生物反應(yīng)工程原理

1緒論/1
1.1生物反應(yīng)工程概論1
1.1.1生物反應(yīng)工程的對象與優(yōu)化目標(biāo)1
1.1.2生物反應(yīng)工程研究內(nèi)容3
1.1.3生物反應(yīng)工程研究方法4
1.2生物反應(yīng)器簡介5
1.2.1反應(yīng)器類型5
1.2.2操作方式6
1.2.3理想生物反應(yīng)器模型7
重點(diǎn)內(nèi)容提示10
習(xí)題11

2酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)/12
2.1酶催化反應(yīng)特性12
2.2Michaelis-Menten動(dòng)力學(xué)13
2.2.1反應(yīng)機(jī)理與反應(yīng)速率13
2.2.2米氏方程的基本特性15
2.2.3米氏方程參數(shù)的測定17
2.2.4雙底物酶反應(yīng)的簡化分析18
2.2.5可逆酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)19
2.3受抑制的酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)20
2.3.1競爭性抑制20
2.3.2非競爭性抑制22
2.3.3反競爭性抑制24
2.3.4混合型抑制26
2.3.5不可逆抑制27
2.4變構(gòu)酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)28
2.5反應(yīng)條件對酶反應(yīng)速率的影響29
2.5.1pH對酶反應(yīng)速率的影響29
2.5.2溫度對酶反應(yīng)速率的影響30
2.6線性多步酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)32
2.6.1代謝控制分析的基本概念32
2.6.2線性兩步酶反應(yīng)的分析34
重點(diǎn)內(nèi)容提示37
習(xí)題37

3固定化酶反應(yīng)過程動(dòng)力學(xué)/40
3.1固定化酶及其催化特性40
3.1.1酶的固定化方法40
3.1.2固定化酶的催化特性與影響因素43
3.2外擴(kuò)散對反應(yīng)速率的限制45
3.2.1表觀反應(yīng)速率及其控制45
3.2.2外擴(kuò)散有效因子的求取46
3.2.3外擴(kuò)散對受抑制反應(yīng)的速率限制49
3.3內(nèi)擴(kuò)散對反應(yīng)速率的限制50
3.3.1顆粒內(nèi)的濃度分布50
3.3.2內(nèi)擴(kuò)散有效因子和表觀反應(yīng)速率54
3.3.3內(nèi)擴(kuò)散對受抑制反應(yīng)的速率限制59
3.3.4內(nèi)擴(kuò)散對顆粒內(nèi)pH梯度的影響61
3.4內(nèi)外擴(kuò)散同時(shí)存在時(shí)的反應(yīng)速率63
3.5固定化酶的表觀穩(wěn)定性64
3.6動(dòng)力學(xué)和傳質(zhì)參數(shù)的測定66
3.6.1本征動(dòng)力學(xué)參數(shù)的測定66
3.6.2傳遞系數(shù)和有效擴(kuò)散系數(shù)的測定68
重點(diǎn)內(nèi)容提示69
習(xí)題69

4細(xì)胞反應(yīng)動(dòng)力學(xué)/72
4.1概述72
4.1.1細(xì)胞反應(yīng)的基本特性72
4.1.2細(xì)胞反應(yīng)的速率表示73
4.1.3動(dòng)力學(xué)模型的分類74
4.2化學(xué)計(jì)量學(xué)74
4.2.1化學(xué)計(jì)量方程74
4.2.2得率系數(shù)76
4.2.3底物消耗的質(zhì)量衡算79
4.2.4黑箱計(jì)量模型的一般形式80
4.2.5細(xì)胞反應(yīng)熱82
4.3非結(jié)構(gòu)生長模型83
4.3.1基本生長過程83
4.3.2Monod方程84
4.3.3其他非結(jié)構(gòu)的生長模型87
4.3.4受抑制的生長模型88
4.3.5環(huán)境因素對生長的影響91
4.3.6細(xì)胞死亡動(dòng)力學(xué)95
4.4產(chǎn)物生成動(dòng)力學(xué)96
4.4.1產(chǎn)物生成的非結(jié)構(gòu)模型96
4.4.2產(chǎn)物生成過程的機(jī)制分析99
4.5結(jié)構(gòu)模型102
4.5.1動(dòng)力學(xué)模型的一般結(jié)構(gòu)102
4.5.2分室生長模型104
4.5.3控制模型106
4.5.4形態(tài)結(jié)構(gòu)模型108
4.5.5重組細(xì)胞生長模型110
4.6代謝反應(yīng)的通量分析模型112
4.6.1基本概念與方法112
4.6.2簡單網(wǎng)絡(luò)的代謝通量分析114
4.6.3代謝網(wǎng)絡(luò)速率模型的一般矩陣形式115
重點(diǎn)內(nèi)容提示118
習(xí)題118

