白色生物技術(shù)

前言

　　目前在生物技術(shù)領(lǐng)域，沒有哪個詞匯像“白色生物技術(shù)”一樣這么頻繁地被專家討論。白色生物技術(shù)是“工業(yè)生物技術(shù)”的另一種名稱，其所關(guān)注的重點包括各類產(chǎn)品的生產(chǎn)，如大宗化學(xué)品、精細(xì)化學(xué)品、酶、食品和動物飼料添加劑、藥物活性成分、農(nóng)用化學(xué)品和過程工業(yè)助劑等?！　≡谀承╊I(lǐng)域，白色生物技術(shù)已經(jīng)占領(lǐng)了主導(dǎo)市場地位：　　近年來，工業(yè)生物技術(shù)方法生產(chǎn)的氨基酸產(chǎn)量已超過100萬t；　　在維生素生產(chǎn)領(lǐng)域，已有幾個從化學(xué)法到生物技術(shù)方法合成工藝路線的轉(zhuǎn)變實例，并且可以預(yù)期這種轉(zhuǎn)變會不斷增加；　　在過去10年中，酶制劑的市場容量已經(jīng)增加了50％；　　聚交酯的成功，標(biāo)志著白色生物技術(shù)向聚合物和人工合成材料領(lǐng)域的突破?！　∧壳埃褪亲钪匾囊彩菓?yīng)用最為廣泛的化學(xué)原料。初級工業(yè)和聚合物化學(xué)現(xiàn)在都強(qiáng)烈依賴于石油的供應(yīng)。但是，現(xiàn)在離石油枯竭的時間已經(jīng)所剩不多.現(xiàn)在幾乎所有的研究者都同意石油高峰期（也就是原油開采量達(dá)到最高點）會在21世紀(jì)上半葉出現(xiàn)。隨著開發(fā)新的石油來源難度的增加，世界各國都在努力降低國家對石油進(jìn)口的依賴。　　總而言之，現(xiàn)在留給開發(fā)基于可再生資源的替代工藝和滿足生產(chǎn)領(lǐng)域各種需求的工業(yè)生物技術(shù)的時間已經(jīng)不多。分子生物學(xué)領(lǐng)域的巨大進(jìn)步為工業(yè)催化相關(guān)的生物催化劑的開發(fā)提供了空前的機(jī)會。同時，生物加工工程的經(jīng)驗為從平板模式到搖床，再到工業(yè)化的發(fā)展提供了有效的技術(shù)支持。因此，理論上，新的工業(yè)生物加工過程加速發(fā)展的基礎(chǔ)是存在的。本書中，來自不同工業(yè)生物技術(shù)學(xué)科和商業(yè)領(lǐng)域的專家，將就目前的發(fā)展情況和技術(shù)發(fā)展水平作出總結(jié)。

內(nèi)容概要

首先，本書對白色生物技術(shù)相關(guān)的各類碳水化合物、油脂類及其他類型的原料從來源到應(yīng)用進(jìn)行了介紹，之后對近年來生物技術(shù)中的熱點——“高通量篩選”相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了簡要的回顧和討論。其次，在“工業(yè)酶”一章中，書中用了大量的篇幅就酶在工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了詳盡的描述，包括洗滌劑、紡織品、造紙工業(yè)、淀粉制品、生物乙醇、食品、動物飼料及化學(xué)品制造等，而且還就新型酶的發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了探討和介紹。之后，本書又用一章的篇幅對生物催化劑在有機(jī)合成領(lǐng)域中的三種不同方式：非手性合成，不對稱合成和動力學(xué)拆分進(jìn)行了描述和討論。再次，就生物煉制和生物過程加工進(jìn)行了廣泛的介紹和討論，包括生物煉制原料、原理和實例，以及生物加工過程的設(shè)計，代謝過程分析和生物產(chǎn)品的下游處理等。最后，總結(jié)了應(yīng)用于發(fā)酵、生物轉(zhuǎn)化以及下游過程中的一些新的傳感技術(shù)和控制策略。    本書內(nèi)容體系完整，對白色生物技術(shù)所涉及的各個領(lǐng)域均有精辟的闡述，有很多數(shù)據(jù)和實例，反映了國際前沿水平。其時效性和系統(tǒng)性對相關(guān)領(lǐng)域的科研工作者極具指導(dǎo)意義，對非專業(yè)人士迅速熟悉該領(lǐng)域也大有益處。

