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生物物质分离和纯化过程篇 1

13 下游加工过程概论 1

13.1 下游加工过程在生物技术中的地位 1

13.2 传统生化产品和基因工程产品回收方法的比较 1

13.3 生物技术下游加工过程的特点 2

13.4 生物技术下游加工过程的一般流程和单元操作 4

13.4.1 一般工艺流程 4

13.4.2 发酵液的预处理和固液分离 4

13.4.3 细胞破碎及其碎片的分离 5

13.4.4 初步纯化（提取） 5

13.4.5 高度纯化（精制） 7

13.4.6 最后纯化 8

13.5 选择纯化方法的依据 9

13.6 非蛋白质类杂质的去除 9

13.7 目标蛋白质的表征和分析方法 10

13.8 发展趋向 10

14 发酵液的预处理和固液分离方法 13

14.1 发酵液的预处理 13

14.1.1 凝聚和絮凝技术 13

14.1.2 杂蛋白质的其他去除方法 17

14.1.3 高价无机离子的去除方法 17

14.2 发酵液的固液分离 18

14.2.1 影响固液分离的因素 18

14.2.2 过滤 19

14.2.3 离心分离 20

14.3 全发酵液提取 21

15 细胞破碎 24

15.1 细胞壁的组成和结构 24

15.1.1 微生物细胞壁的化学组成和结构 24

15.1.2 植物细胞壁的化学组成和结构 26

15.2 细胞破碎技术 27

15.2.1 机械法 27

15.2.2 非机械法 29

15.2.3 选择破碎方法的依据 31

15.2.4 破碎技术研究的方向 32

15.3 破碎率的测定 32

15.3.1 直接测定 32

15.3.2 测定释放的蛋白质量或酶的活力 33

15.3.3 测定导电率 33

15.4 基因工程包涵体的纯化方法 33

15.4.1 包涵体的洗涤和目标蛋白的变性溶解 33

15.4.2 目标蛋白的复性 34

16 沉淀法 37

16.1 盐析法 37

16.1.1 ohn方程式 37

16.1.2 pH和温度的影响 38

16.1.3 (NH4)2SO4盐析法实际应用时的注意点 38

16.1.4 起始浓度的影响 40

16.1.5 盐析的机理 41

16.2 等电点沉淀法 42

16.3 有机溶剂沉淀法 42

16.4 非离子型聚合物沉淀法 44

16.5 聚电解质沉淀法 44

16.6 金属离子沉淀法 45

17 膜过滤法 46

17.1 膜材料和膜的制造 46

17.1.1 膜材料 47

17.1.2 膜的制造 47

17.2 表征膜性能的参数 49

17.2.1 水通量 49

17.2.2 截留率和截断分子量 49

17.2.3 孔道特征 50

17.2.4 完整性试验 50

17.3 分离机理和膜中迁移方程式 51

17.3.1 毛细管流动模型 51

17.3.2 溶解扩散模型 51

17.3.3 优先吸附－毛细孔流动模型 52

17.3.4 纳滤 53

17.4 膜两侧溶液间的传递方程式 54

17.4.1 浓差极化－凝胶层模型 54

17.4.2 阻力模型 56

17.4.3 管状收缩效应的影响 57

17.5 影响膜过滤的各种因素 57

17.5.1 压力 57

17.5.2 浓度 58

17.5.3 温度 58

17.5.4 流速 58

17.5.5 其他因素 59

17.6 膜的污染 59

17.6.1 减轻污染的方法 60

17.6.2 清洗方法 60

17.7 膜过滤装置的型式及其适用范围 61

17.8 操作方法 63

17.8.1 分批操作 63

17.8.2 透析过滤 64

17.8.3 连续操作 64

17.9 应用 65

17.9.1 发酵液的过滤与细胞的收集 65

17.9.2 纯化 65

17.9.3 浓缩 66

17.9.4 去热原 66

