生物分離工程實(shí)驗(yàn)

前言

　　當(dāng)前，在世界高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中，生物工程占據(jù)了顯著的地位，在人們的生產(chǎn)實(shí)踐和日常生活中起著越來(lái)越重要的作用。近年來(lái)，隨著生物工程的飛速發(fā)展，作為生物工程學(xué)科中必不可缺的“下游技術(shù)”——生物分離工程，也得到了迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了許多適合大分子生化物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、酶等）分離純化的新技術(shù)，如新型的萃取技術(shù)（兩水相萃取、反膠束萃取、超臨界流體萃取、液膜萃取和微波萃取等），膜分離技術(shù)（微濾、超濾、納濾和反滲透等），層析（色譜）技術(shù)（凝膠層析、親和層析、離子交換層析和疏水層析等）和電泳技術(shù)（凝膠電泳、等電聚焦電泳等）。同時(shí)還開(kāi)發(fā)和研制了新材料和先進(jìn)的分離設(shè)備及儀器，以適應(yīng)這些分離技術(shù)的發(fā)展?？梢灶A(yù)料，隨著生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的更迅速發(fā)展，生物分離技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)必將更深入和廣泛。因此，在生物技術(shù)和生物工程專(zhuān)業(yè)中，生物分離工程已成為越來(lái)越重要的一門(mén)課程?！　∩锓蛛x工程的不斷進(jìn)步，無(wú)疑給這門(mén)課程的教育改革工作帶來(lái)了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。近年來(lái)隨著實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革工作的深入開(kāi)展，本專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)已從原先傳統(tǒng)分離技術(shù)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容擴(kuò)展到現(xiàn)代分離技術(shù)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從原先單一的基本技能訓(xùn)練擴(kuò)展到基本技能和綜合性實(shí)驗(yàn)以及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)幾大板塊，生物分離工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)已增添了許多新的內(nèi)涵，本書(shū)就是在這樣的背景下誕生的。這幾年，國(guó)內(nèi)已出版了幾本有關(guān)生物分離工程方面的理論書(shū)，但是，與本門(mén)課程相配套的生物分離工程實(shí)驗(yàn)教材卻還未見(jiàn)到，為此，作者在多年教學(xué)實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作的基礎(chǔ)上，總結(jié)了以往教學(xué)改革和科研工作的成果，編寫(xiě)了此書(shū)，以奉獻(xiàn)給生物工程、生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)的師生和對(duì)生物分離技術(shù)實(shí)驗(yàn)感興趣的讀者。希望本書(shū)對(duì)本科生（或研究生）的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革能起到啟發(fā)和推進(jìn)作用，使實(shí)驗(yàn)課程更上一個(gè)臺(tái)階?！　”緯?shū)內(nèi)容涉及面廣，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本將現(xiàn)有的生物分離技術(shù)都包括進(jìn)去了，不僅保留了目前還應(yīng)用較多的傳統(tǒng)分離技術(shù)，也包括了近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的各種新技術(shù)和新方法。涉及的實(shí)驗(yàn)對(duì)象不僅有微生物發(fā)酵液和基因工程菌的細(xì)胞培養(yǎng)液，還有動(dòng)、植物天然產(chǎn)物的分離純化過(guò)程；不僅包括了中、小分子物質(zhì)的分離過(guò)程，還有蛋白質(zhì)和酶等生物大分子物質(zhì)的分離純化過(guò)程。由于本書(shū)中的許多實(shí)驗(yàn)已經(jīng)過(guò)校內(nèi)教學(xué)試用，有些實(shí)驗(yàn)甚至開(kāi)設(shè)過(guò)多次；有些實(shí)驗(yàn)是從科研成果中轉(zhuǎn)化而來(lái)，因此，實(shí)驗(yàn)操作方法比較可靠，可操作性強(qiáng)。為了對(duì)實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程有更直觀的認(rèn)識(shí)，本書(shū)對(duì)實(shí)驗(yàn)所涉及的典型（或較先進(jìn)）儀器設(shè)備采用了較多的插圖照片，力爭(zhēng)做到圖文并茂，增添了實(shí)驗(yàn)操作的直觀性。　　本書(shū)扼要地?cái)⑹隽松锓蛛x工程實(shí)驗(yàn)相關(guān)的各種分離技術(shù)的基本原理，對(duì)分離技術(shù)中的各種實(shí)驗(yàn)技能和方法做了重點(diǎn)闡述。全書(shū)共分三篇，第一篇為生化物質(zhì)分離純化技術(shù)的基本原理，第二篇為生物分離工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，第三篇為生物分離工程大型綜合實(shí)驗(yàn)。每篇的內(nèi)容都以生物分離技術(shù)為主線(xiàn)，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)在于各種分離技術(shù)的參數(shù)測(cè)定，著重基本實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練。

