高等学校实验教学改革教材：生物工程技术与综合实验_杨洋编_9787301223598

　　《高等学校实验教学改革教材：生物工程技术与综合实验》共两篇，上篇为生物工程技术，下篇为生物工程实验。主要内容包括绪论、基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、生物反应器和实验等方面的基本操作技术。应用上，包括了医药、能源、食品等，特别是生物能源、纤维素的利用等是目前生物工程领域的研究热点。教材突出生物工程实验的综合性与创新性，适合作为生物技术和生物工程专业本科实验教学的教科书；同时可供从事相关专业的科研技术人员学习和参考。

　　生物工程综合实验是实现生物工程专业培养目标的重要实践环节。在教学改革中，将零散的专业实验教学从理论教学中脱离出来，设立一门独立的生物工程综合实验课；将原来隶属于各门理论课的实验课剥离，重新整合、设计成“独立”的实验课程体系，进而与理论课程体系并驾齐驱，成为在人才培养目标上并重的既紧密联系又相对独立的两个支柱。经过修订后的生物工程本科教学计划中，独立开设了一门生物工程综合实验课，课程安排在专业理论教学结束后，分两个阶段进行：第一阶段在第六学期末，在学习完生物化学、微生物学、基因工程、微生物工程原理、生物工业下游技术、生物工程设备等必修课程后，是生物工程专业本科生集中进行的一次生物工程专业实验的系统操作。在这一阶段，要求学生掌握生物工程的基本实验操作和步骤，巩固所学的专业基础理论知识。第二阶段在第七学期中，根据学生自主选择的专业方向，结合专业方向开设的课程，设计相关实验。学生可以根据自己的兴趣爱好，结合后续教学环节，如毕业设计或论文和将来自己可能的工作方向，选修其中的任何一个方向或多个方向。实验课的课时安排则集中连续进行，使前一次实验为后一次实验做准备，实验内容环环相扣，保证实验的连续性，从而可得出比较准确的实验结果。实验内容覆盖了生物操作的上、中、下游的全过程，包括了好氧发酵、厌氧发酵等发酵类型，以及基因工程、细胞工程、酶工程和生物制药等操作技术。实验内容同时将过去简单的验证性实验转变为综合性、设计性实验。
　　本书分为生物工程技术（上篇）和生物工程实验（下篇）两部分，并对生物工程实验中涉及的实验技术、反应原理、流程安排等问题进行了较为详细的阐述。全书内容丰富，绪论部分对生物工程学主要进展进行了鸟瞰式的叙述；其他章节的内容涉及基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、生物反应器的技术理论及实验，还包括生物制药技术及生物工程综合大实验等内容。本书在介绍不同的实验技术时，选取了各学科中有代表性的实验方法和研究技术，并结合科研、教学实践进行了比较和分析；附录还列出了一些常用试剂、缓冲溶液等的配制方法及一些常用数据和缩略语等。全书层次清晰，内容安排合理，针对性和应用性强。本书可供生物技术、生物工程及相关领域本科生及研究人员进行学习和参考。
　　本教材由广西大学生命科学与技术学院生物工程系杨洋主编。各部分编写工作分工如下：生物工程技术（上篇）第一、第二单元由粟桂娇编写，第三单元由阎欲晓、莫柏立编写，第四单元由莫柏立编写，第五单元由杨洋编写；生物工程实验（下篇）中基因工程实验（第一单元）由陆坚、卢春花编写，细胞工程实验（第二单元）由粟桂娇编写，发酵工程实验（第三、四单元）由粟桂娇、阎欲晓、朱萍编写，酶工程实验（第五单元）由莫柏立、杜丽琴、蒋承建编写，生物制药技术（第六单元）由卢洁、蒙健宗编写，生物工程综合大实验（第七单元）由粟桂娇、阎欲晓、杜丽琴编写。本教材在编写过程中，得到了学校、出版社的大力支持和帮助，谨在此一并表示衷心感谢。
　　由于编者水平有限，书中定会存在错误，敬请读者批评指正。

