具体描述
本书共分二十三章，第一至第九章主要阐述生物化工基本技术，第十章至第二十三章主要按酶类、氨基酸类、多肽和蛋白质类、核酸类、糖类、脂类、抗生素、有机酸、维生素、农用生化药品、甾类化合物、甜味剂及糖醇、食用色素与香料、天然植物原料等分类介绍生化产品的化学结构和性质、采用的原料、制备工艺、技术路线及工艺讨论和生产厂家。本书提供了生物化学品生产的实用技术260余项。
本书内容丰富，资料翔实，实用性和操作性强，可供从事生物化学品生产的科技人员阅读，也可作为高等院校师生的教辅材料。
《细胞工厂：绿色合成的未来》 一、 序言：从自然汲取灵感，开创生物制造新纪元 人类对物质的创造和利用，从未停止过探索的脚步。从远古时代对天然资源的直接索取，到工业革命时期对化石燃料的深度依赖，我们逐步掌握了合成复杂分子的能力，但也因此付出了环境污染、资源枯竭的沉重代价。正是在这样的时代背景下，生命科学的蓬勃发展，为我们提供了一条崭新的、充满希望的道路——利用生物体作为“细胞工厂”，以可持续、环保的方式生产我们所需的各种物质。 《细胞工厂：绿色合成的未来》一书，正是聚焦于这一前沿领域，深入探讨如何巧妙地设计、改造和优化微生物、植物甚至动物细胞，使其能够高效、特异性地合成出高附加值的化学品、材料和药物。本书不仅仅是关于生物工程技术的介绍，更是一部关于未来制造模式的愿景描绘，它将引导读者认识到，借助于大自然的智慧，我们能够构建一个更加绿色、清洁、可持续的工业体系，实现经济发展与环境保护的和谐统一。 二、 第一篇：细胞工厂的设计与构建——生命的蓝图与工程 这一篇是全书的核心基础，旨在揭示如何将生物体的内在潜力转化为可控的生产力。我们将从最基本的生命单位——细胞——出发，探讨如何理解和重塑其遗传信息与代谢网络，使其成为高效的“生物反应器”。 第一章：基因组工程与合成生物学 精准编辑生命密码： 详细介绍CRISPR-Cas9等新一代基因编辑技术的原理、发展历程及其在改造基因组中的应用。我们将探讨如何通过定点突变、基因敲除、基因插入等手段，精确调控细胞的遗传信息，为生产特定分子奠定基础。 设计模块化生物系统： 深入讲解合成生物学的核心理念——将生物元件（如启动子、终止子、编码区）视为标准化的“乐高积木”，通过模块化设计，构建出具有特定功能的基因线路和网络。这包括正向和反向工程的思路，如何从目标产物反推所需的基因回路，以及如何从已知生物元件组合出新的功能。 虚拟细胞与计算设计： 介绍计算生物学和系统生物学在细胞工厂设计中的作用。我们将探讨如何利用计算模型模拟细胞的代谢流、基因表达调控等过程，预测基因改造的效果，并指导实验设计，极大地提高研发效率，降低试错成本。 第二章：代谢工程与通量调控 重塑细胞的“化工厂”： 深入剖析微生物或植物细胞的复杂代谢网络。本书将系统介绍如何通过代谢工程手段，识别并优化关键的代谢通路，增加目标产物的合成速率，并抑制副产物的生成。我们将讨论酶工程、异源基因导入、代谢通路重排等多种策略。 调控物质流动： 强调代谢流的控制对于提高产率的重要性。我们将深入探讨如何通过调控关键酶的活性（如诱导表达、共表达、变构调控）、优化底物供给、清除抑制性代谢物等方式，精准地引导细胞内的物质转化方向，最大化目标产物的产量。 反馈与前馈控制： 探讨如何借鉴工程控制原理，为细胞工厂设计反馈和前馈控制系统。例如，利用传感器检测细胞内特定物质的浓度，并触发基因表达的变化，实现对代谢过程的动态调控。 第三章：宿主细胞的选择与优化 “明星”宿主的筛选： 详细介绍常用的微生物宿主，如大肠杆菌（E. coli）、酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）、假丝酵母（Pichia pastoris）等，分析它们的优缺点、生长特性、遗传背景以及在不同生产场景下的适用性。 非模式生物的潜力挖掘： 探讨利用非模式微生物，如产油酵母、丝状真菌、甚至光合细菌等，作为新型细胞工厂的潜力。我们将介绍如何利用基因组学、转录组学等手段，挖掘这些生物的独特代谢能力。 多细胞与非细胞系统： 拓展探讨植物细胞悬浮培养、藻类生物反应器以及酶催化等非细胞生物制造的可能性，分析其在特定产品生产中的优势。 三、 第二篇：细胞工厂的生产与优化——从实验室到工业 有了设计精良的细胞工厂，如何将其规模化、经济化地应用于实际生产，是本书的重点关注。这一篇将带读者走进生物反应器的世界，探索放大生产中的技术挑战与解决方案。 第四章：发酵工程与生物反应器设计 发酵过程的艺术与科学： 详细阐述不同类型的发酵过程，包括批次发酵、补料分批发酵、连续发酵等，并分析其在控制细胞生长和产物合成方面的不同特点。 