發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)

前言

　　發(fā)酵工程既是傳統(tǒng)的技術(shù)，又是長(zhǎng)盛不衰的技術(shù)，隨著生物技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)環(huán)境治理的重視和生物能源的開(kāi)發(fā)，發(fā)酵工程的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)、化學(xué)分析技術(shù)的進(jìn)展，發(fā)酵過(guò)程的研究也由傳統(tǒng)的胞外環(huán)境優(yōu)化發(fā)展到細(xì)胞水平、基因水平、工程水平的多參數(shù)多尺度研究。華東理工大學(xué)自1955年以來(lái)就開(kāi)設(shè)了發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)（當(dāng)時(shí)是抗生素專業(yè)實(shí)驗(yàn)），歷經(jīng)幾十年的實(shí)踐，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不斷更新，特別是1990年以后，我校承擔(dān)了大量的國(guó)家科研項(xiàng)目和企業(yè)委托的科研項(xiàng)目，積累了研究技術(shù)，所以我們一直打算寫一本關(guān)于實(shí)驗(yàn)的書，一方面總結(jié)我們已有的實(shí)驗(yàn)方法，為相關(guān)科研提供參考，另一方面也為需要尋找實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的學(xué)校提供方便。近年來(lái)設(shè)立生物工程、生物技術(shù)專業(yè)的學(xué)校越來(lái)越多，從20世紀(jì)90年代的30多所學(xué)校到現(xiàn)在的200多所學(xué)校，發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)成為必修的實(shí)驗(yàn)，我們希望這本書能為大家開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)提供素材，各?？梢愿鶕?jù)自己的專業(yè)特色選做其中合適的實(shí)驗(yàn)?！　”窘滩陌?個(gè)部分：緒論、發(fā)酵工程基本實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)。緒論部分主要介紹發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室的基本要求和設(shè)備（宮衡），統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理（李友元）；基本實(shí)驗(yàn)包括菌種改造（高淑紅），培養(yǎng)基配制與滅菌（宮衡），搖瓶發(fā)酵實(shí)驗(yàn)（陳長(zhǎng)華），發(fā)酵生化參數(shù)測(cè)定（陳長(zhǎng)華），色譜分析在發(fā)酵工程中的應(yīng)用（李友元）及過(guò)程工程參數(shù)測(cè)定（夏杰）。基本實(shí)驗(yàn)選擇的產(chǎn)品是一些典型的產(chǎn)品如抗生素、有機(jī)酸、氨基酸、重組蛋白表達(dá)產(chǎn)品等，檢測(cè)的參數(shù)有培養(yǎng)基中基質(zhì)、產(chǎn)物、酶，以及溶氧等動(dòng)力學(xué)參數(shù)。綜合實(shí)驗(yàn)部分選擇了13個(gè)實(shí)驗(yàn)，涉及傳統(tǒng)微生物、重組微生物和動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)。通過(guò)選做基本實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能，通過(guò)綜合實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)全過(guò)程的訓(xùn)練?！　”緯恳徽露际鞘紫戎v述原理，然后配有實(shí)驗(yàn)，書中共有基本實(shí)驗(yàn)70多個(gè)，綜合實(shí)驗(yàn)13個(gè)。這些實(shí)驗(yàn)都是我校幾十年來(lái)為本科生開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)，以及研究生做論文時(shí)建立的實(shí)驗(yàn)方法，有些是自己實(shí)踐的結(jié)果，少數(shù)是參考了兄弟院校的研究論文。實(shí)驗(yàn)操作描述詳盡，便于學(xué)者實(shí)踐。不同的學(xué)校可以根據(jù)自身的要求選做實(shí)驗(yàn)，研究生在進(jìn)行課題研究時(shí)也可以應(yīng)用書中方法來(lái)檢測(cè)很多代謝參數(shù)。我校很多老師參與了綜合實(shí)驗(yàn)的編寫，如王永紅、蔡海波、徐國(guó)謙等，在此對(duì)他們表示感謝?！　∥覀兿Ｍ@本書能對(duì)讀者的科研或教學(xué)有所幫助，如有建議或問(wèn)題歡迎指正。

