1.1 生物催化的基本概念 1
1.1.1 生物催化与生物催化工艺学 1
目录 1
1 绪论 1
1.1.2 生物催化的产生与发展 3
11.4.1 固定化生物催化剂的活力及其测定 31 7
1.1.3 生物催化研究的重要意义 7
1.2.1 生物催化的主要方式 8
1.2 生物催化的主要内容 8
1.2.2 生物催化反应的特点 9
1.2.4 生物催化的应用 12
1.2.3 生物催化研究的主要内容 12
1.3.1 生物催化的研究动态 15
1.3 生物催化发展趋势 15
1.3.2 生物催化的发展趋势与前景 18
1.3.3 我国生物催化产业的发展策略与建议 20
参考文献 23
2.2.1 微生物的基本特点 27
基础篇 27
2 微生物学基础 27
2.1 生物催化剂与微生物 27
2.1.1 生物催化剂 27
2.1.2 微生物是生物催化剂的宝库 27
2.2 微生物的形态与分类 27
2.2.2 微生物的分类与命名 29
2.2.3 常用的工业微生物 30
2.3.1 原核生物和真核生物 34
2.3 微生物细胞的结构及功能 34
2.3.2 核糖体 36
2.3.3 生物膜与蛋白质的运输 37
2.4.1 遗传变异的物质基础 38
2.4 微生物的遗传和变异 38
2.4.3 微生物的变异 41
2.4.2 遗传信息的传递和基因表达 41
2.5.1 微生物代谢调控的基本特点 42
2.5 代谢工程与微生物代谢的调控 42
2.5.2 酶活性的调控 43
2.5.3 酶合成的调控 46
2.5.4 微生物代谢调控的模式 50
2.5.5 代谢的人工调控 53
2.5.6 代谢工程 55
2.6.1 微生物的营养 56
2.6 微生物的生长与环境条件 56
2.6.2 微生物的培养方法 59
2.6.3 环境条件对微生物生长和代谢的影响 60
2.6.4 极端环境与极端微生物 61
参考文献 63
3.1.1 酶是生物催化剂 65
3 应用酶学基础 65
3.1 酶的基本概念 65
3.1.2 酶的化学本质 68
3.1.3 酶的分类和命名 69
3.2.1 酶蛋白的结构 72
3.2 酶的结构与功能 72
3.2.2 酶的活性中心 77
3.2.3 酶催化反应机制 78
3.3 酶动力学和抑制作用 84
3.3.1 单底物酶催化反应动力学 85
3.3.2 多底物酶催化反应动力学 91
3.3.3 影响酶反应速率的因素 93
3.3.4 酶的抑制 95
3.4.1 对酶的认识 98
3.4 生物催化用酶 98
3.4.2 酶作为生物催化剂的优点 99
3.4.3 酶作为生物催化剂的缺点 101
参考文献 102
4.1 手性概念的提出 103
4 手性化学基础 103
4.2.1 对映体的不同作用行为 105
4.2 手性的意义 105
4.3.1 异构体 106
4.2.2 单一对映体手性化合物的重要意义 106
4.3 有机分子的三维结构与手性 106
4.3.2 立体异构 108
4.3.3 手性与光学活性 112
4.3.4 手性与不对称性 115
4.4.1 构型的联系 117
4.4 构型的联系和测定 117
4.4.2 构型的测定 119
4.5.1 比旋光度的测量 122
4.5 对映体组成的测定 122
4.5.3 手性色谱法 123
4.5.2 对映体过量 123
4.5.4 核磁共振光谱（NMR）法 124
4.6.1 生物催化反应的选择性 125
4.6 生物催化的手性化学 125
4.6.2 对映选择率E 126
参考文献 128
5.1.1 生物有机化学的发展 129
5 生物有机化学与生物催化 129
5.1 概述 129
5.1.2 生物有机化学的主要研究方向及内容 131
5.2 生物体内的有机化学 132
5.2.1 生物有机化学中的立体效应 133
5.2.2 生物体内发生的基本有机化学反应类型 135
5.3.1 生物催化反应与有机化学合成 137
5.3 生物催化的有机化学反应 137
5.3.2 生物催化的水解反应 138