書籍目錄

前言發(fā)酵原料  1 簡介  2 碳水化合物類原料    2.1 糖類原料    2.2 淀粉類原料    2.3 菊粉類原料    2.4 木質(zhì)纖維素原料    2.5 乳清    2.6 紙漿廢液    2.7 其他  3 油脂和脂肪類原料    3.1 植物油、動物脂肪和脂肪酸    3.2 甘油  4 其他原料    4.1 醇類    4.2 甲烷    4.3 碳?xì)浠衔? 5 原料的可用性、成本和經(jīng)濟(jì)    5.1 生物質(zhì)的可用性    5.2 原料成本和發(fā)酵工藝經(jīng)濟(jì)學(xué)    5.3 化學(xué)工業(yè)的糖市場組織  6 小結(jié)  參考文獻(xiàn)篩選系統(tǒng)  1 簡介  2 對生長中的細(xì)胞進(jìn)行酶活的篩選和選擇    2.1 平板檢測    2.2 流式細(xì)胞儀  3 微孔板和微陣列中的高通量篩選    3.1 酶偶聯(lián)法    3.2 化學(xué)發(fā)光底物和熒光底物    3.3 發(fā)光和熒光傳感器    3.4 微陣列  4 工具酶檢測    4.1 色譜    4.2 質(zhì)譜    4.3 核磁共振譜    4.4 紅外輻射  5 小結(jié)  參考文獻(xiàn)工業(yè)酶  1 緒論    1.1 生命周期評價介紹  2 酶的應(yīng)用    2.1 酶在衣用洗滌劑和自動洗碗機(jī)中的應(yīng)用      2.1.1 衣用洗滌劑      2.1.2 自動洗碗機(jī)用洗滌劑      2.1.3 回顧與近期發(fā)展      2.1.4 洗滌劑中添加酶的環(huán)保效果    2.2 酶在紡織產(chǎn)品中的應(yīng)用      2.2.1 簡介      2.2.2 當(dāng)前酶在紡織工藝中的應(yīng)用      2.2.3 展望      2.2.4 酶法紡織品生產(chǎn)的環(huán)境優(yōu)點    2.3 酶在紙漿和造紙工業(yè)中的應(yīng)用      2.3.1 簡介      2.3.2 概述      2.3.3 現(xiàn)階段應(yīng)用情況    2.4 酶在淀粉制品中的應(yīng)用      2.4.1 簡介      2.4.2 概述      2.4.3 近期發(fā)展    2.5 酶在生物乙醇生產(chǎn)中的應(yīng)用      2.5.1 簡介      2.5.2 概述      2.5.3 近期發(fā)展      2.5.4 酶法生物乙醇對環(huán)境的積極作用    2.6 酶在食品中的應(yīng)用      2.6.1 簡介      2.6.2 概述      2.6.3 近期發(fā)展      2.6.4 酶用于烘焙對環(huán)境的有利影響    2.7 酶在動物飼料添加劑中的應(yīng)用      2.7.1 簡介      2.7.2 概述      2.7.3 最新進(jìn)展      2.7.4 酶作為動物飼料添加劑給環(huán)境帶來的好處    2.8 酶在有機(jī)合成中的應(yīng)用      2.8.1 簡介      2.8.2 概述      2.8.3 白色生物技術(shù)與β-內(nèi)酰胺類抗生素的合成      2.8.4 白色生物技術(shù)和聚合物合成      2.8.5 酶用于有機(jī)合成對環(huán)境的好處  3 酶發(fā)現(xiàn)技術(shù)簡介    3.1 簡介    3.2 篩選程序中多樣化的輸入    3.3 多樣化輸出：如何篩選  參考文獻(xiàn)結(jié)構(gòu)單元  1 前言  2 生物催化及化工原料  3 