　　因此，对流动状态的分析与研究是反应器选型、设计和优化的基础。连续操作具有以下特点：①连续操作有利于过程的研究与分析；②对连续反应可进行高效的过程控制；③连续操作的产品质量稳定；④生产效率较高；⑤控制稳定，操作费用也较低；⑥对细胞生长时同步产生的代谢副产物的生成不能控制；⑦操作周期长，容易受到杂菌污染；⑧需要使用费用较高的检测手段和控制设备。
　　生物反应器使用连续操作的主要目的是利用其产品质量稳定、生产效率较高、适合于大批量生产的特点。已成功应用的典型例子有：使用气升式反应器的大规模单细胞蛋白的生产，固定化葡萄糖异构酶催化的高果糖浆的生产，对废水的生物处理过程等。
　　（1）搅拌罐型反应器。包括连续式搅拌罐、多级连续搅拌罐、搅拌罐超滤器联合装置、多釜串联半连续操作等。无论分批式还是连续式混合罐型的反应器，都具有结构简单、温度和pH易控制，能够处理胶体底物和不溶性底物、催化剂更换方便等优点。但是催化剂颗粒容易被搅拌桨叶的剪切力破坏。
　　（2）固定床型反应器。把催化剂填充在固定床（填充床）中的反应器叫做固定床型反应器。这是一种使用最广泛的固定化酶反应器，具有单位体积的催化剂负荷量高、结构简单、容易放大、剪切力小、催化效率高等优点，特别适合于存在底物抑制的催化反应。不足的是温度和pH难于控制，底物和产物会产生轴向分布，易引起相应的酶失活的程度也呈轴向分布，更换催化剂相当麻烦，柱内压降大，底物需加压后才能进入。操作方式可以是底物溶液从底部向顶部流动，也可以是上进下出的流动方式。这类反应器包括填充床、带循环的固定床、列管式固定床等。
　　（3）流化床型反应器。流化床型反应器是一种装有较小颗粒的垂直塔式反应器，如流化床。底物以一定流速从下向上流过，使固定化酶颗粒在流动中维持悬浮状态并进行反应，这时的固定化酶颗粒和流体可以被看做是均匀混合的流体。具有传热与传质特性好、不堵塞、能处理粉状底物、压降较小等优点，也很适合需要排气、供气的反应。但它需要较高的流速才能维持粒子的充分流态化，而且放大较困难。
　　（4）膜式反应器。膜式反应器是利用膜的分离功能，使酶或细胞截留在反应器系统中，同时完成生物反应和产物分离过程的生物反应器。膜分离过程可以达到以下目的：①增大反应速率；②提高反应的选择性和转化率；③截留生物催化剂；④减少总过程的工艺步骤。根据膜反应器的不同特征，按如下分类：①底物和产物通过膜的传质推动力的不同，可分为压差推动和浓度差推动的膜反应器；②膜材料的特性不同，可分为微滤膜反应器、反渗透膜反应器、超滤膜反应器和透析膜反应器，以及对称膜和非对称膜反应器等；③膜反应器的结构型式不同，可分为全板膜、螺旋卷绕膜、管状膜及中空纤维膜等反应器；④反应和分离的耦合方式不同，可分为循环式和一体式膜反应器。
　　在选择膜反应器时，从过程经济的角度而言，一般考虑两个重要特性：①膜的选择性，即将混合物中的组分分离开来的能力；②膜的效率（生产能力），即在一定操作条件下可达到的渗透量的通量。
　　3.半间歇半连续操作反应器
　　此类反应器的主要特征是：反应过程中，反应物连续或间歇加入，产物一次性或间断性排出。半连续操作既有间歇操作的非稳态的分批特性，也有连续操作的连续加料与出料的特性。
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