17.9.5 缓冲液变换 66

18 溶剂萃取法 68

18.1 分配定律 68

18.1.1 分配定律的导出 68

18.1.2 弱电解质在有机溶剂－水相间的分配平衡 69

18.2 溶剂的选择 70

18.3 水相条件的影响 71

18.3.1 pH值 71

18.3.2 温度 71

18.3.3 盐析 72

18.3.4 带溶剂 72

18.4 乳化和去乳化 72

18.4.1 乳浊液的形成 72

18.4.2 乳浊液的稳定条件和乳浊液的类型 73

18.4.3 乳浊液的破坏 75

18.4.4 常用的去乳化剂 75

18.5 萃取方式和理论收得率的计算 76

18.5.1 单级萃取 77

18.5.2 多级错流萃取 77

18.5.3 多级逆流萃取 78

18.5.4 萃取计算诺模图 79

18.6 离子对／反应萃取 82

18.6.1 一般介绍 82

18.6.2 离子对／反应萃取的应用 83

19 两水相分配法 85

19.1 两水相的形成 85

19.2 相图 86

19.3 分配理论 87

19.3.1 表面能的影响 87

19.3.2 电荷的影响 87

19.3.3 综合考虑 88

19.4 影响分配的参数 89

19.4.1 成相聚合物的相对分子质量 89

19.4.2 成相聚合物的浓度 89

19.4.3 盐类的影响 90

19.4.4 pH值 90

19.4.5 温度 91

19.4.6 荷电PEG作为成相聚合物 91

19.5 应用 92

19.5.1 工艺方面的问题 92

19.5.2 工程方面的问题 93

19.5.3 在小分子分离和纯化中的应用 94

19.6 亲和分配 95

19.7 两水相生物转化反应 95

20 离子交换法 98

20.1 基本概念 98

20.1.1 强酸性阳离子交换树脂 99

20.1.2 弱酸性阳离子交换树脂 99

20.1.3 强碱性阴离子交换树脂 100

20.1.4 弱碱性阴离子交换树脂 100

20.1.5 树脂性能的比较 100

20.1.6 其他类型的树脂 101

20.1.7 树脂的命名 101

20.2 离子交换树脂的合成 102

20.2.1 苯乙烯－二乙烯苯型磺酸基树脂 103

20.2.2 苯乙烯－二乙烯苯型胺基树脂 104

20.2.3 丙烯酸－二乙烯苯型羧基树脂 105

20.2.4 酚醛型树脂 106

20.2.5 多乙烯多胺－环氧氯丙烷树脂 106

20.3 离子交换树脂的理化性能和测定方法 107

20.4 离子交换过程的理论基础 110

20.4.1 离子交换平衡方程式 110

20.4.2 离子交换速度 112

20.4.3 离子交换过程的运动学 114

20.5 离子交换过程的选择性 116

20.5.1 离子的水化半径 116

20.5.2 离子的化合价 117

20.5.3 溶液的酸碱度 117

20.5.4 交联度、膨胀度和分子筛 118

20.5.5 树脂与交换离子之间的辅助力 118

20.5.6 有机溶剂的影响 119

20.6 大网格离子交换树脂 119

20.7 偶极离子吸附 120

20.8 树脂和操作条件的选择及应用举例 121

20.8.1 树脂和操作条件的选择 121

20.8.2 用举例 122

20.9 软水和无盐水的制备 124

20.9.1 软水制备 125

20.9.2 无盐水制备 125

20.9.3 有机物污染问题 126

20.9.4 再生方式 126

20.10 离子交换法提取蛋白质 127

20.10.1 亲水性离子交换剂 127

20.10.2 离子交换剂的交换容量 127

20.10.3 吸附机理 128

20.10.4 应用举例 129

20.11 离子交换膜和电渗析技术 129

20.11.1 离子交换膜 129

20.11.2 膜电位 130

20.11.3 电渗析制备无盐水 130