5.3.3 生物催化的氧化还原反应 140
5.3.4 生物催化的缩合反应 141
5.3.5 生物催化的加成反应 142
5.3.7 生物催化的胺化反应 143
5.3.6 生物催化的卤化和脱卤反应 143
5.3.9 生物催化的降解反应 144
5.3.8 生物催化的酯化反应 144
参考文献 145
6.1.2 生物催化剂来源与多样性 146
6 生物催化剂的来源与筛选 146
6.1 概述 146
6.1.1 生物催化剂的概念 146
6.1.3 生物催化剂的寻找和发现 149
6.2.1 常规生物催化剂筛选的一般策略 150
6.2 微生物酶筛选的策略 150
6.2.2 从极端微生物中筛选极端酶的策略 156
6.2.3 未培养生物催化剂的发现策略 158
6.3.1 从自然界发现产酶微生物 159
6.3 微生物和酶的一般筛选方法 159
6.3.2 生物催化剂的高效筛选 163
6.4 优良菌种选育 166
6.4.2 诱变选育 167
6.4.1 自然选育 167
6.5.1 从土壤和水样中提取DNA 171
6.5 从生境中微生物基因组DNA筛选酶的方法 171
6.5.2 土壤微生物DNA文库的构建 172
参考文献 173
7 生物催化剂的修饰与改造 175
7.1 生物催化剂的化学修饰 176
7.1.2 酶蛋白修饰的方法 177
7.1.1 酶蛋白修饰的目的 177
7.1.3 酶蛋白修饰的局限性 180
7.2.1 生物催化剂的有理设计工具与方法 181
7.2 生物催化剂的有理设计改造 181
7.2.2 有理设计应用的成功例子 183
7.3.1 酶的定向进化的产生及定义 185
7.2.3 有理设计的局限性与展望 185
7.3 生物催化剂的定向进化 185
7.3.2 定向进化方法 188
7.3.3 定向进化应用的成功例子 192
7.3.4 定向进化的发展概况 196
7.4 目的物的检验方法：筛选和选择 197
7.4.1 筛选 198
7.4.2 选择 199
7.5.1 生物催化剂改造的研究概况 200
7.5 生物催化剂改造的研究概况与展望 200
7.5.3 生物催化剂改造的展望 201
7.5.2 生物催化剂的组合改造 201
参考文献 203
8.1.1 对产酶微生物菌种的要求 205
8 生物催化剂的发酵生产 205
8.1 微生物产酶菌种 205
8.1.2 常用的产酶微生物 206
8.1.3 产酶菌种的保藏 207
8.1.4 产酶菌种的退化 208
8.2 产酶培养基 209
8.2.1 微生物发酵与产酶原料 210
8.2.2 培养基配制与灭菌 213
8.3.2 产酶发酵方法 218
8.3 种子培养与发酵产酶 218
8.3.1 产酶发酵工艺流程 218
8.3.3 种子扩大培养 219
8.3.4 无菌操作的接种技术 220
8.4.1 微生物的生长繁殖规律 221
8.4 微生物生长与发酵产酶动力学 221
8.4.2 发酵产酶的模式 222
8.4.4 产酶动力学 223
8.4.3 细胞生长动力学 223
8.5.1 温度 224
8.5 发酵条件对产酶的影响 224
8.5.3 溶解氧（供氧） 225
8.5.2 pH值 225
8.5.6 湿度 226
8.5.4 搅拌 226
8.5.5 泡沫 226
8.6.2 杂菌污染的原因及防止措施 227
8.6 发酵染菌和防治 227
8.6.1 杂菌污染的途径 227
8.6.3 噬菌体的危害和防止措施 228
8.7.2 商品酶的剂型 229
8.7 工业用生物催化剂与酶制剂 229
8.7.1 工业用生物催化剂的要求 229
参考文献 230
9 酶的纯化与表征 231
9.1.3 蛋白质的测定 232
9.1 酶或蛋白质的分析与检测 232
9.1.1 纯度的标准 232
9.1.2 酶活的测定 232
9.1.4 蛋白质的化学分析 234
9.2.1 分离纯化概述 235
9.2 酶的分离和纯化 235
9.2.2 酶的提取 236
