生物固定化技術及應用

前言

生物固定化技術（immobilization of biological technology）是現(xiàn)代生物工程領域中的一項新興技術，它是固定化酶或固定化細胞(微生物細胞、動植物細胞等)得到更廣泛、更有效使用的一種重要手段。酶或細胞通過物理或化學方法固定化后，其穩(wěn)定性和催化性均得以改善，使用效率大大提高，從而降低生產成本。因此，固定化酶和固定化細胞的研究目前如雨后春筍般迅猛發(fā)展，其技術已由原來的單一固定化酶和固定化微生物細胞發(fā)展到固定化動植物細胞、固定化細胞器、固定化原生質體、固定化微生物分生孢子等。而其應用研究已涉及食品工業(yè)、發(fā)酵工業(yè)、化學合成工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、醫(yī)療診斷、環(huán)境污染治理與檢測以及能源開發(fā)等各個領域，充分展示了固定化酶或固定化細胞美好的發(fā)展和應用前景。另外，固定化酶和固定化細胞反應器及傳感器的成功研制，開辟了固定化酶和固定化細胞實際應用的新篇章。本書包括生物固定化技術概論、酶學概論、酶的固定化原理和方法、細胞的固定化原理和方法、固定化生物反應器和傳感器以及生物固定化技術的應用等六章內容。該書將酶的基本原理、酶和細胞的固定化原理和方法以及固定化生物反應器與傳感器歸納在一本書中進行了詳細的介紹，同時就其應用概況也進行了較為詳盡的闡述，與國內其他同類書籍相比，具有以下特點。① 內容編排豐富、新穎。作者查閱整理了國內外相關的大量研究論文、著作、專利，并加入了自己的最新研究成果，內容涉及生物固定化技術的兩大領域，即固定化酶和固定化細胞；并與其實際應用的生物反應器和傳感器結合闡述，形成了一個從酶（細胞）的制備→固定化→反應器（傳感器）→生產（檢測）的綜合技術系統(tǒng)，便于學習者系統(tǒng)學習和運用。② 理論與實用并重。既重視了基礎理論的探討，又重視了技術方法的介紹，無論是固定化方法，還是在生產上的應用，本書都給出了大量實際操作的實例，并且很多固定化方法是作者在實踐中應用或經過作者實驗驗證的，實用性較強。③ 應用面較廣泛。本書不僅較全面地介紹了目前生物固定化技術的兩大塊內容，即固定化酶和固定化細胞的理論、方法及其應用，而且還涉及了酶的基礎理論，同時輔以大量的具體實例。因此適合于輕化工業(yè)、環(huán)境保護和檢測、食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、臨床檢測、化學分析、生化工程和能源生產等相關研究領域的科技人員及高等院校相關專業(yè)師生參考。作者長期從事生物化學和酶工程的教學和研究工作，對生物固定化有著濃厚的興趣，先后在學術期刊上發(fā)表了多篇有關固定化的文章，并一直從事著固定化應用方面的研究。為使更多人了解生物固定化技術，進而能使生物固定化技術得到更廣泛、更深入的研究，并能更多更快地應用于實際生產中，本人借助于前人和同行的寶貴資料（這里表示深深謝意），并結合本人的研究工作經驗編寫了此書，供熱愛于生物固定化技術的人士參考和利用。本書的完成得到了化學工業(yè)出版社和我院領導的大力支持和幫助，我的研究生董學衛(wèi)、徐國英、趙坊、呂新萍等在資料的檢索與收集方面給予了大力協(xié)助，在此一并表示感謝。限于本人學識和水平，再加上該領域的研究日新月異，所以書中定有許多不足之處，懇請同行、專家多多指正及不吝賜教。

