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第一篇生物反应过程原理1

1 生物工艺学概论1

1·1 生物工艺学的定义和特点1

1·1·1 生物技术的多学科性1

1·1·2 生物催化剂的特性2

1·1·3 生物反应过程的特点3

1·2 生物技术的发展简史5

1·2·1 传统(古老)生物技术的追溯5

1·2·2 第一代(初期)生物技术产品的出现5

1·2·3 第二代(近代)生物技术产品的发展5

1·2·4 第三代(现代)生物技术产品的挑战7

1·3 生物技术的应用9

1·3·1 生物技术在食品工业中的应用10

1·3·2 生物技术在医药工业中的应用10

1·3·3 生物技术应用于轻工、食品用酶的生产12

1·3·4 生物技术应用于化工能源产品的生产13

1·3·5 生物技术在农业生产中的应用13

1·3·6 生物技术在环境保护中的应用14

1·3·7 生物技术应用于金属浸取15

1·3·8 生物技术应用于高技术研究开发15

参考文献15

2·2 微生物选择性分离的原理和发展17

2·1·2 待筛选样品的性质17

2·1·3 筛选方案的设计17

2·1·1 微生物--生物产物的来源17

2·1 生物物质产生菌的筛选17

2 菌种的来源17

2·2·1 含微生物材料的选择18

2·2·2 材料的预处理18

2·2·3 所需菌种的分离19

2·2·4 菌种的培养20

2·2·5 菌落的选择20

2·2·6 未来的发展21

2·3 重要工业微生物的分离21

2·3·1 施加选择压力的分离方法22

2·3·2 随机分离方法23

参考文献24

3 微生物的代谢调节25

3·1 调节的生化基础26

3·1·1 微生物代谢调节部位26

3·1·2 酶活力的调节26

3·2 微生物代谢的协调作用29

3·2·1 诱导作用30

3·2·2 分解代谢物的调节31

3·2·3 反馈调节32

3·2·4 调节的方式34

3·2·5 能荷的调节40

3·3 初级代谢物的调节实例40

3·3·1 避开固有的反馈调节40

3·3·2 细胞通透性的变更44

参考文献46

4·2 次级代谢的调节47

4·1 微生物次级代谢产物的概念47

4 次级代谢产物的生物合成与调节47

4·2·1 前体的作用48

4·2·2 营养期(生长期)--分化期(生产期)的关系48

4·2·3 酶的诱导48

4·2·4 反馈调节49

4·2·5 分解代谢物的调节50

4·2·6 能荷调节50

4·2·7 避开次级代谢的调节50

4·2·8 次级代谢物的产生菌51

4·3 抗生素生物合成51

4·3·1 总的概念51

4·3·2 以短链脂肪酸作为前体的抗生素52

4·3·3 肽类抗生素和β-内酰胺类抗生素62

4·3·4 氨基糖苷抗生素的生物合成与调节69

参考文献74

5 酶生产的调节75

5·1 酶发酵的重要因素75

5·2 诱导作用75

5·3 反馈阻遏76

5·4 分解代谢物阻遏作用78

5·5 基因剂量79

参考文献79

6 菌种选育80

6·1 自然选育80

6·2·1 诱变育种的基本原理81

6·2 诱变育种81

6·2·2 诱变育种的一般步骤82

6·2·3 诱变育种工作中几个应注意的问题82

6·2·4 介绍几种物理、化学诱变剂的使用方法84

6·3 抗噬菌体菌株的选育86

6·3·1 噬菌体的分布86

6·3·2 抗噬菌体菌株的选育86

6·3·3 噬菌体的防治87

6·4 杂交育种87

6·4·1 细菌的杂交88

6·4·2 放线菌的杂交育种88

6·4·3 霉菌的杂交育种91

6·5·1 原生质体融合的优越性93

6·5 原生质体融合技术93

6·5·2 原生质体融合的一般步骤94

6·5·3 原生质体融合技术在微生物育种中的应用94

6·6 菌种保藏95

6·6·1 菌种保藏的重要意义95

6·6·2 菌种保藏的原理和方法95

6·6·3 国内外主要菌种保藏机构介绍97

参考文献98

7 培养基99

7·1 培养基的成分及来源99

7·1·1 碳源99

7·1·2 氮源101

7·1·3 无机盐及微量元素102

7·1·4 前体促进剂和抑制剂104

7·2·1 培养基的类型106

7·2 培养基的类型及选择106

7·2·2 培养基成分和配比的选择107

参考文献110

8 种子扩大培养111

8·1 种子制备工艺111

8·1·1 实验室种子制备112

8·1·2 生产车间种子制备112