內(nèi)容概要

　　與發(fā)酵工程理論課相配套的實(shí)驗(yàn)教材。內(nèi)容包括3部分：緒論、發(fā)酵工程基本實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)。緒論部分主要介紹發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室的基本要求和設(shè)備，統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理?；緦?shí)驗(yàn)包括6部分：①菌種選育，介紹了4類常用的菌種選育方法：物理誘變、化學(xué)誘變、原生質(zhì)體融合和基因工程方法。②培養(yǎng)基配制與滅菌，介紹了微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的要求及常用的營(yíng)養(yǎng)成分，培養(yǎng)基配制方法和注意事項(xiàng)。③搖瓶發(fā)酵，介紹了搖瓶發(fā)酵的基本操作，包括接種、移種、種子制備、發(fā)酵的單元操作技術(shù)。④發(fā)酵生化參數(shù)的檢測(cè)，介紹了發(fā)酵過(guò)程常規(guī)的參數(shù)檢測(cè)方法，如菌濃、基質(zhì)、產(chǎn)物濃度的檢測(cè)方法，同時(shí)還介紹了核酸、酶活、蛋白質(zhì)等反應(yīng)代謝的參數(shù)。⑤儀器分析，介紹了用氣相色譜儀、液相色譜儀等檢測(cè)代謝中間物的原理與方法。⑥過(guò)程工程參數(shù)檢測(cè)，主要是介紹反應(yīng)器中K1a、攪拌轉(zhuǎn)速、氧傳遞速率的檢測(cè)方法。綜合實(shí)驗(yàn)是在基本實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的提高，實(shí)驗(yàn)既有發(fā)酵全過(guò)程的訓(xùn)練如培養(yǎng)、參數(shù)檢測(cè)、過(guò)程動(dòng)力學(xué)分析的組合，也有內(nèi)容的拓展，如酶反應(yīng)、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)等。本教材可作為生物工程專業(yè)、發(fā)酵工程專業(yè)本科生的實(shí)驗(yàn)教材，也可以作為碩士和博士研究生實(shí)驗(yàn)的參考教材。

書籍目錄

緒論一、發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)(一)發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)的目的和要求(二)實(shí)驗(yàn)室的一般要求二、發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)與要求(一)發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)(二)發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)的要求(三)發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)室的安排三、發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(方案)的基本步驟(一)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(方案)的內(nèi)容及要求(二)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(方案)的擬定步驟(三)數(shù)據(jù)回歸分析四、發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)常用的設(shè)備(一)搖瓶(二)搖床(三)發(fā)酵罐第一部分 基本技能實(shí)驗(yàn)第一章 菌種改造第一節(jié) 菌種分離純化和自然選育第二節(jié) 微生物的誘變育種(一)誘變育種步驟(二)物理誘變與化學(xué)誘變第三節(jié) 富集培養(yǎng)技術(shù)在育種中的應(yīng)用(一)抗性突變株的富集(二)營(yíng)養(yǎng)缺陷型的富集第四節(jié) 