯的影響，並對人類和社會的加速發展帶了積極的效益。由於生物技術發展勢頭很快，因此作為生物工程專業的主要專業課的生物工藝學的教材亟須不斷加以更新。本書由27位老、中、青教師或專職科研骨干人員，歷時兩年編寫完成。本書以產品生產中共性工藝技術的理論和實踐為綱，同時選取若干典型生產過程具體介紹，內容包括成熟的和較新的生物過程的基本原理。全書分上、下兩冊，上冊包括緒論和生物反應過程篇(共12章)，下冊包括生物物質分離和純化原理篇(共11章)以及典型生物過程篇(共6章)。

作者簡介

無

1緒論1
11生物技術的定義和性質1
12生物技術的發展及應用概況２
121經驗生物技術時期(從人類出現到
１９世紀中期)２
122近代生物技術建立時期(１９世紀
５０年代至２０世紀４０年代)３
123近代生物技術的全盛時期（２０世紀
４０年代初到２０世紀７０年代末）５
124現代生物技術建立和發展時期
(從２０世紀７０年代末開始)１１
13生物技術的發展趨勢１７生物反應過程原理篇
2菌種選育３０
21菌種的來源３０
211生物物質產生菌的篩選３０
2111微生物——生物產物的
來源３０
2112待篩選樣品的性質３０
2113篩選方案的設計３０
212微生物選擇性分離的原理和
發展３０
2121含微生物材料的選擇３０
2122材料的預處理３1
2123所需菌種的分離３2
2124菌種的培養３３
2125菌落的選擇３３
213重要工業微生物的分離３３
2131施加選擇壓力(selective
pressure)的分離方法３４
2132隨機分離方法３５
22菌種選育３６
221自然選育３６
222誘變育種３７
2221誘變育種的基本原理３７
2222誘變育種的一般步驟３８
2223誘變育種工作中幾個應注意
的問題３９
2224介紹幾種物理、化學誘變劑
的使用方法４０
223抗噬菌體菌株的選育４１
2231噬菌體的分布４１
2232抗噬菌體菌株的選育４１
2233噬菌體的防治４２
224雜交育種４３
2241細菌的雜交４３
2242放線菌的雜交育種４４
2243霉菌的雜交育種４６
225原生質體融合技術４８
2251原生質體融合的優越性４８
2252原生質體融合的一般步驟４８
2253原生質體融合技術在微生物
育種中的應用４９
226DNA重組技術４９
2261DNA重組技術的基本過程５０
2262工程菌的穩定性問題５６
227菌種保藏５８
2271菌種保藏的重要意義５８
2272菌種保藏的原理和方法５８
2273國內外主要菌種保藏機構
介紹６０
3微生物代謝調節６２
31基本代謝的調節６２
311酶活性的調節６２
3111代謝調節的部位６２
3112共價修飾６３
3113變(別)構控制６３
3114其他調節方式６５
312酶合成的調節６５
3121誘導作用６５
3122分解代謝物阻遏６５
3123反饋調節６６
3124協調控制６８
313代謝繫統的分子控制機制６９
3131遺傳控制６９
3132DNA結合蛋白：激活劑
與阻遏物７０
313調節繫統７１
3134RNA水平的調節機制：衰減
器模型７１
32微生物次級代謝７２
321微生物次級代謝的特性７２
322次級代謝物的生物合成７３
3221前體的概況和來源７３
3222前體的作用７５
3223前體的限制性７７
3224把前體引入次級代謝物生物
合成的專用途徑７８
3225前體聚合作用過程７８
3226次級代謝物結構的後幾
步修飾７９
3227復合抗生素中不同部分
的裝配７９
3228次級代謝物合成酶的專
一性８０
323抗生素的生物合成８０
3231短鏈脂肪酸為前體的抗
生素８０
3232以氨基酸為前體的抗生素８６
3233以經修飾的糖為前體的
抗生素９０
33代謝工程９３
331代謝通量(物流、信息流)的
概念９４
332代謝工程的應用９４
333代謝(物)流分析９４
334代謝控制分析９５
4微生物培養基９９
41培養基的類型及功能９９
411按純度分類９９
412按狀態分類１００