8·1·3 影响种子质量的因素114

8·2 种子质量的控制措施115

参考文献116

9·1 引言117

9·2 发酵过程参数监测的研究概况117

9 发酵工艺控制117

9·3 发酵过程的代谢变化规律120

9·3·1 分批发酵120

9·3·2 补料分批发酵122

9·3·3 连续发酵122

9·4 温度对发醇的影响及其控制123

9·4·1 影响发酵温度的因素123

9·4·2 温度对微生物生长的影响124

9·4·3 温度对发酵的影响127

9·4·4 最适温度的选择129

9·5 溶解氧浓度对发酵的影响及其监控130

9·5·1 溶氧作为发酵中氧是否足够的度量、了解菌对氧利用的规律130

9·5·2 溶氧作为发酵异常情况的指示133

9·5·3 溶氧作为发酵中间控制的手段之一134

9·5·4 溶氧作为考查设备、工艺条件对氧供需与产物形成影响指标之一136

9·5·5 发酵液中的溶氧控制138

9·6 pH值对发酵过程的影响及控制140

9·6·1 pH值对发酵过程的影响140

9·6·2 最合适pH值的选择141

9·6·3 pH的控制143

9·7 二氧化碳和呼吸商144

9·7·1 二氧化碳对发酵的影响144

9·7·2 呼吸商与发酵的关系147

9·8 基质浓度对发酵的影响及补料控制148

9·8·1 基质浓度对发酵的影响148

9·8·2 补料控制149

9·9·2 发酵过程中泡沫的消长规律152

9·9·1 泡沫的产生及其影响152

9·9 泡沫控制152

9·9·3 泡沫的控制153

9·10 发酵终点的判断155

参考文献156

10 基因工程原理158

10·1 概述158

10·1·1 基因工程的含义158

10·1·2 基因工程诞生的基础158

10·1·3 “操纵子”学说160

10·1·4 研究基因工程的意义161

10·2 DNA重组技术的基本过程161

10·2·1 目的基因的准备162

10·2·2 载体164

10·2·3 基因与载体的连接技术167

10·2·4 转化169

10·2·5 重组体的筛选与表达产物的鉴定171

10·3 定点诱变和蛋白质工程172

10·4 非E·coli系统的基因工程系统174

10·4·1 芽孢杆菌基因工程系统174

10·4·2 放线菌基因工程系统175

10·4·3 氨基酸基因工程(棒状杆菌基因工程)系统177

10·4·4 酵母基因工程系统179

10·5 工程菌的稳定性问题180

10·5·1 工程菌不稳定性的表现(倾向)181

10·5·2 引起工程菌不稳定性的一些因素及对策183

参考文献187

11 酶与细胞的固定化技术及其应用188

11·1·1 吸附法189

11·1 酶和细胞的固定化方法189

11·1·2 包埋法190

11·1·3 交联法192

11·1·4 化学共价法194

11·1·5 逆胶束酶反应系统199

11·2 固定化酶和固定化细胞的实际应用201

11·2·1 利用固定化氨基酰化酶生产L-氨基酸201

11·2·2 固定化酶和固定化细胞在抗菌素生产中的应用202

11·3 辅酶的再生技术207

11·3·1 辅酶的固定化209

11·3·2 辅酶的再生211

参考文献213

12·1 动植物细胞培养与产品214

12 动植物细胞大量培养214

12·2 动物细胞培养技术215

12·2·1 概述215

12·2·2 培养基和添加剂217

12·2·3 细胞培养的环境要求221

12·2·4 细胞代谢222

12·2·5 无菌技术225

12·2·6 动物细胞培养工艺227

12·3 植物细胞培养技术229

12·3·1 概述229

12·3·2 植物细胞培养流程230

12·3·3 植物细胞培养基组成231

12·3·5 植物细胞的大规模悬浮培养技术232

12·3·4 培养基的准备232

参考文献234

附录236

附录1 抗细菌的筛选236

附录2 抗球虫菌的筛选236

附录3 抗癌筛选238

附录4 β-内酰胺酶抑制剂的筛选239

附录5 发酵热的测定240

第二篇生物物质分离和纯化原理242

13 下游加工过程概论242

13·1 下游加工过程在生物技术中的地位242

13·2 传统生化产品和基因工程产品回收方法的比较242

13·3 生物技术下游加工过程的特点243

13·4·1 一般工艺流程245

13·4·2 发酵液的预处理和固液分离245

