《普通高等教育“十一五”規(guī)劃教材：生物工藝學》主要闡述了有機溶劑、有機酸、糖類、脂類、酒類等工業(yè)產(chǎn)品以及維生素、抗生素、酶類、核酸類、蛋白質(zhì)類藥物等利用生物工藝技術生產(chǎn)的原理和工藝流程；還介紹了新工藝學在生物水處理技術、微藻生產(chǎn)丁藝、發(fā)酵工業(yè)清潔生產(chǎn)、能源生物生產(chǎn)工藝、礦物生物浸出工藝等方面應用的原理、工藝流程及操作要點，涵蓋了相關領域的最新研究成果和實例，實用性強�！镀胀ǜ叩冉逃笆晃濉币�(guī)劃教材：生物工藝學》強調(diào)基礎理論與實際技術、傳統(tǒng)工藝與新發(fā)展工藝相結合，注重加強工藝環(huán)節(jié)的科學性與整體設計的經(jīng)濟性，體現(xiàn)了新工藝技術的先進性。全書工藝內(nèi)容翔實而系統(tǒng)、技術信息豐富而新穎，體現(xiàn)了生命科學及工程科學交叉與融合的特點。
《普通高等教育“十一五”規(guī)劃教材：生物工藝學》可供大專院校生物工程（技術）相關專業(yè)的本科生、研究生，以及研究機構、生產(chǎn)單位等的技術人員使用。
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《普通高等教育“十一五”規(guī)劃教材：生物工藝學》以生物工藝學獨立于發(fā)酵工程和分離工程而自成體系為指導思想，以產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝技術與工業(yè)效益為主線，重點加強工業(yè)產(chǎn)品、醫(yī)藥產(chǎn)品、海洋生物、節(jié)能減排、環(huán)境保護、生物能源、生物冶金等工程技術應用的力度，使生物技術更多地融合于工程技術之中，體現(xiàn)生物工藝技術外延的潛能，促進經(jīng)濟的發(fā)展，同時使讀者享受其中包含的技術與經(jīng)濟發(fā)展的哲理。全書共分十六章，主要內(nèi)容包括：生物資源與生產(chǎn)工藝；有機溶劑生產(chǎn)工藝；糖類生產(chǎn)工藝；脂類化合物的生產(chǎn)工藝；酶類生產(chǎn)工藝；生物水處理技術；發(fā)酵工業(yè)清潔生產(chǎn)等。
生命科學正處在由生物化學、分子生物學、生物工程及生物工藝學的快速發(fā)展所帶來的巨大變革之中。其中生物工藝學融合了生物化學、分子生物技術及工業(yè)生產(chǎn)相關技術，不斷地開發(fā)出新的生物制品，加速了社會經(jīng)濟的發(fā)展。為適應生物工業(yè)發(fā)展的新形勢與生物工程學科建設的需要，我們組織國內(nèi)不同類型高校的教師編寫了《生物工藝學》一書，本著“實踐一認識一再實踐”的精神，以“工藝優(yōu)化”為尺度，將生命科學技術與工程科學技術進行有機的結合，希望能夠給生命運動和工程藝術找到一種合乎“本性”的結合與體現(xiàn)形式，將生物生產(chǎn)工藝技術與過程的多樣性展現(xiàn)給廣大讀者。
發(fā)展是一個社會進步的標志，創(chuàng)新是社會發(fā)展的需要。隨著基因重組、細胞融合、酶的固定化等技術的發(fā)展，生物技術的研究成果必將轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)。生物工藝學作為一門交叉學科，既介紹了傳統(tǒng)工藝學的釀酒、生物素生產(chǎn)技術，又系統(tǒng)總結了近年來已開發(fā)的生物產(chǎn)品的生產(chǎn)原理與工藝技術，在將新的科研成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)中起著橋梁與催生作用。