413按用途分類１００
4131孢子培養基１００
4132種子培養基１００
4133發酵培養基１００
42發酵培養基的成分及來源１０１
421碳源１０１
4211糖類１０１
4212油和脂肪１０２
4213有機酸１０２
4214烴和醇類１０２
422氮源１０２
4221有機氮源１０２
4222無機氮源１０４
423無機鹽素１０４
424水１０６
425生長因子、前體、產物促進劑和
抑制劑１０６
4251生長因子１０６
4252前體１０７
4253抑制劑和產物促進劑１０７
43培養基的設計及優化１０８
431培養基成分選擇的原則１０８
4311菌體的同化能力１０８
4312代謝的阻遏和誘導１０９
4313合適的C、N比１１０
4314pH的要求１１１
432培養基的優化１１１
4321理論轉化率的計算１１１
4322實驗設計１１２
433培養基設計時注意的一些相
關問題１１８
4331原料及設備的預處理１１８
4332原材料的質量１１８
4333發酵特性的影響１１９
4334滅菌１１９
5滅菌１２０
51滅菌的方法１２０
511化學滅菌１２０
512射線滅菌１２０
513干熱滅菌１２０
514濕熱滅菌１２０
515過濾除菌１２１
52培養基的濕熱滅菌１２１
521微生物的死亡速率與理論滅
菌時間１２１
522培養基的分批滅菌１２２
523培養基的連續滅菌１２６
53空氣的除菌１３２
531發酵用無菌空氣的質量標準１３２
532空氣預處理１３２
533空氣的過濾除菌１３７
54無菌檢測及發酵廢氣廢物的安
全處理１４１
541無菌檢測１４１
542發酵廢氣廢物的安全處理１４２
6種子擴大培養１４４
61種子制備工藝１４４
611實驗室種子制備１４４
612生產車間種子制備１４５
613影響種子質量的因素１４７
62種子質量的控制措施１４８
7發酵工藝控制１５０
71引言１５０
72發酵過程技術原理１５０
721分批發酵１５０
7211分批發酵的基礎理論１５０
7212重要的生長參數152
7213分批發酵的優缺點１５３
722補料(流加)分批發酵１５４
7221補料分批發酵理論基礎１５４
7222分批補料的優化１５４
723半連續發酵１５５
724連續發酵１５６
7241單級連續發酵的理論基礎１５６
7242多級連續培養１５７
7243連續培養在工業生產中
的應用１５７
7244連續培養中存在的問題１５８
73發酵條件的影響及其控制１５９
731基質濃度對發酵的影響及其
控制１６０
732滅菌情況１６１
733種子質量１６１
7331接種菌齡１６１
7332接種量１６１
734溫度對發酵的影響１６１
7341溫度對微生物生長的影響１６１
7342溫度對發酵的影響１６３
7343適溫度的選擇１６４
735pH的影響１６５
7351發酵過程中pH變化的
規律１６５
7352適pH的選擇１６５
7353pH 的監控１６５
736溶氧的影響１６６
7361臨界氧１６７
7362溶氧作為發酵異常的指示１６８
7363溶氧參數在過程控制方面
的應用１６８
7364溶氧的控制１６９
737二氧化碳和呼吸商１７１
7371CO2對發酵的影響１７１
7372呼吸商與發酵的關繫１７２
738加糖、補料對發酵的影響及其
控制１７３
7381補料的策略１７３
7382補料的依據和判斷１７４
739比生長速率的作用與控制１７６
74泡沫對發酵的影響及其控制１７８
741泡沫的產生及其影響１７８
742發酵過程中泡沫的消長規律１７８
743泡沫的控制１７８
7431機械消沫１７９
7432消泡劑消沫１７９
7433消沫劑的應用１７９
75發酵終點的判斷１８０
76發酵染菌的防治及處理１８１
761染菌的途徑分析１８１
762染菌的判斷和防治１８１
763生產技術管理對染菌防治
的重要性１８３
77發酵過程參數監測的研究概況１８３
771設定參數１８４
772狀態參數１８４
773間接參數１８５
774離線發酵分析１８６
