生物化學過程工程學

作/譯者：蔣立科 羅曼出版社：科學出版社

出版日期：2008年01月

ISBN：9787030217639 [十位:7030217632]

頁數：475 重約：0.722KG

定價：￥48.00

生物化學過程工程學(BPE)是通過利用生物資源，藉助生物學特有方式，以工藝、設備等工程系統，製備生物產品的一門學科。從產品設計、實驗室研究、開發到產業化的過程是一個複雜的系統工程，通過運用工程學原理，將目標產物(TP)生產相關的物理、化學、生物過程單元操作組合成理論明晰、技術可行、經濟合理、環境友好、生產安全的集成化生產流程，達到高活性、高純度、高收率並且符合低污染、低消耗的要求。

《生物化學過程工程學》適用於生物分離工程、生化工藝學、生物工程下游技術和生物製藥等課程，適合生物工程、生物技術、化學工程、食品醫藥

前言

緒論

第一篇生物體代謝與產物

第一章生物體代謝產物應用導論

第二章糖類及其衍生物

第三章脂類代謝與衍生物

第四章蛋白質與活性肽

第五章酶的催化與產物

第六章核酸分解、代謝與產物

第七章細胞次生代謝與產物

第八章目標產物的高效積累

第二篇生物物質分離的化學物理過程

第九章生物目標產物分離策略

第十章目標產物原材料的預處理

第十一章萃取分離

第十二章沉澱法過濾

第十三章膜分離

第十四章層析與結晶純化

第三篇目標產物分離提取過程集成化

第十五章生物化學過程的工程原理

第十六章生化目標產物分離過程工程技術經濟學的評價

第十七章生物化學過程的設備

第十八章生物化學過程工程的流體流動

第十九章固液分離過程

第二十章傳熱控制

第二十一章純化產物的濃縮乾燥

第二十二章溶劑蒸餾回收

第四篇生物化學過程工程的產業化

第二十三章產業化的基本問題與要求

第二十四章生物化學過程工程的產業化開發

第二十五章生物化學過程工程的建設與示範

第二十六章高純植酸杭氧化保鮮劑產業化的可行性分析

主要參考文獻

……

緒論

生化物質與人類生活及人體健康密切相關，其分離、提取、精製是生物化學過程工程的重要組成部分。生物化學過程工程是一項將從發酵液或酶反應液或動植物細胞培養液中分離、純化生物產品與設備性能相結合的過程，也稱后處理的系統工程技術。它是把生化目標產物(targetproduct,以下簡稱TP)分離技術成果轉化為生產力時不可缺少的重要環節，它的技術進步對於保持和提高國家在生物技術領域內的經濟競爭力至關重要。

第一節生化目標產物分離技術的特點及其重要性

一、生物化學過程工程學的含義

生物化學過程工程學(biochemicalprocessengineering,BPE)是從細胞已有TP出發，根據TP的存在狀態、與非TP共生或結合的特點及人們所需的物質形式(如液體、固體、氣體、晶體),採用化學、物理方法，並與工程學原理結合，將生物TP的分離及提取技術轉化為生產力的交叉學科。主要研究將生物TP分離的實驗室研究成果轉化為市場性生產力的過程中帶有共性的原理和工程技術問題，既要保證目標產品具有高活性、高純度和高收率，又要避免環境污染，實現生產過程低消耗、低成本，綜合利用資源。