5生物反應(yīng)器的操作特性/121
5.1分批操作121
5.1.1分批操作的特點(diǎn)121
5.1.2分批操作的反應(yīng)時(shí)間121
5.1.3反應(yīng)器有效體積的計(jì)算126
5.2連續(xù)操作126
5.2.1連續(xù)操作的特點(diǎn)126
5.2.2連續(xù)操作的酶反應(yīng)127
5.2.3單級CSTR中的連續(xù)培養(yǎng)131
5.2.4基于單級CSTR的連續(xù)培養(yǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)135
5.3半分批操作142
5.3.1半分批操作概論142
5.3.2補(bǔ)料分批培養(yǎng)的操作模型145
5.4補(bǔ)料分批操作的最優(yōu)化152
5.4.1補(bǔ)料分批操作優(yōu)化概論152
5.4.2優(yōu)化問題的表示與求解方法154
5.4.3細(xì)胞生物質(zhì)生成過程的優(yōu)化158
5.4.4產(chǎn)物生成過程的優(yōu)化161
5.5連續(xù)培養(yǎng)過程的動(dòng)態(tài)特性163
5.5.1CSTR連續(xù)培養(yǎng)的穩(wěn)定性163
5.5.2CSTR連續(xù)培養(yǎng)的瞬態(tài)響應(yīng)動(dòng)力學(xué)165
5.6反應(yīng)-分離耦合過程167
5.6.1膜透析培養(yǎng)過程168
5.6.2萃取發(fā)酵過程170
重點(diǎn)內(nèi)容提示171
習(xí)題171

6生物反應(yīng)器的物理過程特性/174
6.1流體力學(xué)174
6.1.1反應(yīng)介質(zhì)的流變特性174
6.1.2反應(yīng)器中的流體剪切作用177
6.2氣液傳質(zhì)過程特性183
6.2.1氧傳遞的基本過程與速率方程183
6.2.2氧傳遞速率的影響因素186
6.2.3體積氧傳遞系數(shù)的計(jì)算189
6.2.4反應(yīng)器操作時(shí)的氧傳遞過程分析191
6.2.5體積氧傳遞系數(shù)的測定194
6.3傳熱過程基本原理195
6.3.1反應(yīng)過程的傳熱195
6.3.2滅菌過程的傳熱197
6.4反應(yīng)器的混合特性200
6.4.1混合的概念200
6.4.2宏觀混合模型201
6.4.3反應(yīng)器的混合性能分析205
6.5生物反應(yīng)器的放大210
6.5.1放大原理與方法210
6.5.2基于過程機(jī)制分析的放大研究213
重點(diǎn)內(nèi)容提示219
習(xí)題219

7生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)/221
7.1設(shè)計(jì)要求與內(nèi)容221
7.2通氣式機(jī)械攪拌反應(yīng)器222
7.2.1反應(yīng)器結(jié)構(gòu)與操作參數(shù)222
7.2.2攪拌功率計(jì)算226
7.2.3放大計(jì)算227
7.3氣流攪拌塔式反應(yīng)器229
7.3.1鼓泡塔反應(yīng)器230
7.3.2氣升式反應(yīng)器231
7.4固定床和流化床反應(yīng)器234
7.4.1填充床反應(yīng)器235
7.4.2滴流床反應(yīng)器236
7.4.3流化床反應(yīng)器237
7.5膜生物反應(yīng)器238
7.5.1膜生物反應(yīng)器概述238
7.5.2膜生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)240
7.6動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器241
7.6.1動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器概述241
7.6.2基于機(jī)械攪拌的反應(yīng)器設(shè)計(jì)242
7.6.3基于氣流攪拌的反應(yīng)器設(shè)計(jì)247
7.6.4中空纖維細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器247
7.6.5固定化動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器248
7.7植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器250
7.7.1植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器概述250
7.7.2反應(yīng)器類型251
重點(diǎn)內(nèi)容提示253
習(xí)題253

8生物反應(yīng)過程技術(shù)/255
8.1非水相酶催化反應(yīng)過程255
8.1.1非水介質(zhì)與酶的制備方法255
8.1.2影響非水相酶催化反應(yīng)的因素257
8.1.3酶的種類及其催化反應(yīng)過程261
8.2動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過程265
8.2.1動(dòng)物細(xì)胞的種類與特點(diǎn)265
8.2.2培養(yǎng)過程的影響因素266
8.2.3基本代謝過程特性268
8.2.4培養(yǎng)過程的類型269
8.3高通量生物反應(yīng)器技術(shù)270
8.3.1高通量技術(shù)與微型生物反應(yīng)器270
8.3.2微型生物反應(yīng)器主要類型271
8.3.3微流控生物反應(yīng)器274
8.3.4微型生物反應(yīng)器在縮小-放大研究中的應(yīng)用278
重點(diǎn)內(nèi)容提示278

部分習(xí)題參考答案/279

參考文獻(xiàn)/282