原生質(zhì)體育種(一)標(biāo)記菌株的篩選(二)原生質(zhì)體的制備(三)原生質(zhì)體的再生(四)原生質(zhì)體的融合(五)融合子的選擇實(shí)驗(yàn)一 菌種的分離純化實(shí)驗(yàn)二 紫外誘變實(shí)驗(yàn)三 微波誘變實(shí)驗(yàn)四 亞硝基胍誘變實(shí)驗(yàn)五 噬菌體的分離和測(cè)定實(shí)驗(yàn)六 抗噬菌體菌種選育實(shí)驗(yàn)七 氨基酸抗反饋調(diào)節(jié)突變株的選育實(shí)驗(yàn)八 大腸桿菌營(yíng)養(yǎng)缺陷型的篩選實(shí)驗(yàn)九 原生質(zhì)體制備及再生實(shí)驗(yàn)十 原生質(zhì)體融合第五節(jié) 基因組改組技術(shù)第六節(jié) 微生物基因工程技術(shù)及其在微生物種中的應(yīng)用(一)目的基因的獲取(二)克隆載體的選擇與構(gòu)建(三)外源基因與載體的連接(四)重組DNA導(dǎo)人受體細(xì)胞(五)重組體的篩選(六)克隆基因的表達(dá)(七)PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因?qū)嶒?yàn)十一 基因組改組技術(shù)篩選蛋白酶高產(chǎn)菌株實(shí)驗(yàn)十二 基因組DNA的提取實(shí)驗(yàn)十三 煮沸法快速提取質(zhì)粒DNA實(shí)驗(yàn)十四 堿裂解法抽提質(zhì)粒DNA與鑒定實(shí)驗(yàn)十五 DNA的限制性內(nèi)切酶消化實(shí)驗(yàn)十六 瓊脂糖電泳檢測(cè)DNA實(shí)驗(yàn)十七 PCR技術(shù)擴(kuò)增枯草桿菌deoD基因?qū)嶒?yàn)十八 重組T質(zhì)粒的構(gòu)建實(shí)驗(yàn)十九 感受態(tài)的制備和轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)二十 重組質(zhì)粒的鑒定——菌落PCR第二章 培養(yǎng)基配制與滅菌第一節(jié) 培養(yǎng)基的配制(一)微生物的營(yíng)養(yǎng)需求及對(duì)物質(zhì)的吸收(二)培養(yǎng)基(三)培養(yǎng)基的配制第二節(jié) 高壓蒸汽滅菌(一)滅菌與消毒的基本概念(二)高壓蒸汽滅菌的原理(三)高壓滅菌設(shè)備實(shí)驗(yàn)二十一 培養(yǎng)基的配制實(shí)驗(yàn)二十二 高壓滅菌鍋的使用第三章 搖瓶發(fā)酵第一節(jié) 發(fā)酵原理(一)營(yíng)養(yǎng)(二)溫度(三)pH(四)溶氧第二節(jié) 搖瓶發(fā)酵實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二十三 接種工具的認(rèn)識(shí)與滅菌實(shí)驗(yàn)二十四 接種和移種實(shí)驗(yàn)二十五 枯草芽孢桿菌生產(chǎn)腺苷實(shí)驗(yàn)二十六 重組大腸桿菌羧肽酶的表達(dá)實(shí)驗(yàn)二十七 洛伐他汀發(fā)酵實(shí)驗(yàn)二十八 林可霉素發(fā)酵實(shí)驗(yàn)二十九 四環(huán)素類抗生素定向發(fā)酵實(shí)驗(yàn)三十 半乳糖苷酶生成的調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)三十一 芽孢桿菌發(fā)酵產(chǎn)堿性蛋白酶第四章 發(fā)酵生化參數(shù)的測(cè)定第一節(jié) 生化參數(shù)測(cè)定原理第二節(jié) 生化參數(shù)分析方法實(shí)驗(yàn)三十二 比濁法測(cè)定發(fā)酵液中大腸桿菌濃度實(shí)驗(yàn)三十三 測(cè)定菌體干重實(shí)驗(yàn)三十四 紫外分光光度法定量測(cè)定細(xì)胞總核酸實(shí)驗(yàn)三十五 紅霉素效價(jià)的化學(xué)法測(cè)定一實(shí)驗(yàn)三十六 紅霉素效價(jià)的化學(xué)法測(cè)定二實(shí)驗(yàn)三十七 紅霉素生物效價(jià)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)三十八 二劑量法測(cè)定林可霉素生物效價(jià)實(shí)驗(yàn)三十九 利福霉素化學(xué)效價(jià)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)四十 檸檬酸含量測(cè)定一實(shí)驗(yàn)四十一 檸檬酸含量測(cè)定二實(shí)驗(yàn)四十二 衣康酸含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)四十三 丙酮酸含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)四十四 用SBA－40C型生物傳感分析儀測(cè)定谷氨酸和谷氨酰胺實(shí)驗(yàn)四十五 