可以預見，隨著生物工藝技術的普及，某些化工產(chǎn)品的傳統(tǒng)工藝將改變?yōu)樯锕に嚕踔烈恍┬阅軆?yōu)異的化合物也將通過生物催化合成。生物工藝學學科的發(fā)展將有力地推動生物技術和化工生產(chǎn)技術的變革和進步，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。生物工程前景廣闊、生機勃勃，預計未來將有20％～30％的化學工藝過程會被生物工藝技術過程所取代，實現(xiàn)社會效益、經(jīng)濟效益與生態(tài)效益的結合與良性發(fā)展。生物醫(yī)藥工藝的發(fā)展將有益于人們健康水平的提高。我們所能做的就是“拋磚引玉”，為生物工程產(chǎn)業(yè)化成為21世紀的重大經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)而奠定基礎。
目錄
前言
第一章 緒論 1
第一節(jié) 生物工藝學概述 1
一、生物工藝學的內(nèi)涵 1
二、生物工藝學與其他學科的關系 2
第二節(jié) 生物工藝學發(fā)展的歷史回顧與總結 3
一、發(fā)展簡史 3
二、工藝演進規(guī)律 4
第三節(jié) 生物生產(chǎn)工藝與產(chǎn)品 5
一、生物生產(chǎn)過程的特征 5
二、生物工藝過程的多樣性 6
三、生物工藝過程的共性 6
四、優(yōu)良工藝的功能 7
第四節(jié) 我國生物制品的主要成就 8
第五節(jié) 生物工藝學發(fā)展方向 8
思考題 10
第二章 生物資源與生產(chǎn)工藝 11
第一節(jié) 生物資源 11
一、生物資源的種類 11
二、生物資源的應用 13
第二節(jié) 技術資源 13
一、上游技術的特點與利用 13
二、中游調(diào)控技術 14
三、下游技術資源及其整合利用 14
第三節(jié) 基本生產(chǎn)工藝流程 14
一、微生物發(fā)酵生產(chǎn)工藝 14
二、藻類培養(yǎng)生產(chǎn)工藝 15
三、清潔生產(chǎn) 15
四、污水處理與水生植物凈化工藝 16
第四節(jié) 基礎資源與工藝改革 17
一、資源利用與開發(fā) 17
二、生物種質(zhì)基礎改進 18
三、生產(chǎn)過程的調(diào)控與優(yōu)化 19
四、物質(zhì)分離和提取技術的交叉與融合 20
思考題 20
第三章 有機溶劑生產(chǎn)工藝 21
第一節(jié) 醇類生產(chǎn)工藝 21
一、乙醇生產(chǎn)工藝 21
二、1,3-丙二醇生產(chǎn)工藝 29
第二節(jié) 酮類溶劑生產(chǎn)工藝 31
一、丙酮生產(chǎn)工藝 31
二、甲乙酮生產(chǎn)工藝 36
思考題 38
第四章 有機酸生產(chǎn)工藝 39
第一節(jié) 乳酸生產(chǎn)工藝 39
一、乳酸發(fā)酵工藝 39
二、乳酸提取和精制工藝 44
第二節(jié) 丙酮酸生產(chǎn)工藝 47
一、菌種與菌種選育 47
二、發(fā)酵機制 48
三、丙酮酸發(fā)酵工藝 49
四、丙酮酸的分離純化 50
第三節(jié) 氨基酸生產(chǎn)工藝 50
一、賴氨酸 51
二、谷氨酸 57
第四節(jié) 檸檬酸生產(chǎn)工藝 65
一、用于發(fā)酵檸檬酸的微生物 65
二、檸檬酸生物合成的代謝調(diào)控 65
三、檸檬酸的發(fā)酵工藝 67
四、檸檬酸提取工藝 69
思考題 72
第五章 糖類生產(chǎn)工藝 73
第一節(jié) 糖類物質(zhì)概述 73
一、糖的概念及分類 73
二、糖的生物學作用 73
三、糖類的應用 73
