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1 绪论 1

1.1 生物工程产业的发展过程 1

1.1.1 第一代生物工程产业 1

1.1.2 第二代生物工程产业 2

1.1.3 第三代生物工程产业 3

1.2 现代生物工程技术在各领域的应用 3

1.2.1 农业生物工程 3

1.2.2 轻工与食品生物工程 4

1.2.3 医药生物工程 5

1.2.4 海洋生物工程 5

1.2.5 生物工程在其他领域的应用 6

1.3 现代生物工程产业现状及展望 6

1.3.1 我国生物工程产业的发展 6

1.3.2 世界生物工程产业的发展 8

1.3.3 我国生物工程及其产业发展的困难与问题 9

1.4 生物工艺学与生物工程产品 10

思考题 12

主要参考文献 12

2 生物工程产品工艺学基础 13

2.1 基因工程基础 13

2.1.1 工具酶 13

2.1.2 基因工程的常用载体 14

2.1.3 目的基因的获取 16

2.1.4 重组DNA分子导入宿主细胞 17

2.1.5 外源基因在宿主细胞中的表达 18

2.2 酶工程基础 19

2.2.1 酶分子的化学修饰 19

2.2.2 酶分子的定向进化 20

2.2.3 酶与细胞固定化 21

2.3 细胞工程基础 23

2.3.1 植物组织与细胞培养 23

2.3.2 动物细胞与组织培养 24

2.3.3 染色体工程 25

2.3.4 干细胞工程 25

2.3.5 胚胎工程 26

2.4 发酵工程基础 26

2.4.1 微生物菌种及选育 26

2.4.2 发酵工艺 28

2.4.3 发酵工艺控制 28

2.5 生物分离工程基础 29

2.5.1 目标产物捕获 29

2.5.2 目标产物的初步纯化 30

2.5.3 目标产物高度纯化和精制阶段 33

2.5.4 分离工艺的建立原则 35

思考题 35

主要参考文献 36

3 有机酸 37

3.1 柠檬酸 37

3.1.1 柠檬酸发酵微生物 37

3.1.2 柠檬酸生物合成的代谢调控 38

3.1.3 柠檬酸的发酵工艺 40

3.1.4 柠檬酸提取工艺 42

3.2 乳酸 45

3.2.1 乳酸发酵微生物 46

3.2.2 乳酸生物合成机制 47

3.2.3 乳酸发酵工艺 48

3.2.4 乳酸提取和精制工艺 50

思考题 52

主要参考文献 52

4 氨基酸 53

4.1 概述 53

4.1.1 氨基酸的结构和性质 53

4.1.2 氨基酸的生产方法 53

4.1.3 氨基酸的用途 54

4.2 谷氨酸 55

4.2.1 谷氨酸发酵微生物 55

4.2.2 谷氨酸生物合成的代谢调控 56

4.2.3 谷氨酸的发酵工艺 59

4.2.4 谷氨酸的提取工艺 64

4.3 赖氨酸 66

4.3.1 赖氨酸发酵微生物 66

4.3.2 赖氨酸的生物合成及代谢调控 67

4.3.3 赖氨酸发酵工艺 72

4.3.4 赖氨酸提取工艺 74

思考题 76

主要参考文献 76

5 维生素 78

5.1 概述 78

5.1.1 维生素的定义 78

5.1.2 维生素的发展 78

5.1.3 维生素的分类 79

5.1.4 维生素的生理作用 79

5.2 β-胡萝卜素 80

5.2.1 β-胡萝卜素的生物合成及调节 81

5.2.2 β-胡萝卜素的产生菌 83

5.2.3 β-胡萝卜素的发酵工艺 83

5.2.4 β-胡萝卜素的提取工艺 84

5.3 核黄素 85

5.3.1 核黄素生物合成及代谢调节 85

5.3.2 核黄素的产生菌 88

5.3.3 核黄素的发酵工艺 88

5.3.4 核黄素的提取工艺 89

5.4 维生素C 91

5.4.1 维生素C的化学合成法 92

5.4.2 维生素C的生物合成及代谢调控 92