華勃氏呼吸儀測(cè)定谷氨酸的量實(shí)驗(yàn)四十六 雙縮脲法測(cè)定蛋白質(zhì)含量實(shí)驗(yàn)四十七 Folin－酚法測(cè)定蛋白質(zhì)濃度實(shí)驗(yàn)四十八 考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定蛋白質(zhì)濃度實(shí)驗(yàn)四十九 SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳(PAGE)檢測(cè)蛋白表達(dá)和測(cè)定蛋白質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量實(shí)驗(yàn)五十 發(fā)酵液中糖含量的測(cè)定實(shí)驗(yàn)五十一 DNS法測(cè)定還原糖濃度實(shí)驗(yàn)五十二 酶試劑盒法測(cè)定葡萄糖含量實(shí)驗(yàn)五十三 SBA－40型谷氨酸(乳酸)－葡萄糖雙功能分析儀測(cè)定葡萄糖含量實(shí)驗(yàn)五十四 發(fā)酵液氮含量的測(cè)定實(shí)驗(yàn)五十五 靛酚藍(lán)法測(cè)定銨離子實(shí)驗(yàn)五十六 鉬酸銨法測(cè)定無(wú)機(jī)磷實(shí)驗(yàn)五十七 還原法測(cè)定無(wú)機(jī)磷實(shí)驗(yàn)五十八 鉬釩法測(cè)定無(wú)機(jī)磷實(shí)驗(yàn)五十九 無(wú)細(xì)胞抽提液的制備實(shí)驗(yàn)六十 葡萄糖激酶的酶活測(cè)定實(shí)驗(yàn)六十一 磷酸果糖激酶的測(cè)定實(shí)驗(yàn)六十二 異檸檬酸脫氫酶活力測(cè)定實(shí)驗(yàn)六十三 6－磷酸葡萄糖脫氫酶的測(cè)定實(shí)驗(yàn)六十四 丙酮酸激酶活力測(cè)定實(shí)驗(yàn)六十五 檸檬酸合成酶活力測(cè)定實(shí)驗(yàn)六十六 堿性磷酸酶(AKP)酶活測(cè)定實(shí)驗(yàn)六十七 脂肪酶活力測(cè)定實(shí)驗(yàn)六十八 堿性蛋白酶活力測(cè)定實(shí)驗(yàn)六十九 ?；っ富盍Φ臏y(cè)定實(shí)驗(yàn)七十 ?；鵆oA合成酶活力的測(cè)定第五章 色譜分析在發(fā)酵工程中的應(yīng)用第一節(jié) 色譜分析概述(一)氣相色譜法的特點(diǎn)(二)氣相色譜分離條件的選擇(三)液相色譜法的特點(diǎn)(四)高效液相色譜分析方法的建立第二節(jié) 色譜法在發(fā)酵工程中的應(yīng)用(一)反相HPLC雙檢測(cè)器法同時(shí)測(cè)定發(fā)酵液中的有機(jī)酸與葡萄糖(二)AQC柱前衍生高效液相色譜法測(cè)定發(fā)酵液中21種氨基酸(三)利用反相高效液相色譜法測(cè)定發(fā)酵液中的生物素含量(四)利用乙腈作為內(nèi)標(biāo)氣相色譜法快速測(cè)定發(fā)酵液中的乳酸第六章 過(guò)程工程參數(shù)測(cè)定第一節(jié) 微生物反應(yīng)器的混合原理第二節(jié) 微生物反應(yīng)器的氧傳遞過(guò)程原理實(shí)驗(yàn)七十一 亞硫酸鈉氧化法測(cè)定氧傳遞系數(shù)K1a實(shí)驗(yàn)七十二 用溶氧電極法的動(dòng)態(tài)法測(cè)定氧傳遞系數(shù)K1a實(shí)驗(yàn)七十三 混合時(shí)間測(cè)定第二部分 綜合實(shí)驗(yàn)第七章 微生物培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)一 聚賴氨酸生產(chǎn)菌株的選育與發(fā)酵工藝的研究實(shí)驗(yàn)二 D－核糖發(fā)酵實(shí)驗(yàn)三 重組大腸桿菌發(fā)酵人銅鋅超氧化物歧化酶的高密度、高表達(dá)實(shí)驗(yàn)四 黑曲霉產(chǎn)纖維素酶液體發(fā)酵實(shí)驗(yàn)五 擬干酪乳桿菌發(fā)酵生產(chǎn)乳酸實(shí)驗(yàn)六 嘌呤核苷磷酸化酶在大腸桿菌中表達(dá)和酶學(xué)性質(zhì)測(cè)定實(shí)驗(yàn)七 酶催化蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)八 酵母培養(yǎng)中的基質(zhì)代謝、呼吸和生長(zhǎng)的參數(shù)檢測(cè)與參數(shù)相關(guān)分析實(shí)驗(yàn)九 酵母菌厭氧乙醇發(fā)酵實(shí)驗(yàn)十 重組畢赤酵母高密度發(fā)酵表達(dá)植酸酶及其分離純化第八章 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)十一 造血細(xì)胞分離、集落培養(yǎng)及表型分析實(shí)驗(yàn)十二 動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)和計(jì)數(shù)實(shí)驗(yàn)十三 細(xì)胞的冷凍和復(fù)蘇參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　?