第二節(jié) 寡糖類生產(chǎn)工藝 74
一、低聚木糖 74
二、甘露醇 76
三、低聚異麥芽糖 78
四、棉子糖 80
五、低聚果糖 82
第三節(jié) 多糖類生產(chǎn)工藝 83
一、殼多糖和脫乙酰殼多糖 83
二、右旋糖酐 84
三、1,6-二磷酸果糖 86
思考題 87
第六章 脂類化合物的生產(chǎn)工藝 88
第一節(jié) 磷脂類化合物的生產(chǎn)工藝 88
一、蛋黃卵磷脂的生產(chǎn)工藝 88
二、大豆卵磷脂的生產(chǎn)工藝 92
第二節(jié) 色素類化合物的生產(chǎn)工藝 94
一、膽紅素的生產(chǎn)工藝 94
二、血紅素的生產(chǎn)工藝 97
第三節(jié) 固醇類化合物的生產(chǎn)工藝 101
一、廢菌絲生產(chǎn)麥角固醇的生產(chǎn)工藝 101
二、發(fā)酵法 101
第四節(jié) 不飽和脂肪酸類化合物的生產(chǎn)工藝 103
一、共軛亞油酸的生產(chǎn)工藝 103
二、亞麻酸的生產(chǎn)工藝 105
三、花生四烯酸的生產(chǎn)工藝 108
第五節(jié) 萘醌類化合物的生產(chǎn)工藝 111
一、紫草細胞組織培養(yǎng)生產(chǎn)紫草素的工藝路線 111
二、工藝過程 111
思考題 112
第七章 酒類生產(chǎn)工藝 113
第一節(jié) 白酒生產(chǎn)工藝 113
一、固態(tài)法白酒生產(chǎn)工藝 113
二、液固結合法白酒生產(chǎn)工藝 117
三、液態(tài)法白酒生產(chǎn)工藝 118
第二節(jié) 啤酒生產(chǎn)工藝 118
一、啤酒釀造原料 118
二、麥芽制備 119
三、麥芽汁制備 119
四、啤酒發(fā)酵 121
五、成品啤酒 122
第三節(jié) 葡萄酒生產(chǎn)工藝 123
一、葡萄酒的化學成分 123
二、發(fā)酵化學 123
三、葡萄酒酵母 124
四、葡萄酒發(fā)酵的準備工作 127
五、紅葡萄酒的生產(chǎn) 128
六、白葡萄酒的生產(chǎn) 131
第四節(jié) 果酒生產(chǎn)工藝 133
一、原料的選擇 133
二、原料的處理 134
三、果酒的加工 134
四、果酒酵母的選育與培養(yǎng) 135
五、果酒的發(fā)酵 135
六、果酒陳釀 138
七、果酒的凈化與澄清 139
八、果酒的調(diào)配 140
九、果酒的灌裝與殺菌 140
思考題 141
第八章 維生素和核酸類藥物生產(chǎn)工藝 142
第一節(jié) 維生素類生產(chǎn)工藝 142
一、維生素C 142
二、維生素B族 145
第二節(jié) 核酸類藥物 150
一、核酸類藥物的分類 150
二、核酸類藥物的生產(chǎn)方法 150
三、重要核酸類藥物的制備 151
思考題 158
第九章 抗生素生產(chǎn)工藝 159
第一節(jié) 概述 159
一、抗生素的定義 159
二、抗生素的分類 159
第二節(jié) 大環(huán)內(nèi)酯類抗生素 160
一、紅霉素的生物合成 160
二、紅霉素的生產(chǎn)工藝 162
第三節(jié) β-內(nèi)酰胺類抗生素 165
一、青霉素的生物合成 165
二、青霉素的生產(chǎn)工藝 166
第四節(jié) 四環(huán)素類抗生素 169
一、四環(huán)素的生物合成 170
二、四環(huán)類抗生素的生產(chǎn)工藝 170
第五節(jié) 氨基糖苷類抗生素 173
一、鏈霉素的生物合成 173
二、鏈霉素的生產(chǎn)工藝 176
第六節(jié) 林可霉素 179
