酶工程 第3版

酶作为一种生物催化剂，已广泛应用于我国许多生产领域。随着酶工程技术的不断创新与突破，在工业、农业、医药卫生、能源开发及环境工程等方面的应用越来越广泛。实现“碳达峰、碳中和”是贯彻新发展理念、构建新发展格局、推动高质量发展的内在要求。酶工程技术将有助于从原料源头降低碳排放，是降低工业过程碳排放的新途径，是传统产业转型升级的“绿色动力”。 
自出版以来，《酶工程》深受广大同行和读者的欢迎。2014年第二版入选“十二五”职业教育国家规划教材，并在2021年立项为江苏省优秀培育建设教材和江苏省“十四五”首批职业教育规划教材。本次修订是以国家职业标准和专业标准为依据，以综合职业能力培养为目标，以典型工作任务为载体，以学生为中心，以职业能力清单为基础，根据典型工作任务和工作过程设计一系列项目化的学习任务。本次修订着重在以下几个方面做了调整： 
1．本教材是新形态一体化教材。按照企业生产过程和岗位能力标准，把课程内容分解成七个结构完整的项目，编排了任务书和知识链接，把学生直接带入企业工作“情境”，按照行动导向教学法的步骤，引导学生完成每一个工作任务。典型工作任务的设置突出实用性和可操作性，涵盖了酶工程技术所需要的基本技能和方法。 
2．教材内容引用最新国家及行业标准，将新技术、新工艺、新标准和新要求纳入教材，把企业的典型案例及时引入教材，通过校企合作共同实现教学内容与工作需求的动态对接，把职业资格证书、职业技能等级证书内容及时融入教学，体现了岗课赛证融通。教材反映了最新的学科进展，对照生物技术及制药类专业人才培养要求，结合工作岗位，参照《酶制剂分类导则》（GB/T 20370—2021）等50余个国家和行业标准，融合了化工生产技术等职业技能大赛的内容。 
3．本教材遵循“立德树人”作为教育的根本任务这一理念，将人文关怀、价值理念、精神追求、劳动光荣等思想元素融入书中，培养学生德智体美劳全面发展。 
4．本教材同时配套相应数字化教学资源，如丰富的微课视频、动画等资源，学生可扫描二维码进行反复学习，增加了教学的直观性与便利性。 
本书由南京科技职业学院教授李冰峰博士、副教授刘蕾博士担任主编，南京科技职业学院副教授常思源博士、徐州工业职业技术学院副教授吴昊担任副主编，参加本次修订的还有江苏省产业教授、南京江北新区生物医药公共服务平台有限公司总经理、高级工程师阚苏立博士，南京科技职业学院副教授宋伟博士、刘蓓蓓博士、冯美丽博士。其中绪论由李冰峰编写；酶的分析、酶的生产由刘蕾编写；酶的分离纯化、酶的固定化由常思源编写；酶的分子修饰由刘蓓蓓编写；酶的非水相催化由阚苏立、吴昊、冯美丽编写；酶反应器由宋伟编写。 
由于作者水平有限，书中不妥之处在所难免，恳请专家、读者批评指正。 

编者 

无

0  绪论 001 
0.1  酶工程概述 001 
0.2  酶工程发展简史 002 
0.2.1  酶的发现 002 
0.2.2  酶工程的发展概况 004 
0.3  酶工程的研究热点 005 
0.3.1  极端环境及不可培养微生物中新酶的挖掘与开发 005 
0.3.2  酶催化反应的介质工程 006 
0.3.3  酶在手性化合物合成中的应用 006 
0.3.4  酶在生物质能源及环境治理中的应用 007 

1  酶的分析 008 
1.1  任务书  糖基转移酶的分析 008 
1.1.1  工作情景 008 
1.1.2  工作目标 009 
1.1.3  工作准备 009 
1.2  工作实施 011 
1.2.1  确定糖基转移酶催化体系的建立方法 012 
1.2.2  考察影响糖基转移酶酶活力的因素 012 
1.2.3  考察糖基转移酶底物特异性 015 
1.2.4  糖基转移酶反应动力学测定 016 
1.3  工作评价与总结 017 
1.3.1  个人与小组评价 017 
1.3.2  教师评价 019 
1.4  知识链接 020 
1.4.1  酶的组成、结构和功能 020 
1.4.2  酶的催化特性及影响因素 027 
1.4.3  酶反应动力学 031 
练习题 036 

2  酶的生产 038 
2.1  任务书  产纤维素酶菌株的筛选和发酵产酶 038 
2.1.1  工作情景 038 
2.1.2  工作目标 038 
2.1.3  工作准备 039 
2.2  工作实施 041 
2.2.1  产纤维素酶菌株的筛选 042 
2.2.2  产纤维素酶菌株的鉴定 042 
2.2.3  产纤维素酶菌株发酵产酶条件的优化 048 
2.2.4  产纤维素酶菌株的保藏 050 
2.3  工作评价与总结 050 
2.3.1  个人与小组评价 050 
2.3.2  教师评价 052 
2.4  知识链接 053 
2.4.1  产酶微生物的筛选 053 
2.4.2  产酶菌种的活力保存 055 
2.4.3  酶发酵工艺条件及控制 058 
2.4.4  酶活力分析及测定 061 
练习题 065 