生物反应器的类型与优化： 介绍各种规模的生物反应器，从实验室的小型摇瓶到大型工业发酵罐。我们将深入探讨反应器的几何结构、搅拌方式、通气系统、温度和pH控制等关键参数的设计与优化，以提供最优的细胞生长和生产环境。 过程监测与控制： 强调在线监测技术的重要性，如溶解氧、pH、温度、底物和产物浓度的实时检测。我们将介绍先进的过程分析技术（PAT）以及如何利用这些数据进行反馈控制，确保发酵过程的稳定性和重现性。 第五章：产物分离与纯化技术 从“汤”中提取“金子”： 详细介绍下游分离纯化技术在生物制造中的关键作用。我们将涵盖细胞破碎、固液分离（如离心、过滤）、膜分离技术（如微滤、超滤、纳滤）、层析技术（如离子交换、亲和层析、疏水层析）以及结晶、干燥等多种方法。 绿色高效的分离策略： 重点介绍如何设计环保、低能耗的分离纯化方案。例如，利用水相双相体系、模拟移动床层析等技术，减少溶剂使用量，提高分离效率。 质量控制与合规性： 强调产物质量的重要性，特别是在医药和食品领域。我们将介绍如何建立完善的质量控制体系，确保产品的纯度、活性和安全性，并满足相关法规的要求。 第六章：生产过程的放大与经济性分析 从克到吨的飞跃： 详细探讨实验室规模研究如何成功放大到工业生产。我们将分析放大过程中可能遇到的工程挑战，如传质、传热、混合不均等问题，并介绍相应的解决方案。 经济学视角下的生物制造： 分析细胞工厂生产的经济可行性。我们将探讨生产成本的构成（如原料成本、能源消耗、设备折旧、人工成本），以及如何通过提高产率、降低能耗、优化工艺等方式，提升产品的市场竞争力。 生命周期评估： 引入生命周期评估（LCA）的概念，从环境友好的角度评估生物制造过程的整体影响，并与传统化学合成方法进行对比。 四、 第三篇：细胞工厂的应用领域与未来展望——无限可能 细胞工厂的应用范围之广，几乎覆盖了我们生活的方方面面。这一篇将展示细胞工厂在不同领域的突破性进展，并展望其未来的发展方向。 第七章：生物基化学品与材料 替代石油基产品的绿色选择： 详细介绍利用细胞工厂生产各种生物基化学品，如生物塑料（PLA、PHA）、生物燃料（乙醇、丁醇）、有机酸（柠檬酸、乳酸）、溶剂、表面活性剂等，以及它们在替代传统石油基产品方面的优势。 高性能生物材料的创新： 探讨如何通过基因工程和代谢调控，设计和生产具有特殊功能的生物材料，如生物粘合剂、生物涂料、生物基纤维、生物相容性支架材料等，满足高性能、可降解等市场需求。 可持续的循环经济： 强调生物制造在构建循环经济中的作用，如何利用农林废弃物、二氧化碳等可再生资源作为生产原料，实现资源的循环利用。 第八章：医药与健康领域 抗生素、疫苗与蛋白质药物： 详细介绍利用基因工程菌和细胞培养生产各类药物，包括抗生素、重组蛋白（如胰岛素、生长激素、单克隆抗体）、疫苗、以及基因治疗和细胞治疗的关键载体。 天然产物与药物前体： 探讨如何利用细胞工厂高效生产具有药用价值的天然产物，如紫杉醇、青蒿素、阿司匹林等，以及合成复杂的药物前体和中间体，降低生产成本，提高可及性。 个性化药物与精准医疗： 展望细胞工厂在发展个性化药物和精准医疗方面的潜力，如何根据个体基因组信息，设计和生产定制化的治疗方案。 第九章：食品、农业与环境修复 功能性食品与营养补充剂： 介绍利用微生物发酵生产维生素、氨基酸、益生菌、以及具有特定风味和营养价值的食品配料。 绿色农用化学品： 探讨生物农药、生物肥料、植物生长调节剂等绿色农用化学品的开发与应用，减少化学农药对环境的污染。 环境污染物降解与资源化： 介绍利用特种微生物进行生物修复，降解工业废水、土壤污染物，以及将废弃物转化为有价值产品的生物技术。 第十章：未来的方向与挑战 人工智能与机器学习赋能： 探讨人工智能、机器学习在细胞工厂的设计、优化和预测方面的巨大潜力，加速研发进程。 多尺度集成与系统生物学： 强调从基因、酶、细胞、到整个生物反应器系统的多尺度集成研究方法的重要性。 合成生物学伦理与安全： 讨论在发展生物制造过程中，需要关注的伦理、社会和安全问题，以及如何建立负责任的创新体系。 全球合作与技术转移： 呼吁全球范围内的合作，加速先进生物制造技术的普及和应用，共同应对全球性挑战。 五、 结语：拥抱生物制造，共创可持续未来 《细胞工厂：绿色合成的未来》一书，旨在激发读者对生物制造这一颠覆性技术的兴趣与信心。我们相信，通过对生命科学原理的深刻理解与巧妙运用，人类必将能够构建一个更加清洁、高效、可持续的生产体系，为子孙后代留下一个更美好的星球。这是一场由生命驱动的绿色革命，它正在深刻地改变着我们的世界，并充满着无限的可能。
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