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