775在線發酵儀器的研究進展１８６
776計算機在發酵過程監控方面
的應用１８８
8生物反應動力學及過程分析１９１
81酶反應１９１
811單底物酶觸反應１９１
812底物抑制１９3
813抑制劑的影響１９３
8131競爭性抑制１９３
8132非競爭性抑制１９4
8133反競爭性抑制１９４
8134可逆反應１９５
8135雙底物反應１９５
8136酶的穩定性１９６
82培養過程的物料平衡１９7
821得率繫數和比速率１９７
8211得率繫數１９７
8212比速率１９８
822培養過程的化學計量關繫１９9
83分批培養２００
831分批培養中細胞的生長２０１
832分批培養中的基質消耗２０４
833產物的生成２０５
84連續培養２０５
841單級連續培養２０６
842多級連續培養２０８
843細胞循環利用２０９
844連續培養的應用２１０
85補料分批培養２１６
851補料分批培養２１６
8511恆速流加２１6
8512指數流加２１９
852反復補料分批培養２19
86培養與分離的耦合２２0
861透析２２１
8611連續培養連續透析２２1
8612分批培養分批透析２２３
8613分批培養連續透析２２3
862過濾和培養耦合２２４
87基因工程菌培養２２4
871脫落性不穩定對發酵的影響２２5
872基因工程菌發酵實例２２８
8721干擾素發酵２28
8722中性蛋白酶發酵２３0
9酶催化反應２３３
91酶催化反應２３３
911酶和細胞的固定化方法２３３
9111吸附法２３３
9112包埋法２３４
9113交聯法２３６
9114化學共價法２３７
912酶催化反應的應用實例２３７
9121酶催化在工業及醫藥上
的應用２３７
9122酶催化研究的新動態２４１
92微生物轉化２４３
921微生物轉化一般過程２４４
922培養繫統類型２４４
923底物加入２４６
924微生物轉化的類型２４６
925微生物轉化的應用２４７
93非水相酶催化２５１
931非水相酶催化的特性及光學純
化合物對有機相酶反應的挑戰２５２
932非水相酶催化中的一些基本
原理２５３
933非水相酶催化反應的應用２５５
9331有機相酶促酯化或轉酯化
反應用於酯的合成和醇、
酸、酯的拆分２５５
9332有機溶劑中肽的合成及其
應用２５８
10動物細胞培養２６４
101細胞培養物的特性２６４
1011細胞的貼壁依賴性生長２６５
1012細胞培養物２６５
10121原代培養物２６５
10122正常細胞２６５
10123轉化細胞２６６
10124腫瘤細胞２６６
1013細胞的生長和死亡２６６
102培養基２６７
1021培養基的物理性質２６７
10211pH２６７
10212緩衝２６７
10213滲透壓２６８
10214溫度２６８
10215黏度２６８
10216表面張力和泡沫２６８
1022細胞培養基的基本組成２６８
10221水２６８
10222低相對分子質量營養物２６８
10223非營養性物質２６９
1023血清２６９
1024無血清和無蛋白培養基２７０
10241無血清培養基２７０
10242無血清培養基的常用
添加成分２７０
1025營養物的代謝２７１
10251葡萄糖的代謝２７１
10252谷氨酰胺的代謝２７２
10253其他氨基酸的代謝２７２
10254代謝流分析２７３
103細胞培養的基本方法２７４
1031動物細胞培養基本工藝２７４
1032維持培養和放大培養２７５
10321培養容器２７５
10322微載體２７５
10323貼壁培養２７６
10324懸浮培養２７６
1033細胞計數２７６
1034細胞保存２７７
104細胞培養用生物反應器２７７
1041動物細胞培養用生物反應
器的形式２７７
10411氣升式生物反應器２７７
10412通氣攪拌生物反應器２７８
10413中空纖維管生物反應器２７８
10414無泡攪拌反應器２７９
10415流化床和填充床反應器２７９
1042細胞培養生物反應器的控
制繫統２７９
1043生物反應器中的細胞培養模式２８０
