生物化工产品生产工艺技术及应用

生物工程学、信息科学和材料科学被认为是当今世界的三大前沿科学技术。早期的生物技术主要包括生物资源的加工和发酵;后来又发展了酶反应技术。这时基本上还停留在对生物体进行宏观的和某些功能进行利用,因此其生产效率和应用领域受到一定的限制。70年代以来,随着微生物学、生物化学、遗传学、细胞学和分子生物学以及现代实验技术、电子技术、计算机技术的发展和应用,极大地发展了生物技术,在传统的生物技术基础上形成了具有强大生命力的现代生物工程技术。现代生物技术主要包括基因重组技术、细胞融合技术、细胞大量培养技术和生物反应技术等四个方面。现代生物技术是以遗传工程（包括基因重组、细胞融合）为基础,以微生物工程（包括酶工程、生物化学工程）为核心的,从细胞和分子水平上定量地对生物体及其功能进行改造和利用,有效地制造有用产品的工业技术。
在21世纪,生物技术的作用将更加突出。美国科学家预言,美国的第二个硅谷将不是半导体产业,而是潜力巨大、正在兴起的生物技术。从现代生物技术突飞猛进的发展及其对医药、保健、环境、农业、能源等方面的重大作用来看,21世纪无疑将是生物技术的时代。
生物化工是生物技术的重要分支。与传统化学工业相比,生物化工有以下几个突出特点：① 主要以可再生资源作主要原料;② 反应条件温和,多为常温、常压,能耗低,选择性好,效率高;③ 环境污染较少;④ 投资较少;⑤ 能生产目前不能生产或还不为人知的性能优异的化合物,并能开发生产新品种。
近年来,生物化工在生物技术中的地位正在上升,生物技术正在从传统医药、农业向生物化工方面逐渐转移。国外生化反应器已进入新一代研究开发阶段,其突破将实现大批量生物技术生产石化二次产品,其影响将难以估计。不久的将来,将有20%的化工产品由生物技术来生产。可以断言,21世纪生物化工将是最大的化工产业。
在世纪之初,编者编写此书的目的是力图为在生物化工战线作实际技术工作的同志深入浅出地阐明生物化工产品生产工艺技术及应用。本书第一篇为基础篇,着重阐述生物化工理论及工业生产技术;第二篇为产品及应用篇,按医药及医药中间体、食品添加剂、饲料添加剂、生物农药、基本有机化工原料、农林业产品加工等应用领域分类阐述该工艺技术在300余种化工产品的生产及应用,以期对从事生物化工战线实际技术工作的同志能有所帮助。并可供从事生物化工专业及相关专业学习的大学生参考。
本书第一篇第一章、第四章、第六章由任凌波、王惠普编写,第二章、第三章由董凌虹、傅家相编写,第五章由唐桂梅编写,第七、八、九章由任晓蕾、王韬、齐凌峰、王爱国编写;第二篇由章思规、杨文栋、杭吉民、陈钟秀、任凌波、王忠臣、关守田、徐卫、吴秀琴、谢家录、李东辉、刘丽、魏学艳、孙新民、曾明利等同志共同编写,全书由任凌波整理、编纂。司景利、邸玉福协助本书编写。
本书在编写过程中得到了化工出版社及有关单位的领导和许多同志的支持和帮助,在此特向他们致以衷心的感谢!
