生物催化工艺学

目  录1 绪论1 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  112 生物催化的产生与发展3  113 生物催化研究的重要意义7 12 生物催化的主要内容8  121 生物催化的主要方式8  122 生物催化反应的特点9  123 生物催化研究的主要内容12  124 生物催化的应用12 13 生物催化发展趋势15  131 生物催化的研究动态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基 础 篇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1 微生物的基本特点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 微生物细胞的结构及功能34  231 原核生物和真核生物34  232 核糖体36  233 生物膜与蛋白质的运输37 24 微生物的遗传和变异38  241 遗传变异的物质基础38  242 遗传信息的传递和基因表达41  243 微生物的变异41 25 代谢工程与微生物代谢的调控42  251 微生物代谢调控的基本特点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 微生物的生长与环境条件56  261 微生物的营养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 应用酶学基础65 31 酶的基本概念65  311 酶是生物催化剂65  312 酶的化学本质68  313 酶的分类和命名69 32 酶的结构与功能72  321 酶蛋白的结构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 生物催化用酶98  341 对酶的认识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 手性化学基础103 41 手性概念的提出103 42 手性的意义105  421 对映体的不同作用行为105  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1 异构体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 构型的联系和测定117  441 构型的联系117  442 构型的测定119 45 对映体组成的测定122  451 比旋光度的测量122  452 对映体过量123  453 手性色谱法123  454 核磁共振光谱(NMR)法124 46 生物催化的手性化学125  461 生物催化反应的选择性125  462 对映选择率E126 参考文献128
5 生物有机化学与生物催化129 51 概述129  511 生物有机化学的发展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 生物催化的有机化学反应137  531 生物催化反应与有机化学合成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6 生物催化的卤化和脱卤反应143  537 生物催化的胺化反应143  538 生物催化的酯化反应144  539 生物催化的降解反应144 参考文献145
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2 生物催化剂来源与多样性146  613 生物催化剂的寻找和发现149 62 微生物酶筛选的策略150  621 常规生物催化剂筛选的一般策略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 微生物和酶的一般筛选方法159  631 从自然界发现产酶微生物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1 自然选育167  642 诱变选育167 65 从生境中微生物基因组DNA筛选酶的方法171  651 从土壤和水样中提取DNA 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1 酶蛋白修饰的目的177  712 酶蛋白修饰的方法177  713 酶蛋白修饰的局限性180 72 生物催化剂的有理设计改造181  721 生物催化剂的有理设计工具与方法181  722 有理设计应用的成功例子183  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1 酶的定向进化的产生及定义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 生物催化剂改造的研究概况与展望200  751 生物催化剂改造的研究概况200  752 生物催化剂的组合改造201  753 生物催化剂改造的展望201 参考文献203
8 生物催化剂的发酵生产205 81 微生物产酶菌种205  811 对产酶微生物菌种的要求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 种子培养与发酵产酶218  831 产酶发酵工艺流程218  832 产酶发酵方法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 微生物生长与发酵产酶动力学221  841 微生物的生长繁殖规律221  842 发酵产酶的模式222  843 细胞生长动力学223  844 产酶动力学223 85 发酵条件对产酶的影响224  851 温度224  852 pH值225  853 溶解氧(供氧)225  854 搅拌226  855 泡沫226  856 湿度226 86 发酵染菌和防治227  861 杂菌污染的途径227  862 杂菌污染的原因及防止措施227  863 噬菌体的危害和防止措施228 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  872 商品酶的剂型229 参考文献230
9 酶的纯化与表征231 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3 蛋白质的测定232  914 蛋白质的化学分析234 92 酶的分离和纯化235  921 分离纯化概述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25 选择性变性纯化254 93 酶的稳定性254  931 纯化过程中的稳定性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 分离纯化过程设计策略257  941 材料的选择257  942 预处理257  943 酶性质的初步研究258  944 制定酶的纯化步骤258  945 提取、分离和纯化方法评价260 参考文献260