9.2.3 分离纯化方法 240
9.2.4 结晶 253
9.3.1 纯化过程中的稳定性 254
9.2.5 选择性变性纯化 254
9.3 酶的稳定性 254
9.3.2 酶的保存 255
9.3.3 酶的修饰对稳定性的作用 256
9.4.2 预处理 257
9.4 分离纯化过程设计策略 257
9.4.1 材料的选择 257
9.4.4 制定酶的纯化步骤 258
9.4.3 酶性质的初步研究 258
参考文献 260
9.4.5 提取、分离和纯化方法评价 260
10.1 引言 262
10 非水相生物催化 262
10.2.1 单一的水或缓冲溶液系统 265
10.2 典型的生物催化介质系统 265
10.2.3 水-有机溶剂两相系统 266
10.2.2 水-有机溶剂单相系统 266
10.2.4 含有表面活性剂的乳液或微乳液系统 267
10.2.6 超临界流体系统 268
10.2.5 微水有机溶剂单相系统 268
10.2.7 离子液体介质系统 269
10.3 非水溶剂的影响及其选择原则 270
10.2.8 无溶剂或少溶剂反应系统 270
10.3.2 非水溶剂对酶稳定性的影响 271
10.3.1 非水溶剂对酶选择性的影响 271
10.3.3 非水溶剂的选择原则 272
10.4.1 酶的柔性与“必需水” 273
10.4 水活度的影响及其控制方法 273
10.4.2 水活度与酶的活性 274
10.4.3 水活度缓冲体系 275
10.5.1 无机盐类添加剂 276
10.5 添加剂对非水相生物催化反应的影响 276
10.5.4 表面活性剂 277
10.5.2 有机助溶剂 277
10.5.3 多醇类添加剂 277
10.6.1 有机溶剂中酶的活力为何不如水相中高 279
10.6 非水介质中酶的活化方法 279
10.6.2 如何提高有机相酶的催化活力 281
10.7.2 酶在有机溶剂中的稳定性 283
10.7 非水相生物催化的主要特征 283
10.7.1 酶在有机溶剂中的催化活性 283
10.7.3 溶剂对酶选择性的调控作用 284
10.7.4 非水相酶催化的其他特征 285
10.8 非水相生物催化的典型反应 286
10.8.1 酯合成反应 287
10.8.2 酰胺化反应 292
10.8.3 多肽合成反应 293
10.8.4 氧化还原反应 294
参考文献 296
11.1.1 固定化生物催化剂的定义 299
11 固定化生物催化剂 299
11.1 固定化生物催化剂概述 299
11.1.2 固定化生物催化剂的研究历史与发展 300
11.1.3 固定化生物催化剂的优缺点 301
11.2.1 固定化生物催化剂的制备原则 302
11.2 固定化生物催化剂制备方法 302
11.2.2 固定化方法 303
11.2.3 各种固定化方法的优缺点比较 310
11.3.1 固定化生物催化剂的特征参数 311
11.3 固定化生物催化剂的性质 311
11.3.3 固定化对生物催化剂稳定性的影响 312
11.3.2 固定化后催化活性的变化 312
11.3.4 固定化对生物催化反应动力学的影响 314
11.4 评价固定化生物催化剂的指标及其测定 317
11.4.3 固定化生物催化剂的半衰期 318
11.4.4 单位产品的生物催化剂消耗 318
11.4.2 偶联率及相对活力的测定 318
11.5.2 固定化生物催化剂应用的几个例子 319
11.5.1 固定化生物催化剂的应用 319
11.5 固定化生物催化剂的应用 319
11.6.1 共固定化技术 321
11.6 固定化技术研究新进展 321
11.6.2 酶的定向固定化技术 322
11.6.3 交联酶晶体 323
11.6.4 脂质体包埋 325
参考文献 326
12.1.1 生物催化反应器的基本概念 327
12.1 生物催化反应器概述 327
12 生物催化反应器 327
12.1.3 生物反应器的分类 328
12.1.2 生物反应器的特点 328