13·4 生物技术下游加工过程的一般流程和单元操作245

13·4·3 细胞破碎和其碎片的分离246

13·4·4 初步纯化(提取)246

13·4·5 高度纯化(精制)249

13·4·6 成品加工250

13·5 生物技术下游加工过程的发展趋向251

参考文献251

14 发酵液的预处理和固液分离方法253

14·1 发酵液的预处理253

14·1·1 高价无机离子的去除方法253

14·1·3 凝聚和絮凝技术254

14·1·2 杂蛋白质的去除方法254

14·2 发酵液的过滤258

14·2·1 发酵液的过滤特性和滤饼的重量比阻258

14·2·2 影响过滤速度的因素259

14·2·3 改善过滤性能的方法260

14·2·4 固-液分离设备的选择260

参考文献262

15 微生物细胞的破碎263

15·1 细胞壁的组成和结构263

15·1·1 细菌的细胞壁263

15·1·2 酵母菌的细胞壁264

15·1·3 其他真菌的细胞壁264

15·2 微生物细胞的破碎技术265

15·2·1 机械方法265

15·1·4 细胞壁的结构和细胞的破碎265

15·2·2 非机械方法268

15·3 破碎率的测定270

15·3·1 直接测定法270

15·3·2 测定释放的蛋白质量或酶的活力270

15·3·3 测定导电率270

参考文献270

16 沉淀法272

16·1 盐析法272

16·1·1 Cohn方程式272

16·1·2 pH和温度的影响273

16·1·3 (NH4)2SO4盐析法实际应用时的注意点274

16·1·4 起始浓度的影响275

16·1·5 盐析的机理277

16·2 等电点沉淀法278

16·3 有机溶剂沉淀法278

16·4 非离子型聚合物沉淀法280

16·5 聚电解质沉淀法280

16·6 金属离子沉淀法281

参考文献281

17 膜分离过程282

17·1 分类和定义282

17·2 膜的制造284

17·2·1 对膜的要求284

17·2·2 制造膜的材料284

17·2·3 相转变法制造膜285

17·2·4 新近发展的膜286

17·3·1 毛细管流动模型287

17·3 分离机理287

17·3·2 溶解-扩散模型288

17·4 表征膜性能的参数290

17·4·1 水通量290

17·4·2 截留率和截断分子量290

17·4·3 影响截留率的因素292

17·4·4 孔道特征292

17·5 传递理论293

17·5·1 过滤模型293

17·5·2 浓差极化--凝胶层模型293

17·6 影响超滤速度的各种因素295

17·6·2 进料浓度的影响296

17·6·1 压力的影响296

17·6·3 温度的影响297

17·6·4 流速的影响297

17·7 膜的污染297

17·8 超滤器的型式及其适用范围298

17·9 操作方式302

17·10 膜过程的应用302

17·10·1 小分子产品的生产303

17·10·2 大分子产品的生产303

参考文献304

18 溶剂萃取法305

18·1 分配定律305

18·1·1 分配定律的导出305

18·1·2 弱电解质在有机溶剂--水相间的分配平衡307

18·3 水相条件的影响308

18·2 溶剂的选择308

18·3·1 pH值309

18·3·2 温度309

18·3·3 盐析309

18·3·4 带溶剂309

18·4 乳化和去乳化310

18·4·1 乳浊液的形成310

18·4·2 乳浊液的稳定条件和乳浊液的类型311

18·4·3 乳浊液的破坏313

18·4·4 常用的去乳化剂313

18·5 萃取方式和理论收得率的计算314

18·5·1 单级萃取315

18·5·2 多级错流萃取315

18·5·3 多级逆流萃取317

18·5·4 萃取计算诺模图318

参考文献321

19 两水相萃取法322

19·1 两水相的形成322

19·2 相图322

19·3 分配理论324

19·3·1 表面能的影响324

19·3·2 电荷的影响325

19·3·3 综合考虑326

19·4 影响分配的参数327

19·4·1 聚合物的分子量327

19·4·2 聚合物的浓度327

19·4·3 盐类的影响328

19·4·6 荷电PEG作为成相聚合物329

19·4·4 pH值329

19·4·5 温度329

19·5 应用330

19·5·1 工艺方面的问题330

19·5·2 工程方面的问题332

