普通高等教育“十三五”规划教材·生物工程/生物技术系列 生物反应工程原理PDF电子书下载

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1 绪论 1

1.1 生物反应工程概论 1

1.1.1 生物反应工程的对象与优化目标 1

1.1.2 生物反应工程研究内容 3

1.1.3 生物反应工程研究方法 4

1.2 生物反应器简介 5

1.2.1 反应器类型 5

1.2.2 操作方式 6

1.2.3 理想生物反应器模型 7

重点内容提示 10

习题 11

2 酶反应动力学 12

2.1 酶催化反应特性 12

2.2 Michaelis-Menten动力学 13

2.2.1 反应机理与反应速率 13

2.2.2 米氏方程的基本特性 15

2.2.3 米氏方程参数的测定 17

2.2.4 双底物酶反应的简化分析 18

2.2.5 可逆酶反应动力学 19

2.3 受抑制的酶反应动力学 20

2.3.1 竞争性抑制 20

2.3.2 非竞争性抑制 22

2.3.3 反竞争性抑制 24

2.3.4 混合型抑制 26

2.3.5 不可逆抑制 27

2.4 变构酶反应动力学 28

2.5 反应条件对酶反应速率的影响 29

2.5.1 pH对酶反应速率的影响 29

2.5.2 温度对酶反应速率的影响 30

2.6 线性多步酶反应动力学 32

2.6.1 代谢控制分析的基本概念 32

2.6.2 线性两步酶反应的分析 34

重点内容提示 37

习题 37

3 固定化酶反应过程动力学 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与影响因素 43

3.2 外扩散对反应速率的限制 45

3.2.1 表观反应速率及其控制 45

3.2.2 外扩散有效因子的求取 46

3.2.3 外扩散对受抑制反应的速率限制 49

3.3 内扩散对反应速率的限制 50

3.3.1 颗粒内的浓度分布 50

3.3.2 内扩散有效因子和表观反应速率 54

3.3.3 内扩散对受抑制反应的速率限制 59

3.3.4 内扩散对颗粒内pH梯度的影响 61

3.4 内外扩散同时存在时的反应速率 63

3.5 固定化酶的表观稳定性 64

3.6 动力学和传质参数的测定 66

3.6.1 本征动力学参数的测定 66

3.6.2 传递系数和有效扩散系数的测定 68

重点内容提示 69

习题 69

4 细胞反应动力学 72

4.1 概述 72

4.1.1 细胞反应的基本特性 72

4.1.2 细胞反应的速率表示 73

4.1.3 动力学模型的分类 74

4.2 化学计量学 74

4.2.1 化学计量方程 74

4.2.2 得率系数 76

4.2.3 底物消耗的质量衡算 79

4.2.4 黑箱计量模型的一般形式 80

4.2.5 细胞反应热 82

4.3 非结构生长模型 83

4.3.1 基本生长过程 83

4.3.2 Monod方程 84

4.3.3 其他非结构的生长模型 87

4.3.4 受抑制的生长模型 88

4.3.5 环境因素对生长的影响 91

4.3.6 细胞死亡动力学 95

4.4 产物生成动力学 96

4.4.1 产物生成的非结构模型 96

4.4.2 产物生成过程的机制分析 99

4.5 结构模型 102

4.5.1 动力学模型的一般结构 102

4.5.2 分室生长模型 104

4.5.3 控制模型 106

4.5.4 形态结构模型 108

4.5.5 重组细胞生长模型 110

4.6 代谢反应的通量分析模型 112

4.6.1 基本概念与方法 112

4.6.2 简单网络的代谢通量分析 114

4.6.3 代谢网络速率模型的一般矩阵形式 115

重点内容提示 118

习题 118

5 生物反应器的操作特性 121

5.1 分批操作 121

5.1.1 分批操作的特点 121

5.1.2 分批操作的反应时间 121

5.1.3 反应器有效体积的计算 126

5.2 连续操作 126

5.2.1 连续操作的特点 126

5.2.2 连续操作的酶反应 127

5.2.3 单级CSTR中的连续培养 131

5.2.4 基于单级CSTR的连续培养优化设计 135

5.3 半分批操作 142

5.3.1 半分批操作概论 142

5.3.2 补料分批培养的操作模型 145

5.4 补料分批操作的最优化 152

5.4.1 补料分批操作优化概论 152

5.4.2 优化问题的表示与求解方法 154

5.4.3 细胞生物质生成过程的优化 158

5.4.4 产物生成过程的优化 161

5.5 连续培养过程的动态特性 163

5.5.1 CSTR连续培养的稳定性 163

5.5.2 CSTR连续培养的瞬态响应动力学 165

5.6 反应-分离耦合过程 167

5.6.1 膜透析培养过程 168

5.6.2 萃取发酵过程 170

重点内容提示 171

习题 171

6 生物反应器的物理过程特性 174

6.1 流体力学 174

6.1.1 反应介质的流变特性 174

6.1.2 反应器中的流体剪切作用 177

6.2 气液传质过程特性 183

6.2.1 氧传递的基本过程与速率方程 183

6.2.2 氧传递速率的影响因素 186

6.2.3 体积氧传递系数的计算 189

6.2.4 反应器操作时的氧传递过程分析 191

6.2.5 体积氧传递系数的测定 194

6.3 传热过程基本原理 195

6.3.1 反应过程的传热 195

6.3.2 灭菌过程的传热 197

6.4 反应器的混合特性 200

6.4.1 混合的概念 200

6.4.2 宏观混合模型 201

6.4.3 反应器的混合性能分析 205

6.5 生物反应器的放大 210

6.5.1 放大原理与方法 210

6.5.2 基于过程机制分析的放大研究 213

重点内容提示 219

习题 219

7 生物反应器的设计 221

7.1 设计要求与内容 221

7.2 通气式机械搅拌反应器 222

7.2.1 反应器结构与操作参数 222

7.2.2 搅拌功率计算 226

7.2.3 放大计算 227

7.3 气流搅拌塔式反应器 229

7.3.1 鼓泡塔反应器 230

7.3.2 气升式反应器 231

7.4 固定床和流化床反应器 234

7.4.1 填充床反应器 235

7.4.2 滴流床反应器 236

7.4.3 流化床反应器 237

7.5 膜生物反应器 238

7.5.1 膜生物反应器概述 238

7.5.2 膜生物反应器的设计 240

7.6 动物细胞培养反应器 241

7.6.1 动物细胞培养反应器概述 241

7.6.2 基于机械搅拌的反应器设计 242

7.6.3 基于气流搅拌的反应器设计 247

7.6.4 中空纤维细胞培养反应器 247

7.6.5 固定化动物细胞培养反应器 248

7.7 植物细胞培养反应器 250

7.7.1 植物细胞培养反应器概述 250

7.7.2 反应器类型 251

重点内容提示 253

习题 253

8 生物反应过程技术 255

8.1 非水相酶催化反应过程 255

8.1.1 非水介质与酶的制备方法 255

8.1.2 影响非水相酶催化反应的因素 257

8.1.3 酶的种类及其催化反应过程 261

8.2 动物细胞培养过程 265

8.2.1 动物细胞的种类与特点 265

8.2.2 培养过程的影响因素 266

8.2.3 基本代谢过程特性 268

8.2.4 培养过程的类型 269

8.3 高通量生物反应器技术 270

8.3.1 高通量技术与微型生物反应器 270

8.3.2 微型生物反应器主要类型 271

8.3.3 微流控生物反应器 274

8.3.4 微型生物反应器在缩小-放大研究中的应用 278

重点内容提示 278

部分习题参考答案 279

参考文献 282

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