歷史與發(fā)展現(xiàn)狀  4 生物技術(shù)合成    4.1 非手性合成      4.1.1 全細(xì)胞催化合成非手性產(chǎn)物      4.1.2 酶法合成非手性化合物    4.2 不對稱合成      4.2.1 全細(xì)胞催化不對稱合成      4.2.2 酶法催化合成不對稱化合物    4.3 外消旋體拆分      4.3.1 全細(xì)胞催化外消旋體拆分      4.3.2 酶法拆分外消旋體  5 結(jié)論與展望  參考文獻(xiàn)生物煉制——多產(chǎn)品加工工藝  1 簡介  2 生物質(zhì)原料  3 生物煉制原理    3.1 原理    3.2 生物技術(shù)的作用    3.3 原料、化學(xué)品和篩選    3.4 各種原料實例      3.4.1 琥珀酸      3.4.2 乳酸  4 生物煉制系統(tǒng)    4.1 背景    4.2 以木質(zhì)纖維素為原料的精煉    4.3 整體農(nóng)作物精煉    4.4 綠色生物煉制    4.5 兩個平臺概念  參考文獻(xiàn)促成科技：發(fā)酵和下游處理  1 緒論  2 生物過程設(shè)計    2.1 反應(yīng)體系      2.1.1 實驗室規(guī)模的攪拌釜反應(yīng)器（stIrred-tank reactor）      2.1.2 平行攪拌釜反應(yīng)器      2.1.3 搖瓶      2.1.4 微孔板      2.1.5 毫升規(guī)模的攪拌釜反應(yīng)器    2.2 平行生物過程設(shè)計的前景  3 代謝過程分析    3.1 生化系統(tǒng)特征      3.1.1 化學(xué)計量網(wǎng)絡(luò)分析      3.1.2 酶動力學(xué)模型    3.2 代謝流分析    3.3 代謝控制分析      3.3.1 局部和全局敏感性      3.3.2 控制系數(shù)的性質(zhì)      3.3.3 其他分析框架    3.4 整體方法的前景：“組學(xué)”和系統(tǒng)生物學(xué)  4 生物產(chǎn)品下游處理    4.1 大分子生物產(chǎn)品的下游處理面臨的挑戰(zhàn)      4.1.1 工業(yè)規(guī)模制備色譜      4.1.2 大規(guī)模親和層析分離蛋白質(zhì)      4.1.3 大規(guī)模蛋白質(zhì)結(jié)晶    4.2 下游處理過程展望：聯(lián)合工藝  參考文獻(xiàn)未來生物過程監(jiān)測技術(shù)展望  1 引言  2 生物傳感器、化學(xué)傳感器和光學(xué)傳感器    2.1 生物傳感器    2.2 化學(xué)傳感器    2.3 生物和化學(xué)傳感器    2.4 納米尺度生化傳感器    2.5 光學(xué)傳感器      2.5.1 紫外光譜儀的應(yīng)用      2.5.2 近紅外光譜（NIR）和傅里葉變換紅外光譜（FTIR）的應(yīng)用      2.5.3 拉曼光譜的應(yīng)用      2.5.4 熒光光譜的應(yīng)用      2.5.5 脈沖太赫茲光譜  3  DNA及蛋白質(zhì)微陣列技術(shù)    3.1 DNA微陣列      3.1.1 DNA微陣列基礎(chǔ)      3.1.2 生物過程研究中的基因表達(dá)分析      3.1.3 基因表達(dá)分析：問題和缺陷    3.2 蛋白質(zhì)微陣列      3.2.1 蛋白質(zhì)組分析      3.2.2 蛋白質(zhì)微陣列的制造    3.3 微陣列技術(shù)在生物過程監(jiān)測中的前景  4 軟件傳感器    