10 非水相生物催化262 101 引言262 102 典型的生物催化介质系统265  1021 单一的水或缓冲溶液系统265  1022 水-有机溶剂单相系统266  1023 水-有机溶剂两相系统266  1024 含有表面活性剂的乳液或微乳液系统267  1025 微水有机溶剂单相系统268  1026 超临界流体系统268  1027 离子液体介质系统269  1028 无溶剂或少溶剂反应系统270 103 非水溶剂的影响及其选择原则270  1031 非水溶剂对酶选择性的影响271  1032 非水溶剂对酶稳定性的影响271  1033 非水溶剂的选择原则272 104 水活度的影响及其控制方法273  1041 酶的柔性与“必需水”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 添加剂对非水相生物催化反应的影响276  1051 无机盐类添加剂276  1052 有机助溶剂277  1053 多醇类添加剂277  1054 表面活性剂277 106 非水介质中酶的活化方法279  1061 有机溶剂中酶的活力为何不如水相中高279  1062 如何提高有机相酶的催化活力281 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2 酶在有机溶剂中的稳定性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 固定化生物催化剂299 111 固定化生物催化剂概述299  1111 固定化生物催化剂的定义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 固定化生物催化剂制备方法302  1121 固定化生物催化剂的制备原则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 固定化生物催化剂的性质311  1131 固定化生物催化剂的特征参数311  1132 固定化后催化活性的变化312  1133 固定化对生物催化剂稳定性的影响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1 固定化生物催化剂的活力及其测定317  1142 偶联率及相对活力的测定318  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5 固定化生物催化剂的应用319  1151 固定化生物催化剂的应用319  1152 固定化生物催化剂应用的几个例子319 116 固定化技术研究新进展321  1161 共固定化技术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 生物催化反应器327 121 生物催化反应器概述327  1211 生物催化反应器的基本概念327  1212 生物反应器的特点328  1213 生物反应器的分类328  1214 生物反应器的研究内容和发展趋势330 122 生物反应器工艺设计基础331  1221 生物反应器设计的生物学基础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 几种主要的生物反应器介绍338  1231 机械搅拌式生物反应器338  1232 鼓泡式生物反应器和气升式生物反应器347  1233 自吸式生物反应器350  1234 厌氧生物反应器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 生物反应器的设计与放大359  1241 生物反应器设计359  1242 生物反应器的放大368 参考文献376应 用 篇13 酶法制备L-氨基酸381 131 L-氨基酸的研究应用概况381  1311 L-氨基酸的主要用途381  1312 L-氨基酸的国内外研究进展382 132 L-苯丙氨酸的酶法制备383  1321 L-苯丙氨酸的性质用途383  1322 L-苯丙氨酸的酶法制备路线383 133 苯丙酮酸转氨酶法制备L-苯丙氨酸384  1331 苯丙酮酸的制备方法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34 L-苯丙氨酸的分析检验方法和质量标准389 134 L-丙氨酸的酶法制备389  1341 L-丙氨酸的性质与应用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4 L-丙氨酸的分离提取工艺402  1345 L-丙氨酸的产品质量标准和分析检验402 参考文献403
14 酶法制备D-氨基酸405 141 D-氨基酸概述405  1411 D-氨基酸的性质405  1412 D-氨基酸的应用407 142 D-氨基酸的制备方法及其进展411  1421 酶催化拆分法411  1422 酶法转化法413 143 海因酶法制备D-氨基酸415  1431 海因酶简介415  1432 海因酶法制备D-氨基酸的工艺路线416 144 海因酶法制备D-苯丙氨酸416  1441 D-苯丙氨酸的用途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5 D-苯丙氨酸的分离提取工艺422  1446 D-苯丙氨酸的分析检验和质量标准422  1447 其他D-氨基酸的酶法制备工艺423 参考文献424
15 固定化细胞方法生产L-苹果酸与L(+)酒石酸427 151 固定化细胞方法生产L-苹果酸427  1511 概述427  1512 固定化细胞方法生产L-苹果酸的技术路线431  1513 产L-苹果酸的微生物及菌种选育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 固定化细胞方法生产L(+)-酒石酸449  1521 概述449  1522 固定化细胞生产L(+)-酒石酸的技术路线452  1523 产L(+)-酒石酸的微生物及菌种选育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 生物催化法制备手性2-芳基丙酸466 161 2-芳基丙酸概述466  1611 2-芳基丙酸类非甾体抗炎药466  1612 酶法拆分工艺468  1613 其他合成方法474 162 萘普生482