內(nèi)容概要

本書(shū)為高等院校生物分離工程實(shí)驗(yàn)教材。全書(shū)分為三篇，第一篇為生化物質(zhì)分離純化技術(shù)的基本原理，簡(jiǎn)明扼要地?cái)⑹隽伺c生物分離工程實(shí)驗(yàn)相關(guān)的各種分離技術(shù)的基本原理；第二篇為生物分離工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)在于各種分離技術(shù)的參數(shù)測(cè)定及基本實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練；第三篇為生物分離工程大型綜合實(shí)驗(yàn)，著重于綜合型、科研型的實(shí)驗(yàn)。本書(shū)內(nèi)容豐富，涉及面廣，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不僅有常用的傳統(tǒng)生物分離技術(shù)，如沉淀法、有機(jī)溶劑萃取法、離子交換和大網(wǎng)格樹(shù)脂吸附法，還涉及近年來(lái)發(fā)展的各種新分離技術(shù)和方法，包括新型的萃取技術(shù)，膜分離技術(shù)，層析（色譜）技術(shù)和電泳技術(shù)。涉及的實(shí)驗(yàn)對(duì)象不僅有微生物發(fā)酵液和基因工程菌的細(xì)胞培養(yǎng)液，還有動(dòng)植物天然產(chǎn)物的分離純化過(guò)程；不僅包括了中、小分子物質(zhì)的分離過(guò)程，還有蛋白質(zhì)和酶等生物大分子物質(zhì)的分離純化技術(shù)。本書(shū)的實(shí)驗(yàn)操作方法敘述詳細(xì)，可操作性強(qiáng)?！　”緯?shū)主要適于生物技術(shù)和生物工程專(zhuān)業(yè)本科生使用，也適于相關(guān)專(zhuān)業(yè)研究生選用，還可供科研人員查閱參考。