20.11.4 极化和沉淀 132

21 吸附法 138

21.1 吸附过程的理论基础 138

21.1.1 基本概念 138

21.1.2 及附的类型 139

21.1.3 及附力的本质 139

21.1.4 吸附等温线 142

21.1.5 影响吸附过程的因素 144

21.2 大网格聚合物吸附剂 145

21.2.1 大网格聚合物吸附剂的类型和结构 145

21.2.2 大网格聚合物吸附剂的合成 147

21.2.3 大网格聚合物物理性能的测定 149

21.2.4 大网格聚合物吸附剂的应用 150

21.3 其他类型的吸附 153

21.3.1 疏水作用吸附 153

21.3.2 盐析吸附 153

21.3.3 亲和吸附 153

21.3.4 染料配位体吸附 154

21.3.5 免疫吸附 154

21.3.6 固定金属亲和吸附 154

21.3.7 羟基磷灰石吸附 154

22 色层分离法 157

22.1 色层法基本概念 157

22.2 亲和层折 161

22.2.1 基质 161

22.2.2 柱操作系统 165

22.3 染料层析 168

22.4 疏水层析 168

22.5 固定化金属离子亲和层析 169

22.6 共价层析 170

22.7 离子交换层析 172

22.8 羟基磷灰石层析 173

22.9 凝胶层析法 174

22.9.1 基本原理 174

22.9.2 葡聚糖凝胶的理化性质 175

22.9.3 凝胶层析操作 176

22.10 电泳法 177

22.10.1 原理 177

22.10.2 聚丙烯酰胺凝胶电泳 178

23 结晶法 183

23.1 结晶过程的实质 183

23.2 过饱和溶液的形成 184

23.2.1 过饱和溶液的形成方法 184

23.2.2 工业生产实例 185

23.3 晶核的形成 185

23.4 晶体的生长 188

23.5 提高晶体质量的途径 188

23.5.1 晶体的大小 189

23.5.2 晶体的形状 190

23.5.3 晶体的纯度 190

23.5.4 晶体的结块 191

23.5.5 重结晶 191

23.6 蛋白质的结晶 191

典型生物过程篇 193

24 基因工程菌产品的生产与研究概况 193

24.1 引言 193

24.2 干扰素 193

24.2.1 高密度细胞培养的策略 193

24.2.2 重组菌的高密度培养和a－干扰素的表达 194

24.2.3 酿酒酵母的高密度培养及人免疫干扰素的表达 194

24.3 源自克隆基因的蛋白 195

24.3.1 胰岛素 196

24.3.2 生长激素 196

24.3.3 促红细胞生成素 196

24.4 外源蛋白酵母表达系统 196

24.4.1 甲醇营养型毕赤酵母的优势 197

24.4.2 巴斯德毕赤酵母表达系统研究进展 197

24.4.3 甲醇营养型毕赤酵母的特征 197

24.4.4 表达产物的糖基化 198

24.5 疟疾疫苗 198

24.6 重组人血清白蛋白——人血清白蛋白基因的合成及其在酵母中的表达 200

24.7 氨基酸 200

24.7.1 基因技术在氨基酸生产方面的应用成果 200

24.7.2 利用重组大肠杆菌生产色氨酸 202

24.8 肌苷酸和鸟苷酸 203

24.9 微生物多糖 203

25 氨基酸生产工艺 205

25.1 概况 205

25.1.1 氨基酸的用途 205

25.1.2 氨基酸的生产方法 205

25.2 氨基酸合成的代谢调控与育种 206

25.2.1 氨基酸生物合成的代谢调控 206

25.2.1.1 反馈抑制与优先合成 206

25.2.1.2 其他特殊的控制机制 207

25.2.1.3 氨基酸合成调节机制实例——天门冬氨酸族氨基酸生物合成的调节机制 207

25.2.2 氨基酸菌种的定向选育 208

