生物产品工程实训教程

近年来，生物产业作为国家战略性新兴产业得到了持续快速发展，已经形成门类齐全、功能完备的生物经济产业体系，在生物、医药、农业、材料、化工、能源等主要领域都已产生具有影响力的创新型企业，生物产品市场规模迅速扩张。因此，产业发展急需掌握生物工程学科理论知识和实践技能且能够从事设计、生产、管理和新技术研究、新产品开发的高层次人才。当前，生物产业对生物工程等相关专业毕业生的需求发生了根本变化，除了要求学生掌握生物学、化学和工程学等基础知识，掌握基因工程、酶工程、细胞工程、发酵工程、生物反应工程、生物分离工程以及工程计算等方面的基本技能外，特别渴望将教学环节与生物产品生产岗位工作相衔接，将学校讲授的专业知识与企业生产的岗位实际紧密结合，从而提升生物领域从业者的技能和素质，以适应新时代生物经济发展的迫切需要。
《生物产品工程实训教程》通过分析现代生物产业典型产品的生产企业现状，立足共性的岗位需求，结合江苏科技大学的“蚕桑”办学特色，首次将生物产品工程实训作为训练目标。通过依托迷你工厂的生物产品工业设计和操作训练，实现岗位实操与工程实训的紧密结合，侧重学生专业知识、实践技能、创新思维和科研能力的培养，注重应用研究、工程设计和产业管理的基本训练，同时减少相关企业招聘人员繁重的新人培训压力，从而填补生物产业领域生物产品工程实训教材的空白。
现代生物产业高新技术企业对于基因合成及蛋白表达、工业酶制备、微生物发酵、发酵产品生产工艺等方面的人才需求激增，本教材专门对应设计了四个实训模块，并在此基础上整合了“蚕桑”特色的迷你工厂生产工艺模块。其中，基因合成与表达模块设置4个项目：基因操作技术、昆虫细胞培养、外源蛋白在昆虫细胞中的表达与检测、外源蛋白在大肠埃希菌中的表达与纯化；工业酶制剂模块设置2个项目：淀粉酶的生产及应用、果胶酶的生产及应用；微生物发酵模块设置4个项目：发酵罐的认识和使用、柠檬酸发酵、黄酒的生产工艺、镇江香醋固态酿造工艺；迷你工厂生物产品工艺模块设置4个项目：果汁饮料生产、果酒发酵、果醋的发酵工艺及生产控制、蛹虫草的栽培。通过四个模块14个项目的实习实训，培养学生的综合实践和解决复杂工程问题的能力，以促进学生就业与企业上岗的无缝衔接，引导学生理论结合实践，在实践过程中完成就业前的岗位培训，促进校企协同培养生物工程等相关专业高层次人才的产教融合。
本教材的主要特色与创新如下：
（1）紧密对接现代生物产业从业人员的岗位需求，以一流专业生物工程设置课程《生物工程创新创业实践》（核心课程）以及《生物工程实训理论与实践》为抓手，开展典型生物产品的生产实训，强调典型生物产品全过程多岗位实训锻炼，将高年级学生的工程实训与企业岗位从业人员培训无缝对接，从而与以往生物工程实验教学用书产生本质的区别。
（2）依托生物工程迷你工厂实训中心，以蚕桑产品、镇江香醋、丹阳黄酒等为特色案例，融入了最新的科研成果和生产技术，实现了科研反哺教学和产学研用结合，既具有生物工程学科专业背景，又彰显区域行业传统产品特色。
（3）编写人员来自高校和行业企业一线人员，实践教学的内容模块化、任务项目化，采用线上与线下教学相结合的方式，线下实践为主，线上采用虚拟仿真、电子课件、操作讲解视频、实训考核及评价等形式，形式新颖，元素多元，可读性强，具有新教材的鲜明特征。
本教材可作为生物学、生物工程、化学工程与技术、生物与医药、资源与环境、农学等专业学生的实践教学参考用书。