19·6 亲和萃取333

参考文献334

20 离子交换法335

20·1 基本概念335

20·1·1 强酸性阳离子交换树脂336

20·1·2 弱酸性阳离子交换树脂336

20·1·5 树脂性能的比较337

20·1·6 其他类型的树脂337

20·1·4 强碱性阴离子交换树脂337

20·1·3 弱碱性阴离子交换树脂337

20·1·7 树脂的命名339

20·2 离子交换树脂的合成339

20·2·1 苯乙烯-二乙烯苯型磺酸基树脂340

20·2·2 苯乙烯-二乙烯苯型胺基树脂341

20·2·3 丙烯酸-二乙烯苯型羧基树脂342

20·2·4 酚醛型树脂343

20·2·5 多乙烯多胺-环氧氯丙烷树脂343

20·3 离子交换树脂的理化性能和测定方法344

20·4 离子交换过程的理论基础347

20·4·1 离子交换平衡方程式347

20·4·2 离子交换速度349

20·4·3 离子交换过程的运动学352

20·5·2 离子的化合价354

20·5 离子交换过程的选择性354

20·5·1 离子的水化半径354

20·5·3 溶液的酸碱度355

20·5·4 交联度、膨胀度和分子筛355

20·5·5 树脂与交换离子之间的辅助力356

20·5·6 有机溶剂的影响357

20·6 大网格离子交换树脂358

20·7 偶极离子吸附358

20·8 树脂和操作条件的选择及应用举例359

20·8·1 树脂和操作条件的选择359

20·8·2 应用举例360

20·9·1 软水制备361

20·9·2 无盐水制备361

20·9 软水和无盐水的制备361

20·9·3 有机物污染问题363

20·9·4 再生方式363

20·10 离子交换法提取蛋白质364

20·10·1 亲水性离子交换剂364

20·10·2 离子交换剂的交换容量364

20·10·3 吸附机理365

20·10·4 应用举例366

20·11 离子交换膜和电渗析技术366

20·11·1 离子交换膜367

20·11·2 膜电位367

20·11·3 电渗析制备无盐水368

20·11·4 极化和沉淀369

参考文献370

21 吸附法372

21·1 吸附过程的理论基础372

21·1·1 基本概念372

21·1·2 吸附的类型373

21·1·3 吸附力的本质374

21·1·4 吸附等温线376

21·1·5 影响吸附过程的因素378

21·2 大网格聚合物吸附剂379

21·2·1 大网格聚合物吸附剂的类型和结构379

21·2·2 大网格聚合物吸附剂的合成382

21·2·3 大网格聚合物物理性能的测定383

21·2·4 大网格聚合物吸附剂的应用384

参考文献388

22 色层分离法389

22·1 色层分离法的分类389

22·2 色层分离法的基本概念390

22·3 柱色层分离法的装置和操作395

22·3·1 色层分离法中常用的层析剂材料395

22·3·2 装置和操作397

22·4 吸附色层分离法400

22·4·1 无机吸附层析剂的色层分离法400

22·4·2 疏水色层分离法402

22·4·3 金属鳌合色层分离法404

22·4·4 共价作用色层分离法405

22·5 离子交换色层分离法408

22·6·1 几种常用的生物亲和色层分离法411

22·6 生物亲和色层分离法411

22·6·2 亲和层析操作中的洗脱方法413

22·6·3 免疫亲和色层分离法414

22·6·4 固定化染料为层析剂进行亲和层析的方法415

22·7 分配色层分离法417

22·8 凝胶过滤法420

22·9 电泳法423

22·9·1 原理423

22·9·2 纸和醋酸纤维素的电泳法424

22·9·3 凝胶电泳法425

22·10 纸色层分离法426

22·11 薄层色层分离法430

参考文献432

23·1 结晶过程的实质433

23 结晶法433

23·2 过饱和溶液的形成434

23·2·1 过饱和溶液的形成方法434

23·2·2 工业生产实例435

23·3 晶核的形成436

23·4 晶体的生长438

23·5 提高晶体质量的途径439

23·5·1 晶体的大小439

23·5·2 晶体的形状440

23·5·3 晶体的纯度440

23·5·4 晶体的结块441

23·5·5 重结晶441

参考文献441

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