萃取微生物轉化（簡體書）

《萃取微生物轉化》以微生物細胞在非水介質中的生物相容性和有機化合物在液液兩相系統中的不均勻分配為主線討論兩相分配系統中的萃取微生物轉化。第1章為緒論。在第2、3章中分別介紹有機溶劑對微生物細胞的毒性和有機溶劑耐受性極端微生物。在第4章中介紹有機溶劑、水溶液兩相系統中萃取微生物轉化的原理及應用有機溶劑進行萃取微生物轉化的局限性。在第5～9章中分別介紹了非離子表面活性劑、電中性聚合物、電解質聚合物和離子液體等新型溶劑形成兩相系統中的萃取微生物轉化。最後在第10章中介紹了3個萃取微生物轉化實例，以展示萃取微生物轉化的應用潛力和面臨的挑戰。

生物技術產業的發展經歷了醫藥生物技術和農業生物技術的高潮之後已經進入工業生物技術的新時代。工業生物技術相對于傳統的石油化學工業將帶來從原料來源到加工工藝的徹底變革。其中高生物催化劑活性、高底物濃度和高產物濃度的生物催化和生物轉化是工業生物技術的核心內容。
作者試圖以微生物細胞在非水介質中的生物相容性和有機化合物在液液兩相系統中的不均勻分配為主線討論兩相分配系統中的萃取微生物轉化。本書第1章為緒論。在第2、3章中分別介紹有機溶劑對微生物細胞的毒性和有機溶劑耐受性極端微生物。在第4章中介紹有機溶劑、水溶液兩相系統中萃取微生物轉化的原理及應用有機溶劑進行萃取微生物轉化的局限性。在第5～9章中分別介紹了非離子表面活性劑、電中性聚合物、電解質聚合物和離子液體等新型溶劑形成兩相系統中的萃取微生物轉化。最後在第10章中介紹了3個微生物轉化實例，以展示萃取微生物轉化的應用潛力和面臨的挑戰。本書是作者在多年研究的基礎上梳理和加工國內外相關文獻的結果，盡量勾勒出萃取微生物轉化的大體輪廓。限于作者的知識和見識，能夠拋磚引玉是作者最大的心愿，錯訛之處敬請指教。
作者在萃取微生物轉化領域所收獲的一點認識和成績得益于上海醫藥工業研究院陳代杰教授和華東理工大學許建和教授多年的指導和交流，以及在德國HelmholtzCentreforEnvironmentalResearch(UFZ)HermannJ Heipieper博士實驗室和美國UniversityofIllinoisatUrbana Champaign(UIUC)HaoFeng博士實驗室的訪問研究與交流。書中涉及作者“濁點系統中萃取微生物轉化”的相關研究成果得到了國家自然科學基金(No20676080，21076123)和上海交通大學晨星青年學者獎勵計劃(2008～2010)的資助。全國高校素質教育教材研究編審委員會劉思祺老師對本書的出版提供了大力支持和幫助，并獲得了該編審委員會出版基金的資助。承蒙華東理工大學嚴希康教授審閱全文并提出寶貴意見。特此聲明并致以誠摯的感謝。
2011年10月于上海交通大學