25.2.2.1 解除反馈调节——结构类似物抗性株的选育 208

25.2.2.2 切断支路代谢——营养缺陷型的选育 209

25.2.2.3 优先合成的转换——渗漏缺陷型的选育 210

25.2.2.4 选育温度敏感突变株 210

25.2.2.5 改善细胞膜的通透性能 210

25.3 氨基酸发酵的工艺控制 211

25.3.1 培养基 211

25.3.2 pH值对氨基酸发酵的影响及其控制 212

25.3.3 温度对氨基酸发酵的影响及其控制 213

25.3.4 氧对氨基酸发酵的影响及其控制 213

25.4 谷氨酸发酵 214

25.4.1 淀粉水解糖的制备 215

25.4.2 菌种扩大培养 215

25.4.3 谷氨酸发酵 216

25.4.4 谷氨酸提取 217

26 抗生素生产工艺 218

26.1 抗生素概述 218

26.2 抗生素的发展 218

26.3 抗生素的分类 219

26.3.1 根据抗生素的生物来源分类 219

26.3.2 根据抗生素的作用分类 219

26.3.3 根据抗生素的化学结构分类 219

26.3.4 根据抗生素的作用机制分类 220

26.3.5 根据抗生素的生物合成途径分类 220

26.4 抗生素的应用 220

26.4.1 抗生素在医疗上的应用 220

26.4.2 抗生素在农牧业中的应用 220

26.5 抗生素生产的工艺过程 221

26.5.1 菌种 221

26.5.2 孢子制备 221

26.5.3 种子制备 221

26.5.4 培养基的配制 221

26.5.5 发酵 222

26.5.6 发酵液的过滤和预处理 223

26.5.7 抗生素的提取 224

26.5.8 抗生素的精制 224

26.5.9 抗生素生产实例 225

26.6 半合成抗生素 227

27 微生物酶制剂生产工艺 229

27.1 慨述 229

27.1.1 微生物酶工业的发展慨况 229

27.1.2 酶制剂的应用 229

27.1.3 酶制剂的生产 230

27.2 酶生物合成的代谢调节及育种 230

27.2.1 酶生物合成的代谢调节 230

27.2.2 酶制剂生产菌种的选育 231

27.3 酶制剂发酵生产的工艺控制 233

27.3.1 培养基 233

27.3.2 pH值对酶生产的影响及其控制 235

27.3.3 酶生产的温度控制 235

27.3.4 通气搅拌对酶生产的影响 235

27.3.5 酶的提取技术 236

27.4 微生物酶制剂生产工艺举例——a－淀粉酶生产工艺 237

27.4.1 米曲霉固态法a－淀粉酶生产工艺 238

27.4.2 枯草杆菌BF7658深层液体发酵α－淀粉酶生产工艺 239

28 维生素生产工艺 240

28.1 概况 240

28.1.1 维生素的分类 240

28.1.2 维生素的特性和生化功能 241

28.1.3 维生素的生产方法 241

28.2 维生素C生产工艺 242

28.2.1 维生素C的合成方法 242

28.2.2 二步发酵法生产工艺 244

28.2.2.1 二发酵法反应步骤 245

28.2.2.2 二步发酵法生产维生素C的工艺流程 245

28.2.2.3 ；发酵菌种及发酵工艺 247

28.3 生物合成法生产维生素的前景 248

29 污水生化处理技术 250

29.1 污水处理慨述 250

29.1.1 水污染慨述 250

29.1.2 衡量水质污染的指标及国家允许的排放标准 250

29.1.3 污水处理的基本方法 252

29.2 好氧生化处理技术 253

29.2.1 活性污泥法 253

29.2.2 生物膜法 259

29.3 厌氧生化处理技术 262

29.3.1 厌氧生化处理的一般概念 263

29.3.2 污泥消化 264

29.3.3 高浓度废水的厌氧发酵 266

29.4 A/O系统处理污水技术 267