、咴诎l(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)室中，培養(yǎng)基的制備是必不可少的操作，對(duì)不同的發(fā)酵實(shí)驗(yàn)其培養(yǎng)基的制備過(guò)程有共同之處，在規(guī)模較大的實(shí)驗(yàn)室中，專門沒(méi)立一個(gè)培養(yǎng)基制備的工作室可以避免與其他實(shí)驗(yàn)工作相互干擾?！　、喟l(fā)酵的樣品等必須保存在較低的溫度下，因此發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室必須有足夠的冰箱容量（或冷房），來(lái)保存這些樣品。有時(shí)對(duì)于特殊的要求必須有冷凍的環(huán)境來(lái)保存樣品?！　、醿x器分析應(yīng)該有專門的分析室，室內(nèi)要保持潔凈和通風(fēng)條件，如有易燃?xì)怏w要放置在儀器室外的專門房間，以保證儀器的使用壽命和操作人員的安全?！　≡诎l(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)時(shí)必須使各個(gè)房間及儀器等的布局合理，從而保證在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用于物品傳輸?shù)人ㄙM(fèi)的時(shí)間最少。實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)還需考慮為實(shí)驗(yàn)室工作人員提供辦公室等，特別對(duì)于大規(guī)模學(xué)生實(shí)驗(yàn)室也應(yīng)根據(jù)教學(xué)班的安排設(shè)置大實(shí)驗(yàn)室?！　∪?、發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（方案）的基本步驟　　在研究微生物生長(zhǎng)和代謝中由于微生物受環(huán)境條件的直接和巨大影響以及代謝活動(dòng)的多樣性和調(diào)節(jié)控制的復(fù)雜性，經(jīng)常需要通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)來(lái)探索一個(gè)生化過(guò)程的規(guī)律，確定最佳工藝配方或最佳發(fā)酵條件，使菌株的生產(chǎn)潛力得到最大限度的發(fā)揮?！　∪绾伟才艑?shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)次數(shù)盡量少，而又能達(dá)到好的實(shí)驗(yàn)效果呢？這是科學(xué)研究者經(jīng)常碰到的問(wèn)題。解決這個(gè)問(wèn)題有一專門的方法，稱為“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”。所謂實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，是指運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的理論和方法來(lái)經(jīng)濟(jì)地合理地安排實(shí)驗(yàn)方案和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。采用好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，可以減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，縮短實(shí)驗(yàn)周期，降低實(shí)驗(yàn)成本，事半功倍地迅速得到最佳的結(jié)果?！　。ㄒ唬?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（方案）的內(nèi)容及要求（明道緒，2002）　　進(jìn)行任何一項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)前必須制定一個(gè)科學(xué)的、全面的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，以便使該項(xiàng)研究工作能夠順利開(kāi)展，從而保證實(shí)驗(yàn)任務(wù)的完成。雖然科研項(xiàng)目的級(jí)別、種類等有所不同，但基本要求是一致的。

圖書封面

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