內容概要

作為生物工程領域的新興技術，生物固定化技術已廣泛應用于食品、發(fā)酵、制藥、醫(yī)學診斷等領域，并顯示了良好的發(fā)展前景。本書系統(tǒng)闡述各類固定化技術的原理、設備及應用，體現(xiàn)了下列特色。     內容主要涉及生物固定化技術的兩大領域——固定化酶和固定化細胞，并與其實際應用的生物反應器和傳感器結合闡述，形成了一個從酶（細胞）的制備-固定化-反應器（傳感器）-生產（檢測）的一個綜合技術系統(tǒng)，便于學習者系統(tǒng)學習和運用。     既重視基礎理論的探討，又重視技術方法的介紹，無淪是固 定化方法，還是在生產上的應用，本書都給出了人量實際操作的實例，并且很多固定化方法是作者在實踐中應用或經過作者實驗驗證的，故實用性較強。     本書適合于生物工程、生化工程、食品工程、制藥工程等領域的研究生、高年級本科生及相關研究人員閱讀，也可供生物技術相關企業(yè)的技術人員參考。

書籍目錄

第一章　生物固定化技術概論 　第一節(jié)　生物固定化技術的發(fā)展概況 　　一、生物固定化技術的產生與發(fā)展 　　二、固定化技術研究的新進展 　第二節(jié)　酶和細胞的固定化方法分類 　　一、固定化方法分類 　　二、固定化方法比較 　第三節(jié)　酶和細胞的固定化機理 　第四節(jié)　固定化酶和細胞的優(yōu)越性及其應用領域 　　一、固定化酶和細胞的優(yōu)越性 　　二、固定化酶和細胞的應用領域 　第五節(jié)　生物固定化技術的應用現(xiàn)狀及展望 第二章　酶學概論 　第一節(jié)　酶及作用特點 　　一、酶的起源與發(fā)展 　　二、酶的作用特點 　第二節(jié)　酶的化學組成和結構 　　一、酶的化學本質 　　二、酶的組成和結構 　第三節(jié)　酶的作用原理 　　一、分子過渡態(tài)和分子活化能 　　二、中間產物學說 　　三、誘導契合學說 　　四、使酶高效率的因素 　第四節(jié)　酶反應動力學 　　一、溫度的影響 　　二、pH的影響 　　三、酶濃度的影響 　　四、底物濃度的影響 　　五、激活劑對酶反應速度的影響 　　六、抑制劑對酶反應速度的影響 　第五節(jié)　酶分析法 　　一、酶活力測定 　　二、酶活力測定方法 　　三、酶法分析 　第六節(jié)　酶的分離工程 　　一、酶蛋白質分離純化的一般規(guī)律 　　二、酶溶液制備過程 　　三、酶分離純化的基本過程 　　四、根據(jù)分子大小輕重建立的分離純化方法 　　五、調節(jié)溶解度的分離方法 　　六、按電荷正負性設計的分離方法 　　七、根據(jù)親和作用建立的純化方法 　　八、酶的高效液相色譜分離法 　第七節(jié)　酶的工業(yè)化生產實例 　　一、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的提取 　　二、超氧化物歧化酶的制備 　　三、牛凝血酶的制備 第三章　酶的固定化原理和方法 　第一節(jié)　固定化酶概述 　　一、固定化酶的概念 　　二、固定化酶的優(yōu)缺點 　第二節(jié)　固定化酶的制備原則 　第三節(jié)　酶的固定化方法 　　一、吸附法 　　二、共價法 　　三、交聯(lián)法 　　四、包埋法 　　五、新的固定方法 　　六、各種常規(guī)固定化酶方法的優(yōu)缺點比較 　第四節(jié)　固定化酶的性質和評價指標 　　一、固定化酶的性質 　　二、固定化對酶反應系統(tǒng)的影響 　　三、固定化酶的評價指標 　第五節(jié)　影響固定化酶性質的因素 　　一、質量傳遞效應 　　二、支持物產生的（靜態(tài)的）和反應產生的（動態(tài)的）質子梯度 　　三、固定化酶的穩(wěn)定性和產率 　第六節(jié)　輔酶的固定化 　　一、輔酶的定義及分類 　　二、輔酶的固定化方法 　　三、輔酶的再生 第四章　細胞的固定化原理和方法 　第一節(jié)　概述 　　一、固定化細胞的分類 　　二、固定化細胞的形態(tài)特征 　　三、固定化細胞的生理狀態(tài) 　　四、固定化細胞的酶學性質 　第二節(jié)　固定化微生物細胞載體的選擇及制備方法 　　