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第1篇 生物工程学的基础技术3

第1章 生物资源·分类·保存3

1.1作为发酵原料的生物资源3

1.1.1木薯淀粉3

1.1.2西谷椰子淀粉4

1.1.3甘薯6

1.1.4玉米淀粉8

1.1.5糖蜜9

引用·参考文献11

1.2微生物资源12

1.2.1微生物的分类12

1.2.2微生物的鉴定22

1.2.3微生物的保藏23

引用·参考文献26

1.3植物资源27

1.3.1作为宿主的植物资源27

1.3.2作为基因的植物资源28

1.3.3保存方法31

1.3.4保存机构31

引用·参考文献36

1.4动物资源37

1.4.1作为宿主的动物资源37

1.4.2保存方法39

1.4.3保存机构40

引用·参考文献42

1.5生物多样性条约42

1.5.1生物多样性条约概述43

1.5.2生物多样性条约相关的国际动态45

引用·参考文献45

第2章 育种技术47

2.1产业微生物的操作技术与遗传学特性47

2.1.1原核微生物47

2.1.2真核微生物61

2.1.3原始细菌69

引用·参考文献72

2.2诱变技术74

2.2.1诱变剂74

2.2.2诱变的机制75

2.2.3各种有用突变株78

引用·参考文献82

2.3细胞融合82

引用·参考文献86

2.4生物体内基因操作87

2.4.1接合、接合转移87

2.4.2转导（噬菌体应用技术）88

引用·参考文献93

2.5生物体外基因操作94

2.5.1与基因操作相关的酶94

2.5.2PCR反应及其应用97

2.5.3基因导入技术（转化）99

2.5.4宿主·载体系统104

引用·参考文献136

2.6染色体工程·基因组工程140

2.6.1微生物基因组工程140

2.6.2动物基因组工程142

2.6.3植物基因组工程144

引用·参考文献145

第3章 蛋白质工程147

3.1基础知识147

3.1.1蛋白质的生物合成147

3.1.2蛋白质立体结构的形成150

3.1.3蛋白质的立体结构152

3.1.4蛋白质的稳定性154

引用·参考文献157

3.2基础技术158

3.2.1用于结构分析的蛋白质的表达与制备技术158

3.2.2蛋白质改造技术166

3.2.3蛋白质结构解析与结构预测技术175

引用·参考文献185

3.3蛋白质工程的产业应用188

引用·参考文献200

第4章 仪器分析方法及测量技术200

4.1物理测量技术及其应用方法202

4.1.1质谱法及其应用202

4.1.2超速离心法及其应用205

4.1.3核磁共振分析法及其应用208

4.1.4表面等离子共振及其应用213

4.1.5X射线晶体结构解析法214

4.1.6放射线测定技术及其应用217

引用·参考文献220

4.2光、激光测量技术及其应用方法221

4.2.1电子显微镜及其应用221

4.2.2光学显微镜及其应用223

4.2.3三维显微镜及其应用226

4.2.4显微操作方法及其应用228

4.2.5图像解析方法及其应用230

4.2.6流式细胞仪及其应用233

4.2.7荧光、磷光、分光法及其应用235

4.2.8红外吸收及拉曼散射分光法和它们的应用238

引用·参考文献241

4.3生物化学的分析技术及其应用方法242

4.3.1核酸合成法及其应用242

4.3.2蛋白质合成法及其应用245

4.3.3核酸序列测定方法及其应用247

4.3.4氨基酸序列确定方法及其应用250

4.3.5核酸操作相关装置及其应用254

4.3.6氨基酸分析方法及其应用256

4.3.7电泳法及其应用258

4.3.8色谱法及其应用264

4.3.9免疫测定及其应用269

引用·参考文献272

4.4纳米测量技术及其应用273

4.4.1扫描探针显微镜及其应用273

4.4.2传感器技术及其应用275

4.4.3芯片技术及其应用278

引用·参考文献283

第5章 生物信息技术284

5.1数据库及其检索284

5.1.1各种数据库284

5.1.2序列比对与数据库检索288

引用·参考文献290

5.2基因及蛋白质表达分析290

5.2.1基因表达分析290

5.2.2蛋白质表达分析296

引用·参考文献297

53代谢分析298

5.3.1基于代谢量理论的代谢分析298

5.3.2利用同位素进行代谢系统分析298

5.3.3若干生物过程的代谢分析302

引用·参考文献305

5.4细胞的模建与模拟306

5.4.1细胞的模建306

5.4.2模拟工具309

5.4.3生命系统的模拟310

引用·参考文献311

5.5智能信息处理及其在生物工艺中的应用312

5.5.1智能信息处理与生物工艺312

5.5.2模糊控制313