4.1 軟件傳感器的概念    4.2 軟件傳感器的應(yīng)用    4.3 軟件傳感器的發(fā)展前景  5 流動注射分析    5.1 FIA測量信號的穩(wěn)定性和可靠性    5.2 增加FIA測量的靈敏度    5.3 增加FIA測量的穩(wěn)定性    5.4 FIA基礎(chǔ)監(jiān)測與控制的進(jìn)一步發(fā)展  6 新的控制策略    6.1 開環(huán)反饋最優(yōu)控制器    6.2 控制培養(yǎng)基濃度分批培養(yǎng)的OLFO策略    6.3 優(yōu)化時空產(chǎn)率的分批培養(yǎng)的OLFO策略    6.4 控制器性能評價  7 結(jié)論參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　發(fā)酵原料　　3　油脂和脂肪類原料　　油脂和脂肪由不同的甘油三酯（triglyceride）組成。甘油三酯是由三個脂肪酸酯化甘油形成的。因此，油脂和脂肪類原料一方面是植物油、植物脂肪和動物脂肪；另一方面是來源于脂肪酸和甘油的原料。天然植物和動物的甘油三酯的脂肪酸碳鏈長度主要在4～22變化。脂肪酸分為飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸，其中飽和脂肪酸包括軟脂酸（palmitic acid）、硬脂酸（stearic acid）、十二烷酸（lauric acid），不飽和脂肪酸包括油酸（oleic acid）、亞油酸（linoleic acid）、亞麻酸（linolenic acid）、芥子酸（erucaacid）。特別是，由植物和動物天然合成的脂肪酸的碳原子數(shù)都是偶數(shù)。熱帶地區(qū)植物大部分含有高熔點的植物脂肪，如椰子脂肪（coconut fat）、棕櫚油（palm oil）和棕櫚仁油（palm kernel oil），也就是說這類脂肪在室溫下是固態(tài)。而在溫帶地區(qū)，植物含有的通常是液態(tài)植物油。　　動物脂肪主要是從動物廢棄物（animalresidue）獲得。動物脂肪通常從動物組織中加熱熬煮，以將其與蛋白質(zhì)和其他天然物質(zhì)分離。脂肪熬煮過程可采用干熱或者用蒸汽加熱的方法。　　有230多種植物在它們的種子、果實或根莖中儲存有油脂。但是，它們的油脂含量和產(chǎn)量差別很大，其中只有某些油料植物有工業(yè)應(yīng)用價值（表7）。一年生和多年生植物每年生產(chǎn)數(shù)百萬噸的植物油。2004～2005年，植物油和植物脂肪的世界產(chǎn)量大約為13400萬t。目前，全世界主要食物和非食物的植物油消耗量排行（按遞減次序）：大豆油、棕櫚油、菜油、葵花籽油、花生油、棉籽油、椰子油和棕櫚仁油。三大主要植物油植物的生產(chǎn)者分別為馬來西亞和印度尼西亞生產(chǎn)的油椰子；美國、阿根廷、巴西和中國生產(chǎn)的大豆；歐盟、中國、印度和加拿大生產(chǎn)的油菜籽。

編輯推薦

　　目前在生物技術(shù)領(lǐng)域，沒有哪個詞匯像“白色生物技術(shù)”一樣這么頻繁地被專家討論。白色生物技術(shù)是“工業(yè)生物技術(shù)”的另一種名稱，其所關(guān)注的重點包括各類產(chǎn)品的生產(chǎn)，如大宗化學(xué)品、精細(xì)化學(xué)品、酶、食品和動物飼料添加劑、藥物活性成分、農(nóng)用化學(xué)品和過程工業(yè)助劑等?！　”緯?，來自不同工業(yè)生物技術(shù)學(xué)科和商業(yè)領(lǐng)域的專家，將就目前的發(fā)展情況和技術(shù)發(fā)展水平作出總結(jié)。

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