一、固定化細胞載體的選擇及固定化機理 　　二、固定化細胞常用載體 　　三、固定化微生物細胞的制備方法 　第三節(jié)　動植物細胞的固定化 　　一、植物細胞的固定化 　　二、動物細胞的固定化 　第四節(jié)　固定化細胞的性質和評價指標 　　一、目的產物的產量 　　二、克隆基因產物的表達 　　三、質粒的遺傳穩(wěn)定性 　　四、培養(yǎng)條件對質粒穩(wěn)定性、菌體量、克隆基因產物的影響 　第五節(jié)　影響固定化細胞性能的因素 　　一、影響載體物理和化學性能的因素 　　二、細胞生理第五章　固定化生物反應器和傳感器 　第一節(jié)　固定化生物反應器 　　一、生物反應器概述 　　二、固定化生物反應器的類型及特點 　　三、固定化生物反應器類型的選擇 　　四、固定化酶反應器的操作 　　五、固定化生物反應器開發(fā)的趨勢與未來發(fā)展的方向 　第二節(jié)　生物傳感器 　　一、生物傳感器的基本原理和分類 　　二、生物傳感器的特點 　　三、生物傳感器的制備和性能 　　四、常見傳感器特性介紹 　　五、生物傳感器的應用與發(fā)展方向 第六章　生物固定化技術的應用 　第一節(jié)　固定化生物技術在輕化工業(yè)中的應用 　　一、應用范圍簡介 　　二、應用概況 　　三、實例 　第二節(jié)　固定化酶和細胞在醫(yī)藥與臨床診斷方面的應用 　　一、應用范圍簡介 　　二、應用概況 　　三、實例 　第三節(jié)　固定化技術在環(huán)境保護和能源開發(fā)方面的應用 　　一、應用范圍簡介 　　二、應用概況 　　三、實例 　第四節(jié)　固定化技術在食品工業(yè)中的應用 　　一、應用范圍簡介 　　二、應用概況 　　三、實例 　第五節(jié)　固定化酶和細胞在生物反應器及傳感器方面的應用 　　一、在反應器方面的應用 　　二、在傳感器方面的應用 　第六節(jié)　固定化植物細胞的應用 　　一、固定化植物細胞的優(yōu)點和用途 　　二、固定化植物細胞的應用概況 　　三、用于固定化植物細胞的生物反應器 參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：第一章 生物固定化技術概論第二節(jié) 酶和細胞的固定化方法分類一、固定化方法分類固定化技術是使生物催化劑更廣泛、更有效應用的一種重要手段，任何一種限制生物催化劑自由流動的技術都可以用于制備固定化生物催化劑。目前，用于制備固定化生物催化劑的方法種類繁多，新方法也層出不窮；加之不同的研究者采用不同的分類方法，如Karel等人將其歸納為表面附著、多孔介質包埋、隔離和自凝集四大類；王建龍把目前經常采用的細胞固定化方法分為4類，即吸附法、包埋法、交聯(lián)法和截留法；楊文英等介紹了吸附法、包埋法、共價結合法、交聯(lián)法、多孔物質包絡法、超過濾法、多種固定化方法的聯(lián)用等7種制備固定化細胞的方法；成慶利等人根據(jù)有無外加載體，將細胞固定化分為有載體固定化和無載體固定化等。因此，目前還沒有一個精確合理的分類。根據(jù)已有的研究結果和目前的最新進展，綜合考慮生物催化劑與載體間的作用力、固定化生物催化劑的狀態(tài)、載體的來源以及固定化生物催化劑制備過程等因素，對生物催化劑的固定化方法歸納如圖1-1所示。各種固定化方法的詳細介紹見后面各章。二、固定化方法比較盡管固定化方法多種多樣，但沒有一種理想的、普遍適用的方法?；瘜W固定化法（包括化學交聯(lián)法和共價結合法）涉及細胞的化學修飾，但化學試劑的毒性對細胞會有損害，因此，不適用于制備固定化活細胞。但由于細胞與細胞或細胞與載體間的結合力強，所以操作穩(wěn)定性高。交聯(lián)法和聚電解質復合包埋法的突出優(yōu)點是可以獲得很高的細胞密度，但由于缺乏良好的機械強度而不能得到廣泛應用。

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《生物固定化技術及應用》為化學工業(yè)出版社出版發(fā)行。

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