一、林可霉素的發(fā)酵工藝 180
二、林可霉素的分離純化 180
思考題 181
第十章 酶類生產(chǎn)工藝 182
第一節(jié) 工業(yè)用酶 182
一、淀粉酶 182
二、脂肪酶 184
三、蛋白酶 188
四、纖維素酶 193
第二節(jié) 藥物類酶 196
一、纖溶酶 196
二、溶菌酶 197
三、輔酶類藥物 201
思考題 204
第十一章 蛋白質(zhì)類藥物生產(chǎn)工藝 205
第一節(jié) 主要蛋白質(zhì)類藥物的制備 205
一、蛋白質(zhì)類激素 205
二、蛋白質(zhì)類細胞生長調(diào)節(jié)因子 210
三、血漿蛋白質(zhì)類 218
第二節(jié) 多肽類藥物生產(chǎn)工藝 220
一、多肽類藥物的分類 220
二、多肽類藥物的制備 221
思考題 228
第十二章 生物水處理技術 229
第一節(jié) 生物環(huán)境污染治理 229
一、污水處理的基本方法 229
二、污水處理方法的選擇 233
第二節(jié) 飲用水處理技術 238
一、飲用水預處理 238
二、水源生物預處理與其填料 239
第三節(jié) 水生植物凈化水生態(tài)體系 240
一、水生植物的種類 240
二、水生植物的凈化機制 241
三、水生植物凈化水生態(tài)體系種類 241
四、放養(yǎng)水生植物的選擇依據(jù) 242
思考題 242
第十三章 微藻生產(chǎn)工藝 243
第一節(jié) 概述 243
一、微藻的用途 243
二、微藻培養(yǎng)的特點 244
第二節(jié) 微藻培養(yǎng)光生物反應器 245
一、開放式培養(yǎng)系統(tǒng) 245
二、封閉式光生物反應器培養(yǎng)系統(tǒng) 245
三、光生物反應器中的光照系統(tǒng) 247
第三節(jié) 微藻培養(yǎng)技術 248
一、用于微藻培養(yǎng)的培養(yǎng)基 248
二、藻種分離 249
三、藻種的保存 249
四、微藻的培養(yǎng) 250
思考題 253
第十四章 發(fā)酵工業(yè)清潔生產(chǎn) 254
第一節(jié) 清潔生產(chǎn)概述 254
一、清潔生產(chǎn)的內(nèi)容與目標 254
二、清潔生產(chǎn)的特點和意義 255
三、清潔生產(chǎn)與末端治理和循環(huán)經(jīng)濟 256
第二節(jié) 發(fā)酵工業(yè)清潔生產(chǎn)中廢液的處理 257
一、發(fā)酵工業(yè)廢液污染物指標 258
二、廢液排放標準及處理要求 258
三、好氧生物處理 259
四、厭氧生物處理 264
第三節(jié) 發(fā)酵工業(yè)清潔生產(chǎn)中廢棄物的綜合利用 265
一、利用廢渣、廢液生產(chǎn)單細胞蛋白 266
二、利用廢渣、廢液提取有用產(chǎn)物 267
第四節(jié) 發(fā)酵工業(yè)清潔生產(chǎn)案例與經(jīng)濟效益分析 268
一、味精廠清潔生產(chǎn) 269
二、白酒釀造清潔生產(chǎn) 269
思考題 271
第十五章 能源生物技術 273
第一節(jié) 生物柴油 273
一、生物柴油生產(chǎn)原理 273
二、生物柴油生產(chǎn)工藝 275
三、生物催化劑 281
四、微生物油脂 282
第二節(jié) 生物制氫 284
一、光合細菌制氫 284
二、微藻光合制氫 287
三、細菌發(fā)酵產(chǎn)氫 291
第三節(jié) 煤的微生物液化 293
一、微生物液化的機制 293
二、微生物溶煤產(chǎn)物 294
三、溶煤微生物 294