王俊
2023年6月

本书包括基因合成与表达、工业酶制剂、微生物发酵、迷你工厂生物产品生产工艺四个模块的实训操作，共14个项目48个任务点，内容紧密结合企业岗位需求，为本学科学生开展生物产品工程实训提供教材，有助于培养学生的综合实践能力和解决复杂工程问题的能力，为学生就业及专业发展打下基础。
本书可供高等院校生物学、生物工程、农学等相关专业师生参考。

模块一基因合成与表达 001
项目一基因操作技术 001
背景知识 001
任务1DNA的提取与纯化 001
任务2DNA限制性内切酶酶切及电泳分析 003
任务3DNA序列分析 007
任务4基因扩增 009
任务5重组质粒的构建、转化、筛选和鉴定 012
考核与评价 015
参考文献 016
项目二昆虫细胞培养 017
背景知识 017
任务1培养基的准备 019
任务2细胞的复苏与冻存 020
任务3细胞的传代 020
任务4细胞的计数 021
考核与评价 022
参考文献 022
项目三外源蛋白在昆虫细胞中的表达与检测 023
背景知识 023
任务1绿色荧光蛋白在家蚕卵巢细胞的瞬时表达 023
任务2萤光素酶在家蚕卵巢细胞的分泌表达 031
任务3表达病毒样颗粒(昆虫细胞-杆状病毒表达载体应用) 034
任务4表达外源蛋白的稳定家蚕卵巢细胞系的筛选 038
考核与评价 044
参考文献 044
项目四外源蛋白在大肠埃希菌中的表达与纯化 046
背景知识 046
任务1外源蛋白在大肠埃希菌中的表达 046
任务2外源蛋白在大肠埃希菌中的纯化 048
考核与评价 051
参考文献 051

模块二工业酶制剂 052
项目一淀粉酶的生产及应用 052
背景知识 052
任务1淀粉酶活力的测定 053
任务2α-淀粉酶的制备 056
任务3α-淀粉酶的提取与分离纯化 057
任务4淀粉酶的应用 060
考核与评价 065
参考文献 065
项目二果胶酶的生产及应用 066
背景知识 066
任务1果胶酶的活力测定 067
任务2果胶酶的发酵生产 069
任务3果胶酶的分离纯化 070
任务4果胶酶的应用 070
考核与评价 074
参考文献 074

模块三微生物发酵 075
项目一发酵罐的认识和使用 075
背景知识 075
任务1发酵罐的认识 075
任务2发酵罐的灭菌 080
任务3发酵罐的控制 081
考核与评价 086
参考文献 086
项目二柠檬酸发酵 087
背景知识 087
任务1柠檬酸生产菌株与发酵原料 088
任务2柠檬酸的发酵工艺 090
任务3柠檬酸的提取与检测 092
考核与评价 095
参考文献 095
项目三黄酒的生产工艺 096
背景知识 096
任务1糖化酶酶活的检测 103
任务2黄酒发酵过程的控制 105
任务3黄酒的过滤和处理澄清 106
考核与评价 107
参考文献 107
项目四镇江香醋固态酿造工艺 109
背景知识 109
任务1镇江香醋的发酵原料与生产工艺 109
任务2香醋风味物质的检测 117
任务3香醋的感官评价方法 122
考核与评价 124
参考文献 124

模块四迷你工厂生物产品生产工艺 126
项目一果汁饮料生产 126
背景知识 126
任务1果汁生产工艺的认知 127
任务2桑葚果汁产品的生产实践 128
任务3果汁饮料的质量安全与检验 130
任务4果汁饮料的包装设计 133
考核与评价 134
参考文献 135
项目二果酒发酵 136
背景知识 136
任务1桑葚酒酵母菌种的筛选 138
任务2桑葚原料的处理 140
任务3桑葚酒发酵的生产控制 143考核与评价 146
参考文献 146
项目三果醋的发酵工艺及生产控制 148
背景知识 148
任务1桑葚醋发酵生产的控制 151
任务2桑葚醋有机酸的检测 152
任务3果醋产品保质期的确定 154
考核与评价 160
参考文献 160
项目四蛹虫草的栽培 161
背景知识 161
任务1蛹虫草的培养条件 162
任务2蛹虫草的制种与接种技术 164
任务3蛹虫草的栽培 168
考核与评价 175
参考文献 176

附录实训记录表 177