書(shū)籍目錄

第一篇 生化物質(zhì)分離純化技術(shù)的基本原理　第一章 培養(yǎng)液的預(yù)處理　　一、凝聚和絮凝　　二、加沉淀劑　　三、調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的pH　　四、吸附作用　第二章 細(xì)胞破碎　　一、機(jī)械法　　二、非機(jī)械法　第三章 基因工程菌包涵體的分離純化　　一、包涵體的洗滌和目標(biāo)蛋白的變性溶解　　二、目標(biāo)蛋白的復(fù)性　第四章 沉淀法　　一、鹽析法沉淀蛋白質(zhì)　　二、等電點(diǎn)沉淀法　　三、有機(jī)溶劑沉淀法　　四、其他沉淀方法　第五章 膜分離技術(shù)　　一、膜分離技術(shù)的分類(lèi)　　二、膜的性能參數(shù)　　三、膜的結(jié)構(gòu)和材料　　四、膜組件型式和操作方式　　五、濃差極化　　六、影響膜分離的因素 　　七、膜的污染和清洗　　八、膜親和過(guò)濾法　第六章 有機(jī)溶劑萃取法　　一、基本原理和操作　　二、分配系數(shù)和弱電解質(zhì)的分配平衡　　三、影響萃取操作的因素　第七章 兩水相萃取　　一、基本概念　　二、成相系統(tǒng)　　三、分配平衡　　四、影響分配系數(shù)Ki*的因素　　五、親和分配　第八章 反膠束萃取　　一、基本概念和反膠束相系統(tǒng)　　二、反膠束萃取過(guò)程　　三、影響反膠束萃取的因素　　四、親和反膠束萃取　第九章 超臨界流體萃取　　一、超臨界流體的特性　　二、超臨界流體的溶解性能　　三、超臨界流體萃取的基本操作和設(shè)備 　　四、夾帶劑對(duì)超臨界C02流體萃取的強(qiáng)化作用　　五、超臨界萃取的特點(diǎn)和應(yīng)用　第十章 微波萃取技術(shù)　　一、基本原理　　二、微波萃取的特點(diǎn)　　三、影響微波萃取的因素　　四、微波萃取設(shè)備　　五、微波萃取技術(shù)的應(yīng)用　第十一章 離子交換法　　一、離子交換劑　　二、離子交換樹(shù)脂的分類(lèi)　　三、離子交換樹(shù)脂幾個(gè)主要的物理參數(shù) 　　四、離子交換樹(shù)脂的交換能力和選擇性 　　五、離子交換樹(shù)脂和操作條件的選擇　第十二章 大網(wǎng)格（大孔）樹(shù)脂吸附法　　一、大網(wǎng)格樹(shù)脂吸附劑的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型　　二、吸附等溫線(xiàn)　　三、大網(wǎng)格樹(shù)脂吸附法提取生化物質(zhì)工藝條件的選擇　第十三章 色層分離法　第十四章 電泳技術(shù)　參考文獻(xiàn) 第二篇 生物分離工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)　實(shí)驗(yàn)一 絮凝技術(shù)預(yù)處理發(fā)酵液及濾餅的質(zhì)量比阻測(cè)定　實(shí)驗(yàn)二 堿性蛋白酶的鹽析沉淀　實(shí)驗(yàn)三 Folin法測(cè)定堿性蛋白酶活性　實(shí)驗(yàn)四 有機(jī)溶劑萃取法中pH對(duì)表觀分配系數(shù)的影響　實(shí)驗(yàn)五 反膠束萃取法pH對(duì)萃取率的影響　實(shí)驗(yàn)六 PEG／（NH4）2SO4兩水相系統(tǒng)的相圖　實(shí)驗(yàn)七 兩水相系統(tǒng)中蛋白質(zhì)分配系數(shù)的測(cè)定　實(shí)驗(yàn)八 考馬斯亮藍(lán)比色法測(cè)定蛋白質(zhì)含量　實(shí)驗(yàn)九 離子交換樹(shù)脂總交換容量的測(cè)定　實(shí)驗(yàn)十 大網(wǎng)格吸附樹(shù)脂的吸附等溫線(xiàn)的制作　實(shí)驗(yàn)十一 凝膠層析法測(cè)定蛋白質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量　實(shí)驗(yàn)十二 聚丙烯酰胺凝膠等電聚焦電泳測(cè)定蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)第三篇 生物分離工程大型綜合實(shí)驗(yàn)　實(shí)驗(yàn)一 四環(huán)素的沉淀法提取及鑒定　實(shí)驗(yàn)二 用超濾技術(shù)濃縮和分離堿性蛋白酶　實(shí)驗(yàn)三 用兩種分離技術(shù)提取紅霉素的工藝比較　實(shí)驗(yàn)四 用反膠束萃取技術(shù)提取胰蛋白酶　實(shí)驗(yàn)五 超臨界萃取青蒿素和：HPI—c鑒定　實(shí)驗(yàn)六 用微波萃取和大網(wǎng)格樹(shù)脂吸附法提取茶多酚　實(shí)驗(yàn)七 用兩種分離技術(shù)提取檸檬酸的工藝比較 　實(shí)驗(yàn)八 離子交換法提取抗生素的工藝研究　實(shí)驗(yàn)九 離子交換法制備純水　實(shí)驗(yàn)十 凝膠層析法純化胰激肽原酶　實(shí)驗(yàn)十一 重組人酸性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子的分離和純化　實(shí)驗(yàn)十二 基因工程血管生長(zhǎng)抑素包涵體的變性和復(fù)性工藝研究　實(shí)驗(yàn)十三 包涵體TRAIL蛋白的復(fù)性和純化　附錄