第四節(jié) 微生物在石油勘探中的應用 295
思考題 296
第十六章 礦物生物浸出工藝 297
第一節(jié) 浸礦微生物 297
一、浸礦微生物的種類 297
二、浸礦微生物的分離篩選 298
第二節(jié) 金礦石的細菌浸出工藝 299
一、金礦石的細菌氧化浸出機制 299
二、貧金礦的細菌氧化堆浸工藝 300
三、金精礦的細菌氧化反應器浸出工藝 302
四、金礦石細菌氧化工藝的特點 303
第三節(jié) 銅礦石的細菌浸出工藝 304
一、銅礦石的細菌浸出機制 304
二、細菌浸銅工藝 305
三、銅礦石細菌浸出的工業(yè)前景 308
第四節(jié) 鈾礦石的細菌浸出 308
一、細菌浸鈾機制 308
二、細菌浸鈾主要工藝 309
第五節(jié) 其他金屬礦石的生物浸出 310
一、硫化鎳礦的生物浸出 310
二、細菌分解磷礦石 310
思考題 311
參考文獻 312
1.社會需求是工藝技術發(fā)展的動力
社會的發(fā)展、人口的增多，使得對生物產(chǎn)品的需求日益強烈，從而推動了生物工藝技術的研究與發(fā)展。歷史表明，在社會發(fā)展的初期階段人類需要食物的大量供應。無意識地利用酵母發(fā)面可能是人類最早利用微生物的事例，該工藝的目的只是為了改善面團特性。同樣，制醋技術也只是利用醋酸菌來生產(chǎn)醋酸。為了解決今后世界人口增加所帶來的糧食短缺問題，全世界的研究人員正在不斷地進行新的嘗試。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)雖然還能繼續(xù)在植物保護劑和殺蟲劑的應用等方面取得新的發(fā)展，但近幾年來，人們對農(nóng)產(chǎn)品的需求明顯增加，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)已經(jīng)不能滿足社會對成品的需求。生物工藝學作為一門應用學科逐步形成，它將在解決全世界糧食短缺和環(huán)境污染問題等方面起到重要作用。
2.發(fā)酵工程技術的改善是生物工藝技術發(fā)展的必要條件
社會對工業(yè)產(chǎn)品的需求增加，特別是在生物生產(chǎn)量較低的條件下，目的產(chǎn)物產(chǎn)率的提高，意味著工藝作用的加強。為使產(chǎn)率提高或持續(xù)上升，可通過改善發(fā)酵條件、優(yōu)化發(fā)酵配置使基質(zhì)的利用達到最大限度的轉(zhuǎn)化，促進工藝技術發(fā)展，使生物生產(chǎn)工藝不斷地改進與提高。影響發(fā)酵條件的因素包括培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分的含量，以及發(fā)酵過程中氣體、溫度、溶氧、pH等的調(diào)控。不同發(fā)酵罐裝置結構的改進則是生物生產(chǎn)工藝得以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的突破，其自動化調(diào)控過程逐漸加強，實現(xiàn)了在線自動化檢測控制。在歷史的長河中，在線自動化檢測控制是一個從作坊工藝到傳統(tǒng)工業(yè)工藝再到現(xiàn)代生產(chǎn)的過程，也是一個從實驗室技術到工業(yè)生產(chǎn)的過程，或從粗放的工業(yè)工藝過程到精準工業(yè)化過程轉(zhuǎn)變的突破。另外，各種分離技術的進步，使生物工藝技術得到迅速的發(fā)展。工業(yè)分離技術包括：沉淀技術、膜過濾技術、溶劑萃取技術、離子交換技術、吸附技術、色譜技術、結晶技術和層析技術等。
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