由于时间匆忙和水平有限,不确切和错误之处,敬请批评指正。

编者
2001年1月

本书是一部反映现代生物化工技术的应用技术性图书。上篇为理论篇，从生物化工基础理论、基本技术等方面探讨了生物化工的工业化生产技术；下篇为产品篇，从医药及医药中间体、食品添加饲料添加剂、生物农药、基本有机化工原料、农林业产品加工方面介绍了300余种生物化工产品及生物源化学品的生产、应用、加工技术。本书可供从事生物化工及生物源化学品加工领域的生产、科研、开发、管理、应用等人员参考。

第一篇基础篇1
第一章生物化工产品生产工艺技术的基本内容2
一、原材料的物理和化学预处理2
二、培养基的配制和灭菌2
三、提供和制备高产优质和足够数量的生物催化剂2
四、生物反应过程2
五、生化产品的提取和精制3
第二章原材料的选择及物理化学预处理4
一、选择合适的原料4
二、原料的预处理4
三、原料的粉碎处理5
（一）机械破碎5
（二）物理方法5
（三）生化及化学方法6
第三章工业用微生物及其培养方法7
一、最常用的工业微生物7
（一）细菌7
（二）放线菌8
（三）霉菌8
（四）酵母9
二、微生物培养法10
（一）培养基的组成10
（二）培养方法及设备概述11
（三）培养条件11
第四章工业用微生物培养过程动力学13
一、细胞浓度的测量13
（一）直接测定法13
（二）间接测定法14
二、分批培养15
（一）分批培养过程中细胞的生长阶段16
（二）影响比生长速率的因素18
三、连续培养22
（一）单级连续培养23
（二）细胞回流时的单级连续培养25
（三）多级连续培养27
（四）连续培养的应用28
四、其他培养方法31
（一）补料分批培养31
（二）透析培养35
第五章产酶菌株的培养38
一、产酶促进剂38
二、影响酶产生的因素38
（一）温度38
（二）ｐＨ值39
（三）通气（供氧）39
（四）搅拌40
（五）泡沫40
（六）诱导剂和抑制剂40
第六章生物催化剂的制备与优化42
一、菌种的分离筛选与遗传育种42
（一）含菌样品的采集44
（二）富集培养44
（三）菌种纯化45
二、菌种变异46
（一）用物理或化学方法诱变46
（二）用基因操作技术提高菌株生产生化产品的能力48
（三）原生质体融合育种66
（四）酶与细胞的固定化69
第七章灭菌技术127
一、微生物的受热死亡动力学127
（一）微生物的死亡速率127
（二）温度对死亡速率的影响130
二、培养基灭菌的工程设计133
（一）间歇灭菌133
（二）灭菌概率和标准136
（三）对固体或静止流体的加热灭菌137
（四）连续灭菌139
（五）间歇灭菌与连续灭菌的比较145
三、空气除菌145
（一）空气除菌的要求与方法146
（二）过滤除菌原理149
（三）空气过滤时的对数穿透定律154
（四）空气过滤器的设计156
（五）常用过滤介质158
第八章生物反应器161
一、细胞生物反应器的结构165
（一）微生物细胞反应器165
（二）动物细胞生物反应器171
（三）植物细胞生物反应器173
二、酶反应器的结构173
（一）膜反应器174
（二）液固反应器177
（三）气液固三相反应器178
三、生物反应器的设计178
（一）生物反应器的基本设计方程178
（二）间歇操作搅拌槽式反应器（ＢＳＴＲ）的设计180
（三）连续操作的搅拌槽式反应器（ＣＳＴＲ）的设计187
（四）连续操作的管式反应器（ＣＰＦＲ）的设计207
（五）半间歇半连续操作的生物反应器的设计214
（六）动植物细胞培养反应器的设计225
四、生物反应器的传递过程232
（一）发酵介质的流变特性232
（二）氧的传质反应模型236
（三）机械搅拌槽式反应器的传递特性248
（四）气体搅拌塔式反应器的传递特性260
（五）生物反应过程的传热特性268
第九章生化产品的分离与纯化273
一、固体颗粒的去除273
（一）过滤274
（二）离心分离275
（三）沉降278