12.1.4 生物反应器的研究内容和发展趋势 330
12.2.1 生物反应器设计的生物学基础 331
12.2 生物反应器工艺设计基础 331
12.2.2 生物反应器中的混合与传热 332
12.2.3 理想的生物反应器模型 334
12.3.1 机械搅拌式生物反应器 338
12.3 几种主要的生物反应器介绍 338
12.3.2 鼓泡式生物反应器和气升式生物反应器 347
12.3.4 厌氧生物反应器 350
12.3.3 自吸式生物反应器 350
12.3.5 固态发酵用生物反应器 353
12.3.6 固定床、流化床生物反应器 354
12.3.7 膜生物反应器 356
12.4.1 生物反应器设计 359
12.4 生物反应器的设计与放大 359
12.4.2 生物反应器的放大 368
参考文献 376
13.1.1 L-氨基酸的主要用途 381
13.1L-氨基酸的研究应用概况 381
应用篇 381
13 酶法制备L-氨基酸 381
13.1.2 L-氨基酸的国内外研究进展 382
13.2.2 L-苯丙氨酸的酶法制备路线 383
13.2.1 L-苯丙氨酸的性质用途 383
13.2 L-苯丙氨酸的酶法制备 383
13.3.1 苯丙酮酸的制备方法 384
13.3 苯丙酮酸转氨酶法制备L-苯丙氨酸 384
13.3.2 转氨酶的产酶发酵工艺 385
13.3.3 L-苯丙氨酸的分离提取工艺 387
13.4.1 L-丙氨酸的性质与应用 389
13.4 L-丙氨酸的酶法制备 389
13.3.4 L-苯丙氨酸的分析检验方法和质量标准 389
13.4.2 L-丙氨酸的酶法制备路线 390
13.4.3 L-天冬氨酸酶法脱羧制备L-丙氨酸 391
13.4.5 L-丙氨酸的产品质量标准和分析检验 402
13.4.4 L-丙氨酸的分离提取工艺 402
参考文献 403
14.1.1 D-氨基酸的性质 405
14.1 D-氨基酸概述 405
14 酶法制备D-氨基酸 405
14.1.2 D-氨基酸的应用 407
14.2.1 酶催化拆分法 411
14.2 D-氨基酸的制备方法及其进展 411
14.2.2 酶法转化法 413
14.3.1 海因酶简介 415
14.3 海因酶法制备D-氨基酸 415
14.4.1 D-苯丙氨酸的用途 416
14.4 海因酶法制备D-苯丙氨酸 416
14.3.2 海因酶法制备D-氨基酸的工艺路线 416
14.4.2 前体化合物——苄基海因的制备工艺 418
14.4.3 海因酶的发酵产酶工艺 419
14.4.4 酶法转化工艺 420
14.4.6 D-苯丙氨酸的分析检验和质量标准 422
14.4.5 D-苯丙氨酸的分离提取工艺 422
14.4.7 其他D-氨基酸的酶法制备工艺 423
参考文献 424
15.1.1 概述 427
15.1 固定化细胞方法生产L-苹果酸 427
15 固定化细胞方法生产L-苹果酸与L（＋）酒石酸 427
15.1.3 产L-苹果酸的微生物及菌种选育 431
15.1.2 固定化细胞方法生产L-苹果酸的技术路线 431
15.1.4 产酶发酵工艺 433
15.1.5 固定化细胞转化工艺 435
15.1.6 L-苹果酸的提取和精制 441
15.1.7 半成品化验和成品检验 443
15.1.8 L-苹果酸的生理功能与用途 446
15.2.1 概述 449
15.2 固定化细胞方法生产L（＋）-酒石酸 449
15.2.3 产L（十）-酒石酸的微生物及菌种选育 452
15.2.2 固定化细胞生产L（＋）-酒石酸的技术路线 452
15.2.4 产酶发酵工艺 454
15.2.5 固定化细胞转化工艺 456
15.2.6 L（＋）-酒石酸的提取 459
15.2.7 半成品化验和成品检验 460
15.2.8 L（＋）-酒石酸的用途 462
参考文献 463
16.1.1 2-芳基丙酸类非甾体抗炎药 466
16.1 2-芳基丙酸概述 466
16 生物催化法制备手性2-芳基丙酸 466