5.4.3 维生素C的产生菌 94

5.4.4 维生素C两步发酵工艺 95

5.4.5 维生素C的提取工艺 96

思考题 97

主要参考文献 97

6 核酸类物质 99

6.1 概述 99

6.1.1 核酸类物质的生产现状 100

6.1.2 核酸类产品的应用 100

6.2 核苷酸的生物合成 101

6.2.1 嘌呤核苷酸的合成 101

6.2.2 嘧啶核苷酸的合成 104

6.3 鸟苷 107

6.3.1 鸟苷的生物合成及代谢调控 107

6.3.2 鸟苷的产生菌 108

6.3.3 鸟苷的发酵工艺 109

6.3.4 鸟苷的提取工艺 109

6.4 肌苷酸 110

6.4.1 肌苷酸的生物合成及代谢调控 111

6.4.2 肌苷酸的产生菌 112

6.4.3 肌苷酸的发酵工艺 112

6.4.4 肌苷酸的提取工艺 113

6.5 辅酶A 114

6.5.1 辅酶A的生物合成及代谢调控 115

6.5.2 辅酶A的产生菌 115

6.5.3 辅酶A的发酵工艺 116

6.5.4 辅酶A的提取工艺 117

思考题 118

主要参考文献 118

7 抗生素 120

7.1 概述 120

7.1.1 抗生素的定义及特性 120

7.1.2 抗生素的发展概况 120

7.1.3 抗生素的分类 121

7.1.4 抗生素的作用机制 122

7.1.5 微生物的耐药性 123

7.2 β-内酰胺类抗生素 124

7.2.1 β-内酰胺类抗生素的生物合成及调控 125

7.2.2 青霉素的产生菌及育种 127

7.2.3 青霉素的发酵工艺 127

7.2.4 青霉素的提取工艺 129

7.2.5 头孢菌素C的生产工艺 130

7.3 半合成β-内酰胺抗生素 131

7.3.1 β-内酰胺抗生素的构效分析 131

7.3.2 半合成青霉素 133

7.3.3 半合成头孢菌素 135

7.4 大环内酯类抗生素 138

7.4.1 大环内酯类抗生素的生物合成及调控 138

7.4.2 红霉素的产生菌及育种 140

7.4.3 红霉素的发酵工艺 140

7.4.4 红霉素的提取工艺 142

7.5 氨基糖苷类抗生素 143

7.5.1 链霉素的生物合成及调控 143

7.5.2 链霉素的产生菌及育种 145

7.5.3 链霉素的发酵工艺 145

7.5.4 链霉素的提取工艺 146

7.6 四环素类抗生素 148

7.6.1 四环素类抗生素的生物合成及调控 149

7.6.2 四环素的产生菌及育种 149

7.6.3 四环素的发酵工艺 150

7.6.4 四环素的提取工艺 151

思考题 153

主要参考文献 153

8 微生物酶制剂 155

8.1 概述 155

8.1.1 微生物酶制剂的发展概况 155

8.1.2 微生物酶的应用 155

8.2 微生物酶制剂的生物合成及调节 156

8.2.1 酶蛋白的生物合成 156

8.2.2 酶蛋白生物合成的调节 157

8.2.3 微生物的生长与产酶 157

8.3 微生物酶制剂生产菌种及选育 158

8.3.1 产酶微生物的筛选 158

8.3.2 微生物酶制剂生产菌种的特性 158

8.3.3 酶制剂生产菌种的选育 159

8.3.4 酶制剂生产的常用微生物 160

8.4 酶制剂的生产方式 161

8.4.1 固体培养 161

8.4.2 液体深层培养 162

8.5 α-淀粉酶生产工艺 162

8.5.1 发酵培养基 163

8.5.2 枯草杆菌BF-7658α-淀粉酶的发酵工艺 164

8.5.3 枯草杆菌BF-7658α-淀粉酶的提取工艺 164

8.6 酸性蛋白酶生产工艺 165

8.6.1 发酵培养基 165

8.6.2 黑曲霉酸性蛋白酶的发酵工艺 166

8.6.3 黑曲霉酸性蛋白酶的提取工艺 166

思考题 167

主要参考文献 167