5.5.3专家系统316

5.5.4遗传算法317

5.5.5神经网络317

引用·参考文献321

5.6生物信息学和系统生物学的最新动向321

引用·参考文献330

第6章 发酵生产·代谢控制330

6.1发酵生理和生产技术332

6.1.1厌氧代谢332

6.1.2好氧代谢336

6.1.3构成代谢340

6.1.4次级代谢344

引用·参考文献350

6.2生物转化352

引用·参考文献355

第7章 培养工程356

7.1繁殖速度理论356

7.1.1细胞繁殖及产物生成模式356

7.1.2细胞生长中的质量论358

7.1.3细胞生长速度公式361

7.1.4基质消耗速度、产物生成速度364

引用·参考文献365

7.2培养操作论365

7.2.1分批培养365

7.2.2补料分批培养369

7.2.3连续培养372

7.2.4伴随分离的培养操作375

引用·参考文献379

7.3培养装置379

7.3.1微生物生物反应器379

7.3.2固定化生物催化生物反应器382

7.3.3固体培养生物反应器388

7.3.4动物细胞生物反应器391

7.3.5植物细胞生物反应器394

7.3.6微小生物反应器398

引用·参考文献402

7.4通气搅拌与规模放大404

7.4.1通气搅拌与氧转移容量系数404

7.4.2规模放大的指标与实例407

引用·参考文献410

7.5生物工艺中的检测与控制410

7.5.1检测项目与方法410

7.5.2生物工艺控制手段415

7.5.3代谢工程方法与培养操作实践421

引用·参考文献425

第8章 分离纯化技术427

8.1生物工艺中的分离纯化技术427

8.1.1生物分离的特征427

8.1.2生物分离的流程428

8.2菌体的分离和破碎428

8.2.1离心分离428

8.2.2过滤、膜分离430

8.2.3菌体破碎法434

引用·参考文献434

8.3浓缩和粗分离434

8.3.1沉淀分离434

8.3.2超滤438

8.3.3吸附、抽提445

引用·参考文献449

8.4蒸馏449

8.4.1单蒸馏理论449

8.4.2精馏452

引用·参考文献455

8.5色谱455

引用·参考文献467

8.6晶析468

8.6.1晶析理论468

8.6.2晶析动力学和装置473

8.6.3生物生产工艺中的晶析操作475

引用·参考文献480

8.7生物制品的脱水、干燥、浓缩以及稳定化的理论481

引用·参考文献482

8.8生物分离过程的设计482

引用·参考文献485

第9章 杀菌、保存技术487

9.1加热487

引用·参考文献489

9.2化学药剂489

9.2.1化学药剂的杀菌作用机理489

9.2.2化学药剂杀菌490

9.2.3抗菌剂（杀菌剂、抑菌剂）491

引用·参考文献493

9.3干燥、浓缩493

9.3.1干燥的原理493

9.3.2干燥时的品质变化495

9.3.3添加剂的效果496

9.3.4冷冻干燥496

9.3.5非加热浓缩法497

引用·参考文献497

9.4包装497

9.4.1包装的定义497

9.4.2包装的目的497

9.4.3保存和包装技术498

9.4.4包装材料498

引用·参考文献500

9.5冷藏、冷冻500

9.5.1冷藏、冷冻保存的原理500

9.5.2溶液冷冻过程的状态图500

9.5.3冷冻、解冻的传热现象500

9.5.4冷冻和冰晶结构502

9.5.5冷冻和冷冻伤害503

引用·参考文献503

9.6其他的方法503

9.6.1高压处理504

9.6.2高压电脉冲处理504

9.6.3高电场通电处理504

9.6.4电解水处理505

9.6.5软电子处理505

9.6.6光脉冲处理505

9.6.7气体的溶解作用506

9.6.8非加热处理杀菌的评价506

引用·参考文献506

第2篇 生物工程学技术的实际应用506

第1章 酿造制品506

1.1清酒509

1.1.1清酒的制造方法509

1.1.2清酒的原料和原料处理513

1.1.3清酒麴518

1.1.4清酒的酒母528

1.1.5清酒醪538

1.1.6清酒的熟成544

引用·参考文献547

1.2烧酎551

引用·参考文献555

1.3啤酒555

1.3.1啤酒的制造方法555

1.3.2啤酒酵母的育种560

1.3.3啤酒酵母的凝集563

引用·参考文献566

1.4酱油567

引用·参考文献572

1.5酱572

引用·参考文献577

1.6食醋577

引用·参考文献580

第2章 食品581

2.1有机酸581

2.1.1柠檬酸582

2.1.2乳酸583

2.1.3葡萄糖酸及葡萄糖-δ-内酯584

2.1.4L-苹果酸585

2.1.5衣康酸585