16.1.2 酶法拆分工艺 468
16.1.3 其他合成方法 474
1 6.2.1 （R,S）-萘普生的非水相酶促酯化 482
16.2 萘普生 482
16.2.2 （R,S）-萘普生酯的选择性水解 484
16.3 布洛芬 487
16.3.1 （R,S）-布洛芬的非水相酶促酯化 488
16.3.2 （R,S）-布洛芬酯的选择性水解 489
16.4.1 （R,S）-酮洛芬的非水相酶促酯化 492
16.4 酮洛芬 492
16.4.2 （R,S）-酮洛芬酯的选择性水解 494
16.5.2 舒洛芬 497
16.5.1 氟比洛芬 497
16.5 其他2-芳基丙酸 497
参考文献 498
1 7.1.2 L-肉碱的代谢、生理功能和毒理学 503
17.1.1 L-肉碱简介 503
17 酶法生产L-肉碱 503
17.1 概述 503
17.1.3 L-肉碱生产与技术的国内外发展情况 504
17.2.1 酶法生产L-肉碱的技术路线 509
17.2 酶法转化巴豆甜菜碱生产L-肉碱工艺 509
17.2.3 产酶发酵工艺 510
17.2.2 产L-肉碱水解酶的微生物及菌种选育 510
17.2.4 酶转化工艺 512
17.2.5 L-肉碱的提取和精制 516
17.2.6 L-肉碱生产的半成品和成品的测定方法 518
17.2.7 L-肉碱的质量标准和检验方法 519
17.3.1 化学合成拆分方法制备L-肉碱 520
17.3 L-肉碱的其他生产方法 520
17.3.2 γ-丁基甜菜碱为前体的酶转化法 522
17.3.3 直接发酵法生产L-肉碱 525
17.4 L-肉碱的应用 526
17.4.1 L-肉碱在食品工业中的应用 527
17.4.2 L-肉碱在饲料工业中的应用 528
17.4.3 L-肉碱在医药工业中的应用 529
参考文献 530
18.1.1 D-泛酸钙与D-泛醇简介 533
18.1 概述 533
18 微生物酶法拆分制备D-泛解酸内酯 533
18.1.2 泛解酸内酯的拆分方法与国内外发展情况 534
18.2.2 产D-泛解酸内酯水解酶的微生物及菌种选育 539
18.2.1 酶法拆分的技术路线 539
18.2 酶法拆分方法生产D-泛解酸内酯工艺 539
18.2.3 产酶发酵工艺 541
18.2.4 酶转化工艺 543
18.2.5 D-泛解酸内酯的提取和精制 548
18.2.6 酶法拆分的半成品化验和成品检验 549
18.3.1 化学拆分方法制备D-泛解酸内酯 552
18.3 D-泛酸的其他生产方法 552
18.3.2 诱导结晶法生产D-泛酸钙 553
18.3.3 直接发酵法生产D-泛酸钙 554
18.4.1 D-泛解酸内酯生产D-泛酸钙及其用途 555
18.4 D-泛解酸内酯的应用 555
18.4.2 D-泛解酸内酯生产D-泛醇及其用途 557
18.4.3 D-泛解酸内酯生产D-泛硫乙胺及其应用 558
参考文献 560
19.1.1 除虫菊酯的发现 562
19.1 拟除虫菊酯简介 562
19 酶法生产光学活性拟除虫菊酯 562
19.1.2 拟除虫菊酯的发展 563
19.1.3 光学活性拟除虫菊酯及研究进展 565
19.2.1 拟除虫菊酸中间体的制备 566
19.2 光学活性拟除虫菊酯中间体的生产 566
19.2.2 手性拟除虫菊醇中间体的制备 570
19.3.1 （S）-生物烯丙菊酯 577
19.3 光学活性拟除虫菊酯简介 577
19.3.3 溴氰菊酯 578
19.3.2 生物炔丙菊酯 578
19.3.4 氯氰菊酯 579
19.3.5 氰戊菊酯 580
19.4.1 棉田害虫 581
19.4 光学活性拟除虫菊酯的应用 581
19.3.6 三氟氯氰菊酯 581
19.4.5 烟草害虫 582
19.4.4 茶树害虫 582
19.4.2 蔬菜害虫 582
19.4.3 果树害虫 582
19.4.10 白蚁 583
19.4.9 卫生害虫 583
19.4.6 水稻害虫 583