9 血液代用品 169

9.1 概述 169

9.2 血红蛋白的结构和功能 170

9.2.1 血红蛋白的结构 170

9.2.2 影响血红蛋白对氧亲和力的因素 171

9.3 全氟碳化合物 171

9.4 天然血红蛋白 172

9.5 血红蛋白类血液代用品 173

9.5.1 血红蛋白的制备方法 173

9.5.2 血红蛋白的化学修饰 174

9.5.3 化学修饰的血红蛋白制备工艺实例 178

9.6 人血液代用品的应用前景 179

思考题 180

主要参考文献 180

10 生物制品 181

10.1 概述 181

10.1.1 生物制品的发展历史 181

10.1.2 生物制品的定义 182

10.1.3 生物制品的分类 182

10.2 细菌类疫苗 183

10.2.1 菌体类疫苗的制备工艺 184

10.2.2 多糖类疫苗的制备工艺 185

10.2.3 细菌类疫苗的发展趋势 185

10.3 病毒类疫苗 186

10.3.1 常用病毒类疫苗的生产工艺 187

10.3.2 病毒类疫苗的发展趋势 188

10.4 类毒素与抗毒素 189

10.4.1 类毒素的生产工艺 189

10.4.2 抗毒素的生产工艺 190

10.4.3 类毒素与抗毒素的发展趋势 192

10.5 血液制品 192

10.5.1 血液制品的生产工艺 193

10.5.2 血液制品的安全性 193

10.5.3 血液制品的发展趋势 194

思考题 196

主要参考文献 197

11 基因工程药物 198

11.1 概述 198

11.2 基因工程药物的质量控制 199

11.2.1 原材料的质量控制 199

11.2.2 培养过程的质量控制 199

11.2.3 纯化工艺过程的质量控制 200

11.2.4 最终产品的质量控制 200

11.3 重组多肽和酶类药物 201

11.3.1 重组人胰岛素 201

11.3.2 重组人生长激素 203

11.3.3 重组人组织型纤溶酶原激活剂 204

11.4 重组细胞因子类药物 206

11.4.1 重组人干扰素 206

11.4.2 重组人集落刺激因子 208

11.4.3 重组人促红细胞生成素 210

11.5 基因药物 211

11.5.1 反义寡核苷酸药物 211

11.5.2 核酸疫苗 214

思考题 216

主要参考文献 217

12 单克隆抗体与基因工程抗体 218

12.1 抗体概述 218

12.1.1 抗体及分子结构 218

12.1.2 抗体的种类与应用 219

12.2 多克隆抗体的制备 222

12.2.1 多克隆抗体的制备工艺 223

12.2.2 多克隆抗体的制备实例：抗Ig抗体的制备 225

12.3 单克隆抗体的制备 225

12.3.1 单克隆抗体的制备工艺 226

12.3.2 单克隆抗体生产制备过程中的重要环节 226

12.3.3 单克隆抗体生产工艺实例：抗HBsAg的单克隆抗体生产工艺 229

12.4 基因工程抗体的制备 231

12.4.1 基因工程抗体在大肠杆菌中的表达 232

12.4.2 真核表达系统生产抗体 234

12.4.3 转基因植物生产抗体 236

12.4.4 转基因动物乳腺表达重组抗体 237

12.4.5 基因工程抗体在大肠杆菌中的表达实例：抗人膀胱癌噬菌体单链抗体的制备 238

思考题 239

主要参考文献 239

13 生物能源 241

13.1 概述 241

13.1.1 能源的分类 241

13.1.2 生物能源的特点 242

13.2 燃料乙醇 243

13.2.1 燃料乙醇的发展状况 243

13.2.2 燃料乙醇的生产原料 244

13.2.3 燃料乙醇发酵生产的机制 245

13.2.4 燃料乙醇发酵生产微生物 246

13.2.5 淀粉质原料乙醇生产工艺 248