二、生物TP的特點

生物化學TP的生產不同於一般化學品的生產，有其自身的特點。

(一)種類多，組成極複雜，懸浮液中分離

通常從懸浮液中分離出來的TP含量很低(如1000kg竹筍含竹筍素僅為3.5×10-10nag),穩定性差，對熱、pH、某些酶以及機械剪切力等都很敏感，稍不注意就會失活或降解。懸浮液中的固體可能包含完整的有機體、菌絲碎片、介質成分中的其他不溶物、殘存底物、超短纖維等；懸浮液中的液體可能包含殘存的可溶底物、中間代謝產物和其他不希望有的產物，因而該懸浮液是一個複雜的多相體系。唯有經過分離和純化等下游加工過程，才能製得符合要求的產品。因此，產品的分離純化是生物技術工業化的必需手段，具有不可取代的作用。生物化學過程工程學是一門將化學和物理學的理論與技術融人生物體內物質提取過程的科學。它是在深入了解生物體物質結構、理化性質及對環境因素要求的基礎上，把提取該類物質的系統過程與工程理論(包含能量衡算、儀器設備選擇等)結合起來，形成過程工程學。通過學習該課程，使學生既懂得如何根據細胞內目標產物(target product,TP)的形成過程、存在狀況、理化特性等，將細胞內目的物提取出來，又懂得在提取這些物質的過程中，採用工程學原理，從能量消耗、環境友好、資源經濟利用、儀器設備選用上形成單元操作集成性的生產線，為日後從事開發生物物質產品奠定基礎。因此，這門課程是使生物化學實驗技術走向生產應用的理論基礎，它包含有效物質的生物合成、目標物的化學分離及物理學截獲三個過程。生化分離過程又稱生物物質提取的系統工程，它指從發酵液、酶反應液或動植物細胞培養液中分離、提取、精製生化產品的過程，通過機械設備(儀器)連接形成集成化的流水線，是生物工程、生物技術、製藥、食品、輕工原料加工等相關專業的必修課，也是將生物TP技術成果轉化為生產力時必不可少的環節。因此，可將生化分離過程tt喻為一條河流，而把生化分離過程工程視作物理學上的下游加工(down stream processing)、發電、變電和輸電的過程。

生化分離過程工程技術源於傳統的化工單元操作技術,但是由於生物TP分離技術產品的特殊性，化工單元操作遠不能滿足生物化學技術產品分離的需要。特別是基因工程、酶工程、蛋白質工程及細胞融合工程中大分子的回收，既要考慮使用高選擇性的分離純化方法，又不能影響產品的生物活性、純度、回收率及對環境的污染，同時還要考慮資源的綜合利用、所加入反應物質的回收等因素。所以近20年來，人們將物理和化學分離純化原理與生物技術產品特性相結合，進行了大量的研究，開發了許多新原理、新技術、新材料和新設備。例如，根據萃取技術和新原理髮展而成的雙水相萃取、由內而外的微波萃取、反膠束萃取、無溶劑超臨界萃取和凝膠萃取、高速逆流萃取、加速溶劑法萃取、超高壓萃取等分離技術，克服了有機溶劑直接與生物物質接觸時易使其變性的缺點；又如，根據膜分離原理髮展的反滲透、納米膜過濾、超濾、微過濾、電滲析、液膜分離和膜親和過濾等技術，具有無相變、無試劑、無pH變化等特點。此外，隨著生物化學，特別是免疫學的發展，對生物的特異性反應有了較深刻的了解，出現了親和色層分離技術，使TP的純化率提高了幾十倍甚至上千倍。但同時怎樣將提取過程中涉及的多項技術連接起來形成面向市場的集成性操作系統工程，引起了人們的廣泛注意。

另外，要看到細胞代謝分為基礎代謝和次生代謝兩個階段，次生代謝產物是基礎中間代謝產物經過修飾而產生的一類使細胞適應脅迫環境的抗逆產物，在工業、食品、藥物生產上均有重要的應用價值，甚至是國民經濟建設中主要的產品原料。它不僅是有機化學重要的研究內容，而且也是現代藥物設計和合成研究的靶點、建設藥物創新體系的源頭，已成為國際醫藥界共同關注和重視的問題，是具有自主知識產權的“重磅炸彈”,研究這些次生代謝產物的形成、積累及分離過程，也將是本課程的中心內容。科學的發展，學科的交叉，促使經典的和新發展的化工單元操作技術原理與被分離的生物活性物質的性質相結合，形成了所謂的子代技術的拼接或融合工程。這類技術既具備現代技術的特點，又具有選擇性好、效率高和簡便等優點。

此外，隨著化石資源的日益枯竭和環境污染問題的日益嚴重，開發潔凈可再生能源這一緊迫問題也已成為該課題領域的另一熱點和重點。