2.1.6其他有机酸585

引用·参考文献586

2.2氨基酸586

2.2.1氨基酸制造方法概述586

2.2.2通过发酵的氨基酸制造方法586

2.3多肽、蛋白质590

2.3.1阿巴斯甜590

2.3.2谷胱甘肽590

2.3.3γ-多聚谷氨酸591

2.3.4尼生素（乳酸链球菌肽，nisin）591

引用·参考文献593

2.4糖593

2.4.1海藻糖593

2.4.2果糖寡糖594

2.4.3纤维素595

2.4.4普鲁兰多糖595

2.4.5赤藻糖醇595

引用·参考文献596

2.5核酸相关物质596

2.5.1RNA及其分解产物596

2.5.25′-IMP和肌苷（次黄嘌呤核苷）597

2.5.35′-GMP和鸟苷598

2.5.4其他核酸相关物质599

引用·参考文献599

2.6脂类600

2.6.1利用酶法制造的功能性油脂600

2.6.2利用微生物法制造的功能性油601

2.6.3其他功能性油601

引用·参考文献602

2.7维生素602

引用·参考文献603

2.8色素603

2.8.1红曲色素603

2.8.2红球藻色素604

2.8.3藻蓝蛋白604

引用·参考文献605

2.9食品用酶606

2.9.1淀粉分解相关酶606

2.9.2其他糖类分解相关酶607

2.9.3蛋白质分解酶（蛋白酶）608

2.9.4蛋白质架桥酶（转谷氨酰酶）608

2.9.5脂肪分解酶（脂肪酶）609

2.9.6其他食品用酶610

引用·参考文献610

2.10微生物蛋白、菌体抽提物610

引用·参考文献612

2.11咸菜613

引用·参考文献615

2.12纳豆615

引用·参考文献617

2.13乳制品617

2.13.1干酪617

2.13.2发酵黄油619

引用·参考文献620

2.14乳酸菌制品620

2.14.1乳酸菌饮料620

2.14.2优格621

2.14.3传统发酵乳621

2.14.4其他乳酸菌产品622

引用·参考文献622

2.15面包622

引用·参考文献624

2.16水产发酵食品624

引用·参考文献626

第3章 药品、化工产品627

3.1医药品627

3.1.1微生物来源的医药品627

3.1.2生物医药品634

3.1.3医药品先导化合物的探索639

3.1.4创药目标的发现642

3.1.5药物代谢、毒性评价645

引用·参考文献648

3.2农药、动物药650

3.2.1农药用生理活性物质650

3.2.2动物用生理活性物质655

引用·参考文献658

3.3酶、化工产品659

3.3.1医药相关酶659

3.3.2微生物变换663

3.3.3化工产品668

引用·参考文献671

第4章 与环境相关的生物工程学671

4.1废水处理工程学673

4.1.1活性污泥法673

4.1.2甲烷发酵678

4.1.3固体废弃物的可溶化682

4.1.4氢发酵684

4.1.5Anammox686

4.1.6固定化菌的利用688

引用·参考文献689

4.2废弃物处理、再利用工程学691

4.2.1混合肥料化691

4.2.2利用生物量资源生产乙醇693

4.2.3乳酸发酵696

4.2.4丙酮、丁醇发酵699

引用·参考文献701

4.3环境修复工程学702

4.3.1土壤污染修复702

4.3.2水圈环境污染707

4.3.3植物复育法709

4.3.4沙滩污染714

4.3.5修复重金属污染的生物工程学716

引用·参考文献718

4.4环境监测719

4.4.1环境监测719

4.4.2环境激素、环境变异源及其检出方法724

引用·参考文献728

4.5生物圈工程学和绿色化学728

4.5.1生物圈工程学728

4.5.2绿色生物技术734

4.5.3生物的碳酸固定737

4.5.4生物可降解塑料739

4.5.5生物量利用741

4.5.6城市绿化742

引用·参考文献744

第5章 生产管理技术746

5.1产品品质保证746

5.1.1ISO9001和相关管理标准747

5.1.2食品产业中的安全卫生管理749

5.1.3医药产业中的GMP：以生物工程领域为主体754

5.1.4杀菌、灭菌工程的保证757

5.1.5关于生物医药品的限制标准760

引用·参考文献765

5.2安全性766

5.2.1基因重组实验的安全性766

5.2.2基因重组食品的安全性评价770

引用·参考文献774

5.3知识产权775

5.3.1知识产权的类型775

5.3.2专利用语的解释775

5.3.3取得专利的手续776

5.3.4生物工程学相关发明的保护777

5.3.5生物工程学相关发明的特殊性777

5.3.6生物工程学相关发明的记述方法778

5.4工程学伦理779

引用·参考文献784

索引785