章節(jié)摘錄

　　第一篇　生化物質(zhì)分離純化技術(shù)的基本原理　　人類(lèi)所需的生物化工產(chǎn)品（如生化藥物）常通過(guò)微生物發(fā)酵、酶反應(yīng)、動(dòng)植物機(jī)體和它們的細(xì)胞、組織大量培養(yǎng)而獲得，但是從上述過(guò)程得到的發(fā)酵液、反應(yīng)液或培養(yǎng)液中含有大量的雜質(zhì)，人們必須通過(guò)各種分離、精制方法使所需的生物活性物質(zhì)脫離原來(lái)的環(huán)境，提高純度，從而獲得達(dá)到一定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，以滿(mǎn)足人們的需求，這就是生化物質(zhì)的分離純化過(guò)程。　　分離純化技術(shù)是生物工程中重要的、必不可少的組成部分，屬于生物工程的下游加工過(guò)程，又稱(chēng)“后處理工程”或“下游工程”。因?yàn)樗c產(chǎn)品密切相關(guān)，純化純度決定了產(chǎn)品的質(zhì)量，純化收率決定了產(chǎn)品的產(chǎn)量和成本，因此其重要性并不亞于上游工程。由于生物產(chǎn)品的特殊性、復(fù)雜性和對(duì)生物產(chǎn)品要求的嚴(yán)格性，導(dǎo)致后處理過(guò)程成本往往要占整個(gè)生物加工過(guò)程成本的大部分。例如，基因工程藥物和精制蛋白質(zhì)產(chǎn)品的純化過(guò)程要占80％～90％，這主要是因?yàn)榧兌纫蟾?，分離難度大，步驟多。能否設(shè)計(jì)一條合理的分離純化工藝路線(xiàn)關(guān)系到整個(gè)生物加工過(guò)程的成敗，它常常是生物技術(shù)產(chǎn)品能否產(chǎn)業(yè)化、走向市場(chǎng)的關(guān)鍵。因此，人們逐漸認(rèn)識(shí)到現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展是與下游分離技術(shù)的進(jìn)步緊密相關(guān)的，生物分離技術(shù)已受到越來(lái)越多的重視。　　20世紀(jì)80年代以來(lái)，生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，特別是基因工程和細(xì)胞融合等現(xiàn)代生物技術(shù)的驚人進(jìn)步，使有限量的天然存在的生物活性物質(zhì)可以通過(guò)細(xì)胞大量培養(yǎng)，進(jìn)行商業(yè)化的規(guī)模生產(chǎn)。生物技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的飛躍，產(chǎn)品數(shù)量越來(lái)越多，出現(xiàn)了許多具有顯著應(yīng)用價(jià)值的精細(xì)生化藥物，如：用DNA重組體菌種生產(chǎn)的胰島素、干擾素、白細(xì)胞介素、疫苗以及用雜交瘤技術(shù)生產(chǎn)的單克隆抗體等，這就促使分離純化技術(shù)迅速發(fā)展，許多節(jié)省能耗，高分辨特性和較溫和的分離技術(shù)大量涌現(xiàn)，使低成本、高收率、高純度地純化目標(biāo)產(chǎn)物成為現(xiàn)實(shí)?！　》蛛x純化過(guò)程由多個(gè)單元操作組成，可分四個(gè)階段：預(yù)處理和過(guò)濾，初步分離，精細(xì)分離，成品加工。預(yù)處理和過(guò)濾的目的是除去對(duì)后步分離有影響的雜質(zhì)，設(shè)法使生化物質(zhì)轉(zhuǎn)移到液相中并進(jìn)行固液分離。初步分離（或稱(chēng)提取）過(guò)程是采取各種分離技術(shù)，除去大部分雜質(zhì)，濃縮產(chǎn)品，制取粗制品或濃縮液。精細(xì)分離（或稱(chēng)精制）過(guò)程是采用高選擇性的分離技術(shù)（如色譜分離技術(shù)），將產(chǎn)物與性質(zhì)相近的雜質(zhì)盡量分離，制得高純度產(chǎn)物。成品加工是采用濃縮、結(jié)晶、干燥等手段，制得最終產(chǎn)品（濃縮液或晶體）。所以，整個(gè)分離純化過(guò)程是一個(gè)不斷濃縮、不斷純化的過(guò)程，最后得到符合要求的產(chǎn)品?！　　?/pre>








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