19.4.7 其他农业害虫 583
19.4.8 森林害虫 583
参考文献 584
19.4.12 贮粮害虫 584
19.4.11 家畜害虫 584
20.1 概述 586
20 脂肪酶非水相催化生产短链脂肪酸酯 586
20.1.2 国内外发展的情况 587
20.1.1 短链脂肪酸酯及其特性 587
20.1.3 非水相中脂肪酶催化短链脂肪酸酯合成的特点 588
20.2.2 生产短链脂肪酸酯脂肪酶的微生物及菌种选育 589
20.2.1 短链脂肪酸酯非水相酶法生产的技术路线 589
20.2 非水相中脂肪酶催化短链脂肪酸酯的生产 589
20.2.3 脂肪酶发酵生产工艺 590
20.2.4 生物转化工艺 592
20.2.6 短链脂肪酸酯产品的检验与指标 595
20.2.5 短链脂肪酸酯的提取和溶剂回收 595
20.4 短链脂肪酸酯的应用 596
20.3 短链脂肪酸酯的其他生产方法 596
参考文献 597
21.1.2 手性环氧化物及邻二醇的合成 599
21.1.1 重要的手性中间体——环氧化物及邻二醇 599
21 酶法拆分手性环氧化物 599
21.1 概述 599
21.2.1 环氧水解酶的生理功能 600
21.2 环氧水解酶概述 600
21.2.2 环氧水解酶的催化机理 601
21.2.3 环氧水解酶催化反应的区域选择性 602
21.2.4 产环氧水解酶的微生物筛选 603
21.2.5 微生物环氧水解酶的纯化及基因克隆表达 605
21.2.6 微生物环氧水解酶的发酵生产 606
21.3.2 环氧化物水解生物反应器 607
21.3.1 催化剂的应用形式 607
21.3 环氧水解酶转化工艺 607
21.3.3 膜反应器转化 609
21.3.4 环氧化物的生物水解 611
21.4.2 生物催化合成法 619
21.4.1 化学合成法 619
21.4 手性环氧化物的其他生产方法 619
21.4.3 含环氧乙烷环的消旋底物的拆分 624
21.5.2 （R）-（—）-甲羟戊酸内酯的大规模合成 625
21.5.1 （S）-布洛芬的合成 625
21.5 环氧水解酶在手性药物合成中的应用实例 625
21.5.3 （R）-硝苯洛尔合成 626
参考文献 627
21.5.4 吡咯类抗真菌剂D0870 627
22.1.1 香草醛简介 633
22.1 概述 633
22 微生物转化法生产香草醛 633
22.1.2 关于“生物香兰素” 635
22.1.3 生物法生产香兰素方法与国内外研究概况 636
22.1.4 二步法生物转化阿魏酸生成香草醛 641
22.2.2 产酶微生物与产酶菌种选育 644
22.2.1 技术路线 644
22.2 黑曲霉转化阿魏酸生成香草酸 644
22.2.3 产酶发酵工艺 645
22.2.4 转化工艺 648
22.3.1 技术路线 649
22.3 朱红密孔菌转化香草酸生成香草醛的研究 649
22.3.3 产酶发酵工艺 650
22.3.2 产酶微生物与产酶菌种选育 650
22.3.4 转化工艺 652
22.4.2 香草醛的提取和精制 654
22.4.1 香草酸的提取和精制 654
22.4 生物转化香草酸和香草醛的提取和精制 654
22.5.1 薄层色谱法（TLC）同时检测阿魏酸、香草酸和香草醛 655
22.5 二步法生物转化的半成品化验和成品检验 655
22.5.2 高效液相色谱法（HPLC）定量测定阿魏酸、香草酸、香草醛 657
22.5.4 香草醛质量标准和检验方法 658
22.5.3 硫代巴比妥酸（TBA）比色法定量测定香草醛 658
22.6.1 化学合成方法生产香草醛 659
22.6 香草醛的其他生产方法 659
22.6.2 酶法生产香草醛 660
22.6.3 植物提取与细胞培养生产香兰素 661
22.7.1 香草醛是重要的化学合成原料 662
22.7 香兰素的应用 662
参考文献 663
22.7.2 香草醛用于食品、饮料、香料、医药领域 663