13.3 生物柴油 250

13.3.1 生物柴油的发展状况 250

13.3.2 生物柴油的生产原料 252

13.3.3 生物柴油的生产方法 253

13.3.4 酯交换法生产生物柴油的原理 254

13.3.5 碱催化酯交换法生产生物柴油工艺 254

13.3.6 酶催化酯交换反应生产生物柴油工艺 256

13.4 生物制氢 258

13.4.1 生物制氢的发展状况 258

13.4.2 生物制氢的方法 258

13.4.3 光合法生物制氢 259

13.4.4 发酵法生物制氢 261

13.4.5 有机废水发酵法生物制氢 262

思考题 264

主要参考文献 264

14 生物材料 266

14.1 生物材料及其分类 266

14.1.1 生物医学材料 267

14.1.2 生物包装材料 267

14.2 重要的生物降解高分子材料 268

14.2.1 聚乳酸 268

14.2.2 甲壳素与壳聚糖 270

14.2.3 淀粉基降解材料 270

14.2.4 聚酸酐 271

14.2.5 聚氨基酸与“假型”聚氨基酸 272

14.2.6 聚己内酯 273

14.3 黄原胶的生产工艺 273

14.3.1 黄原胶概述 273

14.3.2 黄原胶的生产工艺 274

14.4 聚羟基烷酸的生产工艺 277

14.4.1 聚羟基烷酸概述 277

14.4.2 聚羟基烷酸的生物合成 278

14.4.3 聚3-羟基丁酸的生产工艺 281

思考题 283

主要参考文献 283

15 生物安全与生命伦理 284

15.1 概述 284

15.1.1 国外生物安全管理和立法情况 284

15.1.2 我国的生物安全管理政策和法规 285

15.1.3 生命伦理学 286

15.2 微生物实验室的生物安全 286

15.2.1 实验室感染的途径和原因 287

15.2.2 实验室的生物安全 288

15.3 基因工程产业化的生物安全 290

15.3.1 基因工程产业化的潜在危险 290

15.3.2 基因工程产业化的生产规范 291

15.4 转基因植物和食品的生物安全 292

15.4.1 转基因植物和食品存在的生态风险 292

15.4.2 转基因植物和食品的安全性评价 293

15.5 生物技术与生命伦理学 294

15.5.1 克隆人的伦理问题 295

15.5.2 胚胎干细胞研究的伦理问题 295

15.5.3 人类基因组计划的伦理问题 296

思考题 296

主要参考文献 296

16 生物过程经济 298

16.1 经济效益 298

16.2 投资 298

16.2.1 固定资产投资的估算 299

16.2.2 流动资金的估算 300

16.2.3 产品成本的估算 300

16.3 资金的时间价值 301

16.4 项目经济评价方法 302

16.4.1 静态评价方法 302

16.4.2 动态评价方法 302

16.5 不确定性分析和风险决策 308

16.5.1 风险和不确定性 308

16.5.2 敏感性分析 309

16.5.3 风险决策 312

16.6 过程分析实例 314

16.6.1 年产10万t柠檬酸项目 314

16.6.2 年产6.2 kg单克隆抗体项目 316

思考题 319

主要参考文献 319

17 生物产品生产法规和GMP 321

17.1 GMP的由来 321

17.2 GMP的特点和主要内容 323

17.2.1 GMP的特点 323

17.2.2 GMP概要 323

17.3 实施GMP的重要性 325

17.4 GMP实施的一些问题 326

17.5 我国在GMP工作上的进展 329

思考题 331

主要参考文献 331

附录1 药品生产质量管理规范（1998年修订） 332

附录2 基因工程安全管理办法 349

索引 353