二、初步分离278
（一）蒸发278
（二）萃取281
（三）沉淀283
（四）膜分离285
三、产品提纯288
（一）吸附层析法288
（二）离子交换层析法290
（三）凝胶层析法292
（四）亲和层析法294
四、产品的最终分离296
（一）喷雾干燥器296
（二）气流干燥器297
（三）沸腾干燥器297
（四）鼓式干燥器299
（五）冷冻干燥299
第二篇产品篇301
第一章医药及医药中间体302
第一节抗生素药物302
一、抗生素的分类303
二、抗生素产生菌的选育305
三、β内酰胺类抗生素308
（一）青霉素族抗生素308
青霉素（钠盐）309
6氨基青霉烷酸（６ＡＰＡ）313
氨苄西林（钠盐）314
氯唑西林（钠盐）316
苯唑西林（钠盐）317
哌拉西林（钠盐）318
（二）头孢菌素类抗生素318
头孢菌素Ｃ319
７氨基头孢烷酸（７ＡＣＡ）和７氨基脱乙酰氧头孢
烷酸（７ＡＤＣＡ）320
头孢噻吩钠324
头孢硫脒325
头孢唑啉钠326
头孢氨苄327
头孢羟氨苄329
头孢噻肟330
四、氨基糖苷类抗生素332
（一）概述332
（二）制备方法333
（三）典型的氨基糖苷类抗生素334
链霉素334
新霉素335
卡那霉素335
阿米卡星336
庆大霉素338
小诺米星340
妥布霉素与地贝卡星340
西索米星340
阿贝卡星340
异帕米星341
奈替米星341
阿司米星与达地米星341
五、大环内酯类抗生素342
（一）概述342
（二）新大环内酯类抗生素的临床治疗评价343
（三）大环内酯类抗生素的生产方法344
（四）几种主要的大环内酯类抗生素345
红霉素345
依托红霉素347
罗红霉素348
阿奇霉素350
麦迪霉素351
螺旋霉素与乙酰螺旋霉素352
柱晶白霉素354
交沙霉素355
六、四环族抗生素355
四环素359
土霉素360
金霉素361
多西环素362
米诺环素362
美他环素364
七、林可霉素类抗生素365
林可霉素365
克林霉素367
八、磷霉素类抗生素368
磷霉素369
九、利福霉素类抗生素370
利福平371
利福霉素ＳＶ372
十、肽类抗生素373
（一）概述373
（二）几种典型的多肽类抗生素374
多粘菌素Ｅ374
多粘菌素Ｂ375
万古霉素376
去甲万古霉素377
杆菌肽377
第二节维生素类药物378
抗坏血酸378
维生素Ａ382
维生素Ｄ２383
维生素Ｄ３384
维生素Ｂ１385
维生素Ｂ２386
维生素Ｂ１２387
维生素Ｅ388
重组人红细胞生成素389
第三节中枢神经及循环系统类药物390
胞磷胆碱390
地高辛390
洋地黄毒苷392
铃兰毒苷393
１，６二磷酸果糖393
利血平394
亚油酸395
普伐他汀钠395
激肽释放酶396
双链酶397
超氧化物歧化酶398
链激酶398
链道酶399
弹性酶400
银杏叶提取物401
第四节呼吸系统药物402
麻黄碱402
伪麻黄碱402
可待因403
第五节消化系统药404
胰酶404
含糖胃蛋白酶404
淀粉酶404
糜胰蛋白酶405
菠萝蛋白酶405
β半乳糖苷酶406
第六节抗肿瘤药407
天门冬酰胺酶407
博来霉素408
多柔比星（阿霉素）408
柔红霉素409
放线菌素Ｄ410
喜树碱411
羟喜树碱412
长春新碱412
秋水仙碱413
三尖杉酯碱413
高三尖杉酯碱414
紫杉醇414
第七节其他药物415
谷氨酸415
重组人粒细胞巨噬细胞集落刺激因子416
重组人粒细胞集落刺激因子417
肝素418
尿激酶418
细胞色素Ｃ419
重组人白细胞介素２420
重组人干扰素α１420
环孢素A421
碘422
胆红素422
胆固醇424
胆酸425
鹅去氧胆酸426
血红素427
人尿促性腺激素429
绒膜促性激素429
促黄体激素和促卵泡激素432
桉叶素433
烟碱434