10431分批培養２８０
10432流加培養２８１
10433半連續培養２８１
10434連續培養２８１
10435灌注培養２８１
105組織工程２８２
1051體外重建人體組織的培養２８２
10511培養方式２８２
10512細胞分化２８３
10513細胞特性的檢測２８３
1052組織工程的研究進展２８３
10521人工皮膚２８３
10522造血組織２８３
10523人工肝髒２８４
10524胰組織２８４
10525軟骨組織２８４
106實例：雜交瘤細胞培養工藝２８４
1061細胞株２８４
1062培養基制備２８4
1063細胞的凍存和復蘇２８５
10631凍存２８５
10632復蘇２８５
1064方瓶和轉瓶分批培養２８５
1065生物反應器流加培養２８５
10651反應器準備２８５
10652細胞培養２８６
1066生物反應器灌注培養２８７
10661反應器準備２８７
10662細胞培養２８７
11植物細胞培養２８９
111植物細胞培養發展史２８９
112植物細胞培養特性與基本培養
技術２８９
1121植物細胞培養特性２８９
1122基本培養技術２９０
113快速繁殖２９０
114植物細胞遺傳、生理、生化和病毒
方面的研究２９１
115有用代謝物的生產２９１
1151為何要用細胞培養技術２９１
1152產品研究開發現狀２９２
1153育種２９４
1154影響因子２９４
11541培養基２９４
11542碳源２９５
11543氮源２９６
11544磷源２９６
11545激素及其類似物２９6
11546金屬離子２９7
11547前體２９７
11548誘導子２９８
11549光２９８
115410溫度３００
115411pH３００
115412氧３００
115413分化與形質３００
115414細胞齡３０１
116大量培養技術３０１
1161生物反應器的選型、設計
與開發３０１
1162反應器操作條件３０2
11621光照３０３
11622剪切力３０３
11623氧供應３０3
11624氣體成分３０４
11625培養液黏度３０４
1163過程開發與反應器操作策略３０4
11631連續培養３０５
11632兩段培養３０５
11633細胞固定化３０５
11634兩相培養與過程耦合３０５
11635高密度培養３０６
11636過程檢測、模型與控制３０６
117小結和展望３０6
12微藻培養技術３１2
121微藻的生物學特點３１2
1211微藻定義及分類３１2
12111藍藻門３１3
12112綠藻門３１３
12113金藻門３１３
12114紅藻門３１３
1212微藻的應用價值３１３
12121醫藥來源３１４
12122保健食品３１４
12123餌料３１４
12124基因工程產品３１４
12125其他應用３１５
1213微藻的國內外應用現狀及存
在的問題３１５
122微藻培養用生物反應器３１５
1221微藻光自養培養用光生物反
應器３１５
1222微藻大規模自養培養特點
分析３１６
1223敞開式和封閉式光生物反應器
特點及國內外研究概況３１６
12231敞開式反應器３１６
12232封閉式光生物反應器３１７
1224微藻大規模異養培養用生物
反應器３１９
123微藻光自養培養３１９
1231微藻光自養生長的影響因子３１９
12311光照３１９
12312溫度３１９
12313培養液pH３２０
12314營養鹽３２０
12315溶解氧３２１
1232微藻光自養生長動力學３２１
12321細胞濃度增長模型３２１
12322基質限制模型３２１
1233微藻光自養培養技術３２１
12331藻種３２２
12332培養基３２２
12333培養繫統３２２
12334生長條件控制３２３
12335收獲３２３
12336干燥３２３
1234經濟型微藻的光自養大規模
培養３２３
12341螺旋藻３２３
12342小球藻３２５
12343杜氏藻３２５
12344餌料微藻的生產３２６
1235微藻光自養大規模培養過程的