3  酶的分离纯化 067 
3.1  任务书  纤维素酶的分离纯化 067 
3.1.1  工作情景 067 
3.1.2  工作目标 068 
3.1.3  工作准备 068 
3.2  工作实施 071 
3.2.1  细胞破碎 071 
3.2.2  盐析法分离蛋白质 072 
3.2.3  离子交换层析法分离蛋白质 073 
3.2.4  SDS-PAGE测定蛋白质分子量 077 
3.2.5  酶的浓缩与保存 079 
3.3  工作评价与总结 079 
3.3.1  个人与小组评价 079 
3.3.2  教师评价 081 
3.4  知识链接 082 
3.4.1  酶分离纯化的基本原则 082 
3.4.2  酶的提取 084 
3.4.3  酶的纯化原理和方法 097 
3.4.4  酶的浓缩、结晶和干燥 109 
3.4.5  酶的纯度检验及保存 112 
练习题 116 

4  酶的固定化 118 
4.1  任务书  脂肪酶的固定化 118 
4.1.1  工作情景 118 
4.1.2  工作目标 119 
4.1.3  工作准备 119 
4.2  工作实施 121 
4.2.1  脂肪酶的制备 121 
4.2.2  脂肪酶的固定化 122 
4.2.3  脂肪酶固定化条件的优化 125 
4.2.4  考察固定化脂肪酶的表征 128 
4.3  工作评价与总结 128 
4.3.1  个人与小组评价 128 
4.3.2  教师评价 130 
4.4  知识链接 131 
4.4.1  传统酶固定化技术 131 
4.4.2  新型固定化技术和新型固定化载体 134 
4.4.3  固定化酶的特性 137 
4.4.4  固定化酶的应用 139 
练习题 140 

5  酶的分子修饰 142 
5.1  任务书  谷氨酸棒杆菌的诱变 142 
5.1.1  工作情景 142 
5.1.2  工作目标 143 
5.1.3  工作准备 143 
5.2  工作实施 145 
5.2.1  谷氨酸棒杆菌菌液培养基的制备 145 
5.2.2  紫外线诱变和DES诱变 147 
5.2.3  易错PCR突变文库建立和筛选 150 
5.2.4  诱变谷氨酸棒杆菌产酶性能的验证 153 
5.3  工作评价与总结 153 
5.3.1  个人与小组评价 153 
5.3.2  教师评价 155 
5.4  知识链接 156 
5.4.1  酶分子修饰的原理和条件 156 
5.4.2  酶分子修饰的方法 156 
5.4.3  酶的定向进化 166 
5.4.4  修饰酶的性质及特点 169 
练习题 171 

6  酶的非水相催化 173 
6.1  任务书  全细胞催化合成坡那甾酮A 173 
6.1.1  工作情景 173 
6.1.2  工作目标 174 
6.1.3  工作准备 174 
6.2  工作实施 176 
6.2.1  全细胞催化体系建立 176 
6.2.2  原位分离技术制备坡那甾酮A 178 
6.2.3  考察两相体积比对催化效率的影响 180 
6.2.4  全细胞催化制备坡那甾酮A时间曲线的测定 180 
6.2.5  以连续补料生产坡那甾酮A 181 
6.3  工作评价与总结 181 
6.3.1  个人与小组评价 181 
6.3.2  教师评价 183 
6.4  知识链接 184 
6.4.1  酶的非水相催化 184 
6.4.2  有机介质中酶催化反应 186 
6.4.3  酶非水相催化的应用 193 
6.4.4  全细胞催化 196 
6.4.5  非水相细胞催化 199 
练习题 201 

7  酶反应器 202 
7.1  任务书  发酵罐生产β-呋喃果糖苷酶 202 
7.1.1  工作情景 202 
7.1.2  工作目标 202 
7.1.3  工作准备 203 
7.2  工作实施 205 
7.2.1  发酵培养基的制备和发酵罐的灭菌 205 
7.2.2  β-呋喃果糖苷酶发酵过程监测及数据记录 207 
7.2.3  β-呋喃果糖苷酶的固定化 209 
7.2.4  β-呋喃果糖苷酶反应器设计 210 
7.3  工作评价与总结 212 
7.3.1  个人与小组评价 212 
7.3.2  教师评价 214 
7.4  知识链接 215 
7.4.1  发酵动力学 215 
7.4.2  细胞生长动力学 215 
7.4.3  产酶动力学 216 
7.4.4  基质消耗动力学 217 
7.4.5  酶反应器 218 
练习题 225 

参考文献 227 
  
练习题答案 

无