第二章食品添加剂436
第一节甜味剂437
山梨糖醇437
麦芽糖醇438
乳糖醇439
木糖醇439
甘露糖醇442
异麦芽酮糖醇444
甜菊糖苷445
甘草447
二氢查耳酮448
第二节酸度调节剂449
柠檬酸450
乳酸453
苹果酸455
酒石酸456
葡萄糖酸458
醋酸460
第三节防腐剂、杀菌剂、抗氧化剂462
富马酸462
桂醛464
纳它霉素464
乳酸链球菌素465
甘草抗氧化物466
Ｌ抗坏血酸棕榈酸酯467
抗坏血酸钙468
植酸468
没食子酸丙酯470
迷迭香提取物472
异抗坏血酸钠472
茶多酚473
第四节营养强化剂474
Ｌ赖氨酸475
Ｌ苏氨酸476
Ｌ苯丙氨酸477
Ｌ异亮氨酸478
Ｌ亮氨酸479
Ｌ缬氨酸479
Ｌ组氨酸480
γ亚麻油酸482
第五节增稠剂482
琼脂482
阿拉伯胶483
卡拉胶483
皂夹糖胶485
甲壳素485
β环状糊精487
明胶488
结冷胶489
瓜尔胶490
槐豆胶490
果胶491
聚葡萄糖491
海藻酸钾492
田菁胶493
羧甲基纤维素钠493
羧甲基淀粉钠494
罗望子多糖胶495
黄原胶495
第六节乳化剂496
蔗糖脂肪酸酯497
酪蛋白酸钠499
甘油单硬脂酸酯500
硬脂酰乳酸钙500
酯胶501
蔗糖乙酸异丁酯502
甘油双乙酰酒石酸502
改性大豆磷脂503
第七节食用天然色素504
甜菜红509
姜黄510
红花黄511
虫胶红511
叶绿素铜钠盐512
越橘红513
辣椒红513
辣椒橙514
酱色514
栀子黄515
菊花黄浸膏515
黑豆红516
高粱红516
玉米黄517
萝卜红518
可可壳色素518
红曲米519
玫瑰茄红519
β胡萝卜素520
栀子蓝色素521
天然苋菜红521
第八节天然食品香料522
八角茴香油523
山苍子油524
橘皮油524
桂油525
丁香油525
月桂油525
柠檬油526
玫瑰花油526
柏木油526
薄荷油527
茉莉浸膏527
白兰浸膏527
桂花浸膏528
姜油528
白兰花油528
桉叶油528
柚皮油529
薰衣草油529
广藿香油529
树兰花油530
鸢尾油530
冬青油530
第三章饲料添加剂532
Ｌ胱氨酸533
苏氨酸533
复合氨基酸533
乳酸亚铁533
柠檬酸铁铵（棕色）534
富马酸亚铁534
乳酸锌534
琥珀酸柠檬酸铁钠535
乳酸钙535
肌醇535
生物素536
β胡萝卜素536
甜菜碱537
饲用土霉素537
饲用金霉素538
杆菌肽538
硫酸多粘菌素Ｅ538
恩拉霉素538
维吉霉素539
阿伏帕星540
泰洛星541
红霉素541
螺旋霉素541
吉他霉素542
班贝霉素542
莫能星543
盐霉素543
拉沙里菌素钠544
马杜霉素铵544
诺肽菌素545
阿维霉素545
纤维素酶546
脂肪酶547
果胶酶548
植酸酶548
中性蛋白酶548
饲用复合酶制剂549
富马酸二甲酯549
双乙酸钠550
单细胞蛋白550
第四章生物农药552
苏云金杆菌552
井冈霉素554
春雷霉素555
多抗霉素556
公主岭霉素558
灭瘟素558
链霉素559
揭阳霉素559
中生霉素560
ＥＢ８２灭蚜素561
浏阳霉素561
灭粉霉素562
菜丰宁Ｂ１562
菜丰宁ＢＣ２562
麦丰宁Ｂ３563
棉铃虫核型多角体病毒杀虫剂563
喷可杀复方植物杀虫剂563
梧宁霉素563
ＭＳＯ７Ａ微生物杀虫剂564
烟碱564
夹甙乳油564
赤霉素565
三十烷醇565
芸苔素内酯566
第五章有机化工原料与产品568
乙醇568
丙酮＆丁醇572
衣康酸573
甘油575
乙基麦芽酚577
香兰素＆乙基香兰素578
第六章农业、林业产物的精深加工产品581
糠醛581
糠醇585
米糠油587
硬脂酸591
鞣酸594
蓖麻油酸595
癸二酸597
栲胶600
参考文献605