第1章緒論1
1 1生物催化的特征1
1 2生物催化劑的底物選擇性2
1 3生物催化劑的反應條件溫和性4
1 4萃取微生物轉化5
參考文獻7
第2章有機化合物的細胞毒性8
2 1細胞膜的結構8
2 1 1細胞膜脂的多樣性8
2 1 2細胞膜的流動性10
2 1 3等黏度適用12
2 2有機溶劑對微生物的毒性12
2 2 1有機溶劑的疏水性指數12
2 2 2有機溶劑的微生物毒性14
2 2 3有機溶劑對微生物毒性的logP規則15
2 3細胞膜對有機溶劑壓力的響應16
2 3 1極性頭的變化16
2 3 2脂肪酸的變化16
2 4logP規則的兩點說明20
2 4 1logP規則的理論依據20
2 4 2logP規則應用的局限性22
參考文獻23
第3章有機溶劑耐受性微生物26
3 1有機溶劑耐受性微生物26
3 1 1微生物的溶劑耐受性指數26
3 1 2溶劑耐受微生物的篩選27
3 2溶劑耐受性微生物的特殊機制29
3 2 1生物膜的形成30
3 2 2多藥排出泵(multi drug efflux pumps)31
3 2 3微生物代謝有機化合物33
3 2 4熱激動蛋白和噬菌體激動蛋白33
3 3溶劑耐受性微生物的應用34
3 3 1溶劑耐受微生物的代謝工程調節34
3 3 2溶劑耐受性微生物作為宿主細胞35
3 3 3改造微生物的溶劑耐受性37
參考文獻38
第4章萃取微生物轉化41
4 1水有機溶劑兩相系統41
4 1 1有機溶劑水的互溶度41
4 1 2有機化合物的分配系數42
4 2生物利用度43
4 2 1生物利用度的概念43
4 2 2生物利用度的測定44
4 3萃取微生物轉化的原理45
4 3 1微生物在兩相系統中的分配45
4 3 2底物的儲存庫和產物的萃取劑46
4 3 3微生物細胞膜的通透劑47
4 3 4萃取微生物轉化的應用范圍48
4 4有機溶劑萃取劑的選擇49
4 4 1水有機溶劑兩相系統的局限性50
4 4 2選擇有機溶劑的策略52
參考文獻54
第5章表面活性劑膠束溶液57
5 1表面活性劑溶液57
5 1 1表面活性劑57
5 1 2聚合物表面活性劑57
5 1 3表面活性劑溶液性質59
5 2膠束增溶61
5 2 1飽和增溶62
5 2 2不飽和增溶63
5 2 3增溶有機化合物的生物利用度66
5 3萃取微生物轉化68
5 3 1非離子表面活性劑的生物毒性68
5 3 2膠束溶液中的萃取微生物轉化71
參考文獻76
第6章濁點系統及結合型相分離78
6 1濁點系統78
6 1 1濁點現象78
6 1 2濁點與Kraft點81
6 2結合型相分離82
6 2 1結合型與分室型相分離82
6 2 2鹽溶液中的結合型相分離84
6 2 3離子液體中的結合型相分離85
6 2 4結合型相分離的理論模型86
6 3萃取微生物轉化87
6 3 1凝聚層相中的增溶87
6 3 2濁點相分離與生物相容性89
6 3 3濁點系統中的萃取微生物轉化90
6 4下游分離加工92
6 4 1有機溶劑萃取技術93
6 4 2離子液體萃取技術94
參考文獻95
第7章雙水相系統及分室型相分離98
7 1雙水相系統98
7 1 1典型聚合物PEG的理化性質98
7 1 2聚合物溶液的雙水相系統98
7 1 3表面活性劑與聚合物的分室型相分離系統100
7 1 4相圖的制備及其理論預測102
7 2雙水相系統的極性104
7 2 1極性的定義104
7 2 2相分離與極性的關系106
7 2 3相極性差異與分配系數107
7 3雙水相系統中的萃取微生物轉化110
7 3 1聚合物的毒性110
7 3 2分室型相分離系統中的萃取微生物轉化111
7 4下游分離加工115
參考文獻116
第8章離子化合物的萃取微生物轉化118
8 1離子化合物在分室型相分離系統中的鹽效用118
8 1 1離子化合物的道南效應118
8 1 2鹽效應和pH調節119
8 1 3添加電解質的萃取微生物轉化120
8 2結合型相分離系統中的鹽效應121
8 2 1鹽效用對分離相極性的影響122
8 2 2鹽效用應用于蛋白質的分離123
8 2 3加鹽萃取微生物轉化124
8 2 4添加螯合劑強化金屬離子的分離127
8 3電解質聚合物的分室型相分離系統129
8 3 1電解質聚合物的相分離129
8 3 2分室型相分離系統中的萃取微生物轉化132
參考文獻134
第9章離子液體136
9 1離子液體的基本性質136
9 1 1離子液體的表面活性劑特征137
9 1 2離子液體的溶劑特征137
9 2綠色溶劑與離子液體的生物毒性145
9 2 1離子液體的生物毒性145
9 2 2生物轉化中離子液體的生物相容性146
9 3萃取微生物轉化148
9 3 1有機化合物在水離子液體兩相系統中的分配148
9 3 2水離子液體兩相系統中萃取微生物轉化150
9 4萃取微生物轉化的下游加工152
9 4 1有機溶劑萃取技術153
9 4 2超臨界流體萃取技術153
參考文獻154
第10章萃取微生物轉化實例157
10 1甾醇側鏈切除的微生物轉化157
10 1 1甾醇的微生物轉化工藝158
10 1 2甾醇側鏈切除的介質工程策略160
10 1 3靜息細胞微生物轉化163
10 2微生物轉化合成LPAC165
10 2 1生物化學法合成麻黃素165
10 2 2萃取微生物轉化合成LPAC的策略167
10 3丁醇的萃取微生物發酵173
10 3 1丁醇的微生物發酵173
10 3 2揮發性丁醇的氣提技術175
10 3 3疏水性丁醇的萃取技術176
10 3 4膜選擇性滲透蒸發/萃取179
參考文獻183