綜合優化３２７
124微藻異養培養３２８
1241可進行異養/兼養培養的微
藻種類３２９
1242微藻異養代謝３３０
12421有機物的吸收３３０
12422有機物的代謝３３１
1243微藻高密度異養培養技術３３２
12431可異養的微藻種的甄別
與選育３３２
12432異養培養用培養基３３３
12433異養培養繫統及其優化３３３
12434微藻組分或目的產物合成
的調控３３４
1244異養培養實例——餌料微藻的
異養培養３３４
125展望３３５
1251海洋生化工程在微藻培養中
的應用３３５
1252我國微藻大規模培養技術的發
展方向３３５

前言

利用生物的機體、組織、細胞或其所產生的酶來生產各種傳統的、近代的以至現代的生物技術產品的過程可統稱為生物生產過程。當然，現代的生物技術產品與傳統的或近代生物技術產品在類別和技術先進性上有了很大的差異和進步，但還是有其共同性，即利用生物催化劑和在常溫常壓下進行生產等特點，且其應用面廣、品種繁多，被列為新世紀優先發展的技術之一。
目前，在我國的高等教育專業分類中設立了三個與生命科學相關的專業，即：生物科學、生物技術和生物工程。前兩者歸屬於理科，後者則歸屬於工科。這三個專業對我國的生物技術的研究、開發、生產方面各有所側重，大致是：生物科學和生物技術專業偏重於生物技術上遊的理論研究和新產品的研究；生物工程專業偏重於生物產品的過程開發，包括生物技術新產品的研制和老產品生產過程的改進。三者之間相輔相成，各有所重。
為了編寫一本適用於生物工程專業的工藝學教科書，我們在1991年及1992年分別編寫和出版了《生物工藝學》的上、下冊，由當時的華東化工學院出版社出版。該書出版後，師生都感到教和學兼便、教學質量有所保證，非但在本校采用，還被兄弟院校同一專業師生在較廣範圍內所采用。由於生物技術發展十分迅速，原出版的《生物工藝學》內容已跟不上當前的發展和需要，為此，決定重編此教材，定名為《新編生物工藝學》。1997年，此重編教材被*化學工業教學指導委員會生物化工指導小組列入了“規劃教材編寫計劃”；為此，此新編教材就移至化學工業出版社予以出版。
新編的生物工藝學仍是不以具體產品為綱，而以產品生產中共性工藝技術的理論和實踐為綱，但也選取若干典型生產過程為例在第三篇作專章介紹。因此，本書分上、下兩冊，除緒論外，分為三篇：生物反應過程原理篇(上冊)；生物物質分離和純化過程篇(下冊)；典型生物過程篇(下冊)。
參加本書編寫的有（基本上以章排列先後為序）：俞俊棠（第1章）、葉蕊芳（第2章）、李友榮（第3章及第7章）、宮衡（第4章、第25章及第27章）、陸兵（第5章）、謝幸珠（第6章）、葉勤（第8章興（第10章）、鐘建江（第11章）、邬行彥（第13章、第16章、第17章、第19章及第23章）、劉葉青（第14章及第15章）、嚴希康（第18章及第21章）、儲炬（第24章）、唐孝宣（第26章）、章學欽（第28章）及金青萍（第29章）；兩人或兩人以上合編寫的有：莊英萍、陳長華（第9章廣、王永紅、李志勇（第12章）、劉坐鎮、寧方紅、邬行彥（第20章）、曹學君、樓一心（第22章）。他（她）們都是從事（或曾從事）生物化工教學或科研線的骨干教師（部分已離休或退休）。負責對全書確定編寫計劃和約稿、審稿的是俞俊棠、邬行彥、李友榮、唐孝宣和金青萍。其中唐孝宣同志審了較多的初稿，金青萍同志為全書的統一規格、整理和打印定稿做了很多具體工作。此外，烏錫康同志為本書稿體例的統一、規範花費了不少精力和時間，在此特表示衷心的感謝。
由於生物技術發展得很快，有許多生物技術的新發展、成果還來不及消化吸收將其編入教材，加上編寫者的水平及時間的原因，錯誤和不足之處在所難免，誠懇地希望讀者給予批評指正，以便在重印時更正。
謹將本書作為祝賀華東理工大學建校五十周年（１９５２１０２５～２００２１０２５）的一份獻禮。

俞俊棠
20025

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